Rambler's Top100
Портал | Содержание | О нас | Пишите | Новости | Книжная лавка | Голосование | Топ-лист | Регистрация | Дискуссия
Лучшие молодые
ученые России

Авторские научные обозрения в "Русском переплете"
"Физические явления на небесах" | "Неизбежность странного микромира" | "Биология и жизнь" | "Terra & Comp" | Научно-популярное ревю | Теорфизика для малышей
Семинары - Конференции - Симпозиумы - Конкурсы

TERRA & Comp
С 07 августа 2003 года обозрение ведет Александр Семенов
До 10.07.2002 вел Кирилл Крылов

НАУКА

Новости

Научный форум

Научно-популярный журнал Урания в русском переплете

Космические новости

Энциклопедия космонавтика

Энциклопедия "Естествознание"

Журнальный зал

Физматлит

News of Russian Science and Technology

Научные семинары

Почему молчит Вселенная?

Парниковая катастрофа

Кто перым провел клонирование?

Хронология и парахронология

История и астрономия

Альмагест

Наука и культура

 Журналы в сети:

Nature

Успехи физических наук

New Scientist

ScienceDaily

Discovery

ОБРАЗОВАНИЕ

Открытое письмо министру образования

Антиреформа

Соросовский образовательный журнал

Биология

Науки о Земле

Математика и Механика

Технология

Физика

Химия

Русская литература

Научная лаборатория школьников

КОНКУРСЫ

Лучшие молодые
ученые России

Для молодых биологов

БИБЛИОТЕКИ

Библиотека Хроноса

Научпоп

РАДИО

Читают и поют авторы РП

ОТДЫХ

Музеи

Игры

Песни русского застолья

Народное

Смешное

О НАС

Редколлегия

Авторам

О журнале

Как читать журнал

Пишут о нас

Тираж

РЕСУРСЫ

Поиск

Проекты

Посещаемость

Журналы

Русские писатели и поэты

Избранное

Библиотеки

Фотоархив

ИНТЕРНЕТ

Топ-лист "Русского переплета"

Баннерная сеть

Наши баннеры

НОВОСТИ

Все

Новости русской культуры

Новости науки

Космические новости

Афиша

The best of Russian Science and Technology


"Русский переплет" зарегистрирован как СМИ. Свидетельство о регистрации в Министерстве печати РФ: Эл. #77-4362 от
5 февраля 2001 года. При полном или частичном использовании
материалов ссылка на www.pereplet.ru обязательна.

Тип запроса: "И" "Или"

24.03.2019
16:39

Вертолет Mars может стать новым способом исследования планет

    Автономный мини-вертолет Mars будет летать с миссией марсохода NASA "Mars 2020", запуск которой запланирован на июль того же года, а посадка на Красную планету - на февраль . . .

24.03.2019
16:36

«Пульсар-снаряд» был вытолкнут со стороны сверхновой с гигантской скоростью

    В результате взрыва сверхновой было выброшено с огромной скоростью сверхплотное, стремительно вращающееся звездное ядро, которое движется в пространстве со . . .

24.03.2019
16:04

КПД квантового теплового двигателя впервые превысил максимальный КПД классического двигателя

    Физики из Великобритании и Израиля построили первый квантовый тепловой двигатель, эффективность которого превышает максимальную эффективность классического теплового двигателя. В качестве рабочего тела такого двигателя выступают два когерентных энергетических уровня NV-центра с наименьшей энергией, а в качестве тепловых резервуаров — возбужденные уровни. Работу, совершаемую двигателем, ученые измеряли с помощью микроволновых импульсов. Статья опубликована в Physical Review Letters, кратко о ней сообщает Physics, препринт работы выложен на сайте arXiv.org.

    Классический тепловой двигатель превращает тепло в работу, периодически нагревая и охлаждая рабочее тело. В рамках классической термодинамики можно показать, что максимальным коэффициентом полезного действия (КПД) среди тепловых двигателей обладает двигатель Карно, цикл которого состоит из периодов изотермического и адиабатического расширения и сжатия. На практике эффективность тепловых двигателей, работающих при сравнимых температурах нагревателя и холодильника, значительно ниже, чем у двигателя Карно. В частности, КПД паровых машин примерно в два раза меньше максимального достижимого КПД.

