Finden Sie jetzt Ihren Energie-Experten! 2916 registrierte Profis direkt erreichen und kostenlos vergleichen!
Jetzt lesen: So funktioniert energie-experten.org

Ein-Ionen-Wärmekraftmaschine überschreitet Carnot-Limit

Wissenschaftler der Universitäten in Mainz und Erlangen-Nürnberg arbeiten an einer Wärmekraftmaschine, die aus einem einzelnen Ion besteht. Eine solche Nano-Wärmekraftmaschine kann einen weit höheren Wirkungsgrad erreichen als etwa ein Automotor oder ein Kohlekraftwerk und sogar das Carnot-Limit überschreiten.

Simulation des Otto-Motor-Kreislaufs der Ein-Ionen-Maschine: Die umschlossene Fläche entspricht der geleisteten Arbeit, die durch die Quetschung erheblich vergrößert wird. (Grafik: AG Quantum, JGU)

Simulation des Otto-Motor-Kreislaufs der Ein-Ionen-Maschine: Die umschlossene Fläche entspricht der geleisteten Arbeit, die durch die Quetschung erheblich vergrößert wird. (Grafik: AG Quantum, JGU)

Manipulation thermischer Wärmebäder

Eine Wärmekraftmaschine wandelt Wärme in nutzbare mechanische Energie um. Die jetzt entwickelte Nano-Wärmekraftmaschine bestehend aus einem Kalzium-Ion soll jedoch den Wirkungsgrad von etwa 25 Prozent eines Ottomotors und selbst das klassische Carnot-Limit, eine vom Franzosen Sadi Carnot im Jahr 1824 berechnete Obergrenze der Thermodynamik, überschreiten. Dazu manipulieren die Wissenschaftler der Universitäten in Mainz und Erlangen-Nürnberg die die Wärmekraftmaschine antreibenden thermischen Wärmebäder und nutzen sogenannte nicht-klassische Zustände.

Kalzium-40-Ion wird zum Ottomotor

Anhand von Berechnungen und Simulationen wurde vor rund einem Jahr zum ersten Mal gezeigt, dass sich der thermodynamische Kreislauf eines Ottomotors mit einem einzelnen Ion nachstellen lässt. Dazu wird ein einzelnes Kalzium-40-Ion verwendet, eine Million mal kleiner als ein menschliches Haar. Das Ion stellt dabei den Kolben und Kurbelwelle des Motors dar. Das einzelne Ion würde nun in einer Paul-Falle gespeichert und mit Hilfe von Laserstrahlen und elektrischen Feldern nicht nur gekühlt und erhitzt, sondern zusätzlich noch gequetscht. So können die Wissenschaftler die Impuls-Orts-Verteilung für einen optimalen Wirkungsgrad maßschneidern.

Verständnis für Thermodynamik fördern

Diese Ein-Ionen-Wärmekraftmaschine soll in ersten Experimenten jetzt in die Praxis umgesetzt und ein erster Prototyp im Labor der Johannes Gutenberg-Universität Mainz aufgebaut werden. Da die mechanische Leistung einer Ein-Ionen-Maschine allerdings äußerst gering ist, liegen mögliche Anwendungen ebenfalls nur beim Heizen oder Kühlen von Nanosystemen. Die Forscher wollten mit ihren Untersuchungen allerdings ohnehin vor allem für ein besseres Verständnis der Thermodynamik auf sehr kleinen Skalen sorgen und zeigen, dass die Überschreitung des Carnot-Limits einer klassischen Wärmekraftmaschine keine Verletzung des zweiten Hauptsatzes der Thermodynamik bedeutet, sondern allein durch die Verwendung speziell präparierter, nicht-thermischer Wärmebäder möglich ist.

Hier finden Sie spezialisierte Energieberater in Ihrer Nähe

Finden Sie jetzt Energie-Experten in Ihrer Nähe:
 

Sie haben eine Frage zu diesem Artikel? Wir sollten auch Ihre News bei uns veröffentlichen? Schreiben Sie uns unkompliziert eine E-Mail an unsere Redaktion unter: info[ee]energie-experten.org

"Ein-Ionen-Wärmekraftmaschine überschreitet Carnot-Limit" wurde am 10.02.2014 verfasst