Los físicos han demostrado que la cuantificación de energía puede mejorar la eficiencia de un motor térmico de un solo átomo para superar el rendimiento de su homólogo clásico. Cuantización de energía, en el que los niveles de energía de un sistema ocurren solo en valores discretos, es una característica por excelencia de los sistemas cuánticos y difiere de los niveles de energía continua que ocurren en los sistemas clásicos.

Los físicos David Gelbwaser-Klimovsky de la Universidad de Harvard y coautores, han publicado un artículo sobre el uso de la cuantificación de energía para mejorar el rendimiento de las máquinas térmicas en un número reciente de Cartas de revisión física .

En su trabajo, los investigadores compararon el rendimiento de las máquinas de calor clásicas y cuánticas, que convierten el calor en trabajo. En la versión clásica, Se requiere una sustancia de trabajo compresible (generalmente un gas) para su funcionamiento. Cuando se calienta la sustancia de trabajo, se expande e impulsa el movimiento mecánico del motor. En la práctica, Puede ser un desafío experimental alcanzar las grandes relaciones de compresión necesarias para un alto rendimiento. Sin embargo, en la versión cuántica con niveles de energía cuantificados, el motor térmico no requiere una sustancia de trabajo compresible, pero en cambio puede funcionar con sustancias de trabajo incompresibles.

Entonces, en general, al considerar la cuantificación de energía en un motor térmico, los paradigmas clásicos se rompen y ya no se necesitan grandes relaciones de compresión para obtener motores térmicos altamente eficientes. Como demostraron los científicos, la manipulación adecuada de los niveles de energía conduce a mayores eficiencias y abre las puertas a la realización de máquinas de calor que son clásicamente inconcebibles.

Los físicos también demostraron que, aunque la cuantificación de energía puede mejorar la eficiencia del motor térmico, la eficiencia todavía está sujeta al límite de Carnot, el límite fundamental de la eficiencia de cualquier motor térmico. Además, la mejora del rendimiento solo se produce cuando los niveles de energía cuantificados se escalan de manera no homogénea, que es un régimen que hasta ahora ha recibido poca atención. En el futuro, los investigadores planean investigar más a fondo este régimen, así como explorar diferentes tipos de sustancias activas, como los compuestos por partículas que interactúan o que no se pueden distinguir.

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