在蒸汽火車時(shí)代，乘客們驚嘆于更大和更強(qiáng)大的發(fā)動(dòng)機(jī)。隨著時(shí)代的發(fā)展，技術(shù)的進(jìn)步，科學(xué)家仍在開發(fā)蒸汽發(fā)動(dòng)機(jī)，但是現(xiàn)代的蒸汽發(fā)動(dòng)機(jī)并不是越大越好，而是越微觀越好，德國(guó)科學(xué)家最近研制了一款微型蒸汽機(jī)，經(jīng)測(cè)量，只有1毫米的千分之三。
德國(guó)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(gè)漂浮在水中的單粒子研制了這款微型蒸汽機(jī)。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(dòng)機(jī)，或更精確說，是最小的斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)（Stirling engine），而且發(fā)現(xiàn)，這種機(jī)器確實(shí)可以運(yùn)行。”在200年前，英國(guó)牧師羅巴特•斯特林（Robert Stirling）發(fā)明的熱力發(fā)動(dòng)機(jī)是一個(gè)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(yùn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)車輪。 微觀世界的規(guī)律決定研究人員無法按照一個(gè)正常大小的的設(shè)計(jì)圖來構(gòu)建微小的發(fā)動(dòng)機(jī)。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(dòng)機(jī)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(tái)機(jī)器。” 因此，斯圖加特的實(shí)驗(yàn)工作氣體就不再是由無數(shù)分子組成的，而只是一個(gè)尺寸只有3微米（一微米相當(dāng)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(yùn)動(dòng)。 研究人員取代了在氣缸中周期性上下活動(dòng)的活塞，而采用聚焦的激光束，其強(qiáng)度會(huì)發(fā)生周期性變化。激光的光學(xué)力量限制塑料粒子的運(yùn)動(dòng)，使處于較大或較小的水平，像大型熱發(fā)動(dòng)機(jī)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(jī)的鍋爐。研究人員還取代了老式煤火蒸汽機(jī)，采用另一個(gè)激光束，可以對(duì)水進(jìn)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(jī)器會(huì)濺射東西，但它的運(yùn)轉(zhuǎn)效率驚人。研究人員驚奇地發(fā)現(xiàn)該發(fā)動(dòng)機(jī)每個(gè)周期轉(zhuǎn)換的能量一樣多，并以同樣的效率運(yùn)行，就像運(yùn)行正常的宏觀熱力發(fā)動(dòng)機(jī)。克萊門斯•柏秦格說：“我們的實(shí)驗(yàn)使我們初步觀察到，有能量平衡的熱發(fā)動(dòng)機(jī)也可運(yùn)行在小尺度。雖然我們的機(jī)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(huì)妨礙它在微米尺度運(yùn)行。這無疑是個(gè)好消息，人們將來可設(shè)計(jì)可靠、高效的微型機(jī)械。” 文/搜狐科學(xué) |
