Специалисты из университета Мэриленда и института углубленных исследований в Принстоне показали, что некоторые типы цикличных тепловых двигателей могут одновременно максимально увеличивать мощность и эффективность.
Тепловые двигатели превращают тепло в механическую энергию. Существует 2 типа подобных устройств: в спокойном и цикличном состоянии. Предыдущие исследования показывали, что в тепловых двигателях невозможно одновременно добиться максимального увеличения мощности и эффективности. Так, работа цикличных устройств на меньших оборотах приводила к повышению одного параметра за счет снижения другого. Однако, недавняя работа Орена Раза, Йигита Субаси (университет Мэриленда) и Рами Пугача (Принстон) показали, что подобной зависимости можно избежать.
В статье Physical Review Letters говорится, что в определенных цикличных двигателях можно одновременно максимально увеличивать и мощность и эффективность. Однако, исследование показало и наличие ограничений в таком оборудовании. Невозможно создать тепловой двигатель с наибольшей теоретической продуктивностью при выработке не нулевой мощности.
«Мы показали, что, несмотря на ожидания, мы смогли максимально увеличить параметры на высоких оборотах, — отметил Пугач. – Это не противоречит законам термодинамики, так как оптимальная эффективность в нашем случае меньше границы Карно, доступной только на медленных режимах. Возможность практического применения зависит от контекста. Однако, мы доказали саму возможность улучшения двигателя».
В своей работе специалисты использовали неожиданную конструкцию, спроектировав «геометрический тепловой двигатель». В нем тепло и работа представлены как зоны в фазовом пространстве. Соотношение этих показателей является эффективностью. Решение позволило увидеть, что происходит, когда работа начинает падать. В таких случаях траектория закручивается вокруг себя, а снижение параметров связано с отрицательной ориентацией петли в пространстве состояний. Исследователям удалось создать протокол, при котором такие участки не появляются. Однако, результаты являются только теорией, и пока не ясно, как их можно применить к настоящим двигателям.
Источник: rsute.ru