在蒸汽火車時代，乘客們驚嘆于更大和更強大的發(fā)動機。隨著時代的發(fā)展，技術(shù)的進步，科學(xué)家仍在開發(fā)蒸汽發(fā)動機，但是現(xiàn)代的蒸汽發(fā)動機并不是越大越好，而是越微觀越好，德國科學(xué)家最近研制了一款微型蒸汽機，經(jīng)測量，只有1毫米的千分之三。
德國斯圖加特大學(xué)和斯圖加特馬克斯普朗克智能系統(tǒng)研究所的研究人員利用激光束和一個漂浮在水中的單粒子研制了這款微型蒸汽機。研究員克萊門斯•柏秦格（Clemens Bechinger ）說：“我們已經(jīng)開發(fā)出世界上最小的蒸汽發(fā)動機，或更精確說，是最小的斯特林發(fā)動機（Stirling engine），而且發(fā)現(xiàn)，這種機器確實可以運行。”在200年前，英國牧師羅巴特•斯特林（Robert Stirling）發(fā)明的熱力發(fā)動機是一個充滿氣體的氣缸，它通過定期加熱和冷卻，使氣體膨脹和收縮，這就使活塞運動，驅(qū)動車輪。 微觀世界的規(guī)律決定研究人員無法按照一個正常大小的的設(shè)計圖來構(gòu)建微小的發(fā)動機。研究員瓦倫丁•波利科爾（Valentin Blickle）說：“我們成功地縮小了熱力發(fā)動機的重要組成部分的尺寸，如工作氣體和活塞的尺寸縮小到只有幾微米，然后將它們組裝成一臺機器。” 因此，斯圖加特的實驗工作氣體就不再是由無數(shù)分子組成的，而只是一個尺寸只有3微米（一微米相當于千分之一毫米）的單一的塑料珠子，它漂浮在水中。由于這種塑料粒子比原子大1萬倍左右，因此，研究人員可以在顯微鏡下直接觀察它的運動。 研究人員取代了在氣缸中周期性上下活動的活塞，而采用聚焦的激光束，其強度會發(fā)生周期性變化。激光的光學(xué)力量限制塑料粒子的運動，使處于較大或較小的水平，像大型熱發(fā)動機的氣體壓縮和膨脹的情形。為了使系統(tǒng)正常工作，它必須在膨脹的過程中從外部加熱，就像蒸汽機的鍋爐。研究人員還取代了老式煤火蒸汽機，采用另一個激光束，可以對水進行突然加熱，但也可使它盡快降溫，只要關(guān)閉就行。 盡管一些水分子與粒子碰撞導(dǎo)致這種機器會濺射東西，但它的運轉(zhuǎn)效率驚人。研究人員驚奇地發(fā)現(xiàn)該發(fā)動機每個周期轉(zhuǎn)換的能量一樣多，并以同樣的效率運行，就像運行正常的宏觀熱力發(fā)動機。克萊門斯•柏秦格說：“我們的實驗使我們初步觀察到，有能量平衡的熱發(fā)動機也可運行在小尺度。雖然我們的機器還不能做任何有用的工作，但是從原則上說，沒有什么因素會妨礙它在微米尺度運行。這無疑是個好消息，人們將來可設(shè)計可靠、高效的微型機械。” 文/搜狐科學(xué) |
