p Os físicos demonstraram que a quantização de energia pode melhorar a eficiência de uma máquina térmica de um único átomo para exceder o desempenho de sua contraparte clássica. Quantização de energia, em que os níveis de energia de um sistema ocorrem apenas em valores discretos, é uma característica quintessencial dos sistemas quânticos e difere dos níveis de energia contínua que ocorrem nos sistemas clássicos. p Os físicos, David Gelbwaser-Klimovsky da Universidade de Harvard e co-autores, publicaram um artigo sobre o uso de quantização de energia para melhorar o desempenho de máquinas de calor em uma edição recente da Cartas de revisão física .

p Em seu trabalho, os pesquisadores compararam o desempenho de máquinas de calor clássicas e quânticas, que convertem calor em trabalho. Na versão clássica, uma substância de trabalho compressível (geralmente um gás) é necessária para a operação. Quando a substância de trabalho é aquecida, ele se expande e impulsiona o movimento mecânico do motor. Na prática, pode ser experimentalmente desafiador atingir as grandes taxas de compressão necessárias para um alto desempenho. Contudo, na versão quântica com níveis de energia quantizados, a máquina de calor não requer uma substância de trabalho compressível, mas, em vez disso, pode funcionar com substâncias de trabalho incompressíveis.

p Portanto, no geral, ao considerar a quantização de energia em uma máquina de calor, os paradigmas clássicos se rompem e grandes taxas de compressão não são mais necessárias para obter motores térmicos altamente eficientes. Como os cientistas demonstraram, a manipulação apropriada dos níveis de energia leva a maiores eficiências e abre as portas para a realização de máquinas de calor que são classicamente inconcebíveis.

p Os físicos também mostraram que, embora a quantização de energia possa melhorar a eficiência do motor térmico, a eficiência ainda está sujeita ao limite de Carnot - o limite fundamental da eficiência de qualquer motor térmico. Além disso, a melhoria de desempenho só ocorre quando os níveis de energia quantizados são dimensionados de forma não homogênea, que é um regime que até agora tem recebido pouca atenção. No futuro, os pesquisadores planejam investigar mais a fundo este regime, além de explorar diferentes tipos de substâncias ativas, tais como aqueles compostos de partículas que interagem ou indistinguíveis. p © 2018 Phys.org