    Теоретически эффективность теплового двигателя можно повысить за счет квантовых эффектов, которые не учитывает классическая термодинамика. Первыми такую возможность рассмотрели около шестидесяти лет назад физики Генри Сковил (Henry Scovil) и Эрих Шульц-Дюбуа (Erich Schulz-DuBois), которые связали эффективность трехуровневого мазера с эффективностью цикла Карно. А в 2015 году группа физиков под руководством Раама Уздина (Raam Uzdin) наконец разработала схему квантового двигателя, эффективность которого превышает эффективность цикла Карно. Для этого ученые рассмотрели двигатель, который работает в так называемом режиме малого действия (small-action limit), то есть совершает за цикл работу, малую по сравнению с постоянной Планка. В этом режиме корреляции между энергетическими уровнями двигателя играют важную роль, а потому могут существенно повысить его эффективность. Впрочем, подтвердить это предположение на практике физики не смогли.

    Группа ученых под руководством Джеймса Клатцова (James Klatzow) наконец проверила предположение группы Уздина и построила квантовый двигатель, эффективность которого превышает эффективность классического двигателя, работающего в тех же условиях. Чтобы построить такой двигатель, физики использовали NV-центры — точечные дефекты алмаза, которые возникают при замещении атома углерода атомом азота. С одной стороны, такой центр ведет себя как водородоподобный атом; с другой стороны, заселенность его энергетических уровней удобно контролировать и измерять с помощью вспышек лазера. Во внешнем магнитном поле NV-центр можно рассматривать как когерентный магнитный двигатель, в котором два уровня с самой низкой энергией выступают в качестве рабочего тела, а возбужденные уровни моделируют тепловые резервуары с разными температурами. Чтобы связать рабочее тело с тепловыми резервуарами и извлечь из него работу, ученые светили на NV-центр оптическим и микроволновым лазером. Кроме того, ученые контролировали когерентность двух квантовых состояний рабочего тела в начале каждого цикла, изменяя продолжительность «теплового» лазерного импульса.

    В этой схеме ученые реализовали три типа квантовых тепловых двигателей: непрерывный, двухфазный и четырехфазный. В двигателе первого типа передача тепла и связь с тепловыми резервуарами происходит одновременно и непрерывно; этот режим больше всего напоминает квантовый двигатель Сковила-Шульца. В двигателе второго типа извлечение работы отделено от передачи тепла, однако связь с холодным и горячим резервуарами происходит в одно и то же время. Наконец, в двигателе третьего типа все операции производятся последовательно (как в двигателе Карно). В классическом пределе это устройство переходит в двигатель Отто. Все три двигателя работали в режиме малого действия, то есть произведение продолжительности цикла и средней работы, которая в течение него производилась, было много меньше постоянной Планка.

    Схема непрерывного, двухфазного и четырехфазного двигателей. Красные и синие стрелки обозначают связь с «горячим» и «холодным» тепловым резервуаром, оператор U — извлечению работы

    Наконец, физики измерили мощность квантовых двигателей и среднее количество работы, которое они совершали за один цикл. Оказалось, что в режиме малого действия и когерентных энергетических уровней рабочего тела все три двигателя были термодинамически эквивалентны, то есть совершали одинаковое количество работы. Более того, их эффективность превышала предельную эффективность классического теплового двигателя, который работал в тех же условиях. По оценкам ученых, расхождение между КПД, измеренном в этом режиме, и «максимальным» КПД составляло 2,4 сигма (p-value < 0,008). Впрочем, при ослаблении условий на когерентность и малость действия КПД квантового двигателя быстро падал.

