Un nuevo estudio determina la eficiencia de un motor térmico de una sola molécula considerando una serie de trinquetes que transfieren energía a lo largo de una red.
Desde motores de combustión interna hasta refrigeradores domésticos, los motores térmicos son un componente omnipresente de la vida diaria. Estas máquinas convierten el calor en energía utilizable que luego puede usarse para realizar trabajo. Los motores térmicos pueden ser tan pequeños como una sola molécula cuyos movimientos aleatorios intercambian energía con el medio ambiente. Pero determinar la eficiencia de un motor térmico molecular no es una tarea sencilla.
En un estudio publicado en The European Physical Journal B , Mesfin Asfaw Taye, del West Los Angeles College, California, EE. UU., calcula ahora el rendimiento de un motor térmico molecular en términos de una serie de trinquetes moleculares que transfieren energía, paso a paso, en una dirección. Muestra y analiza cómo manipular un sistema de este tipo para transportar una partícula a lo largo de una trayectoria compleja.
Taye y sus colegas han invocado previamente el concepto de "trinquete browniano" para calcular la velocidad, la eficiencia y el rendimiento general de un motor térmico molecular. Aquí, una partícula (el motor) cambia de posición a través del movimiento térmico de acuerdo con un mecanismo que obliga a un objeto que de otro modo se movería aleatoriamente a viajar en una sola dirección.
Ahora Taye y su grupo proporcionan una solución analítica completa a las ecuaciones de su modelo que les permite calcular el rendimiento del sistema en cada momento del camino. Hacerlo proporciona una manera de examinar cómo la disposición del trinquete afecta la eficiencia y la velocidad del motor. También muestran que un motor que funciona en un baño térmico con una temperatura que disminuye gradualmente puede generar una mayor velocidad pero una menor eficiencia en comparación con un sistema con baños fríos y calientes fijos, otra herramienta para manipular el movimiento del motor.
Este hallazgo proporciona un marco para estudiar las características termodinámicas de los motores moleculares basados en proteínas y otros sistemas a micro y nanoescala conocidos por convertir la energía química en movimiento mecánico. Ofrece una forma de transportar una partícula a una ubicación deseada en una red a una velocidad que depende de la disposición de los trinquetes.
Más información: Mesfin Asfaw Taye, Soluciones dependientes del tiempo para la eficiencia y la velocidad de un motor térmico browniano que opera en una red bidimensional junto con un fondo térmico no uniforme, The European Physical Journal B (2023). DOI:10.1140/epjb/s10051-023-00533-y
Información de la revista: Revista Europea de Física B
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