    Мощность когерентного двухфазного двигателя (a) и средняя работа, совершаемая за цикл (b), в зависимости от длины «тепловой» фазы, разрушающей когерентное состояние. Красными точками отмечены данные эксперимента, красной линией — теоретическая зависимость. Для сравнения приведены теоретические ограничения на аналогичные параметры классического теплового двигателя (синяя линия)

    Авторы статьи замечают, что построенный ими квантовый тепловой двигатель пока еще очень сложно применять на практике. В частности, потому, что совершаемая им работа «пропадает впустую» и измеряется только косвенно. Тем не менее, физики надеются, что их работа заинтересует других исследователей, которые построят более совершенные квантовые тепловые двигатели. Кроме того, ученые надеются, что их статья поможет разобраться, как работают природные микроскопические тепловые двигатели, например фотосинтетический аппарат.

    Стоит отметить, что на архив электронных препринтов физики выложили работу еще в октябре 2017 года. Поэтому, несмотря на то, что до рецензируемого журнала она добралась только на этой неделе, ее уже успели процитировать в 13 новых статьях.

    В ноябре 2017 года физики из Бразилии и Германии обнаружили, что корреляции между квантовыми состояниями могут «нарушить» второй закон термодинамики. Для этого ученые скоррелировали спины двух атомов, находящихся в тепловых состояниях с разными температурами, и показали, что в такой системе тепло течет от «холодного» атома к «горячему», а энтропия системы уменьшается. Впрочем, второй закон термодинамики это не нарушает, поскольку взаимная информация атомов в ходе процесса уменьшается, а «суммарная разупорядоченность» в целом растет.

    По информации https://nplus1.ru/news/2019/03/23/coherent-engine

24.03.2019
14:26

Фото дня: один из лучших снимков Юпитера с орбиты планеты

    Пожалуй, одно из самых необыкновенных изображений Юпитера, полученных с орбиты планеты, обнародовало Национальное управление США по воздухоплаванию и . . .

22.03.2019
16:16

Получены детальные снимки звезд возрастом 12,8 миллиарда лет

    Древнейшие шаровые звездные скопления могут многое рассказать о формировании и эволюции нашей Галактики. Используя адаптивную оптику на телескопе «Gemini South» в . . .

22.03.2019
15:10

Раскрыта загадка телепортации сквозь стену

    Международная группа ученых выяснила, что туннелирование частиц через потенциальный барьер происходит мгновенно, а не через конечное время, как показывали . . .

22.03.2019
15:07

Волны-убийцы стали больше и смертоноснее

    Ученые Саутгемптонского университета (Англия) выяснили, что гигантские одиночные волны высотой 20-30 метров, также прозванные волнами-убийцами, за последние годы . . .

22.03.2019
15:02

Предсказано катастрофическое подводное извержение

    Французские геологи определили возможную причину загадочных сейсмических волн, возникших в ноябре 2018 года у острова Майотта (Коморские острова) и . . .

21.03.2019
18:24

В центре Млечного Пути обнаружены гигантские «мосты»

    Находка проливает свет на эволюцию и поведение всех типичных спиральных галактик во Вселенной. Наблюдения центра Млечного Пути в рентгеновских лучах привели к . . .

21.03.2019
18:17

Ученые нашли «дымоходы» между центром Млечного Пути и пузырями Ферми

    Анализируя наблюдения в рентгеновском диапазоне, астрофизики обнаружили в центре нашей галактики структуры размером около сотни парсек, которые они назвали . . .

21.03.2019
16:13

Ученые изучили "космические" алмазы, рожденные при падении метеоритов

    Российские ученые совместно с коллегами из Южной Кореи, Франции и Германии впервые изучили свойства импактных алмазов, которые образовались на границе Якутии и . . .

21.03.2019
16:10

"Плевки" черных дыр помогли ученым уточнить свойства темной материи

    Наблюдения за выбросами сверхмассивных черных дыр неожиданно помогли российским космологам сузить поле поисков аксионов, сверхлегкой формы темной материи. Их . . .

21.03.2019
16:05

Ученые сообщили о резком росте солнечной активности

    Лаборатория рентгеновской астрономии Солнца Физического института РАН сообщила о резком росте солнечной активности в последние сутки. В среду и четверг ученые . . .

21.03.2019
16:01

Физики ЦЕРН приблизились к разгадке пропажи антиматерии из Вселенной

    Ученые приблизились к разгадке тайны исчезновения антиматерии, обнаружив расхождения в том, как распадаются D-мезоны, короткоживущие тяжелые частицы и . . .

21.03.2019
15:46

НАСА планирует отправить на Луну ровер к 2023 г.

    Планы НАСА по освоению Луны представляют собой, на первый взгляд, беспорядочные метания из стороны в сторону: они включают как отправку небольших коммерческих . . .

21.03.2019
15:42

Ученые НАСА «готовят» атмосферы экзопланет в лабораторной печи

    Ученые из Лаборатории реактивного движения (Jet Propulsion Laboratory, JPL) НАСА разработали новый рецепт для «выпекания» атмосферы экзопланеты в лабораторной печи: берем . . .

21.03.2019
15:29

Космические полеты приводят к реактивации вирусов герпеса в организме человека

    Пребывание в космосе вызывает необычные эффекты в организме человека, в частности, пробуждение «дремлющих» вирусов герпеса, согласно новому исследованию. В этом . . .

21.03.2019
15:26

Израильский Beresheet совершил последний маневр на пути к Луне

    Роботизированный космический корабль, известный как Beresheet, совершил еще одно включение двигателей на 60 секунд на околоземной орбите, сообщили члены команды . . .

21.03.2019
15:23

Ровер НАСА в 1997 г., возможно, исследовал берега древнего марсианского моря

    Первая вездеходная миссия НАСА на Марс под названием Pathfinder могла запечатлеть 22 года назад пейзаж, который в древности представлял собой участок суши, затопленный . . .

21.03.2019
15:15

Астрономы создали 3-D карту магнитного поля одного из секторов Галактики

    Новое исследование, проведенное командой ученых, возглавляемой исследователями из Австралийского национального университета, позволило создать трехмерную . . .

<< 701|702|703|704|705|706|707|708|709|710 >>

ЛИТЕРАТУРА

Новости русской культуры

К читателю

Содержание

Публицистика

"Курск"

Кавказ

Балканы

Проза

Поэзия

Драматургия

Искания и размышления

Критика

Сомнения и споры

Новые книги

У нас в гостях

Издательство

Книжная лавка

Журнальный зал

ОБОЗРЕНИЯ

"Классики и современники"

"Слово о..."

"Тайная история творений"

"Книга писем"

"Кошачий ящик"

"Золотые прииски"

"Сердитые стрелы"

КУЛЬТУРА

Афиша

Новые передвижники

Фотогалерея

Музыка

"Неизвестные" музеи

Риторика

Русские храмы и монастыри

Видеоархив

ФИЛОСОФИЯ

Современная русская мысль

Искания и размышления

ИСТОРИЯ

ХРОНОС

История России

История в МГУ

Слово о полку Игореве

Хронология и парахронология

Астрономия и Хронология

Альмагест

Запечатленная Россия

Сталиниана

ФОРУМЫ

Дискуссионный клуб

Научный форум

Форум "Русская идея"

Форум "Курск"

Исторический форум

Детский форум

КЛУБЫ

Пятничные вечера

Клуб любителей творчества Достоевского

Клуб любителей творчества Гайто Газданова

Энциклопедия Андрея Платонова

Мастерская перевода

КОНКУРСЫ

За вклад в русскую культуру публикациями в Интернете

Литературный конкурс

Читательский конкурс

Илья-Премия

ДЕТЯМ

Электронные пампасы

Фантастика

Форум

АРХИВ

2001

2000

1999

Фотоархив

Все фотоматериалы

Помощь корреспонденту Добавить новость
НАУКА В "РУССКОМ ПЕРЕПЛЕТЕ"

Если Вы хотите стать нашим корреспондентом напишите lipunov@sai.msu.ru

 

© 1999, 2000 "Русский переплет"
Дизайн - Алексей Комаров

Rambler's Top100