Crédito:The European Physical Journal B (2023). DOI:10.1140/epjb/s10051-023-00533-y Um novo estudo determina a eficiência de um motor térmico de molécula única considerando uma série de catracas que transferem energia ao longo de uma rede.
Dos motores de combustão interna aos refrigeradores domésticos, os motores térmicos são um componente onipresente da vida diária. Essas máquinas convertem calor em energia utilizável que pode então ser usada para realizar trabalho. Os motores térmicos podem ser tão pequenos quanto uma única molécula cujos movimentos aleatórios trocam energia com o meio ambiente. Mas determinar a eficiência de uma máquina térmica molecular não é uma tarefa simples.
Em um estudo publicado no The European Physical Journal B , Mesfin Asfaw Taye, do West Los Angeles College, Califórnia, EUA, agora calcula o desempenho de uma máquina térmica molecular em termos de uma série de catracas moleculares que transferem energia, passo a passo, em uma direção. Ele mostra e discute como manipular tal sistema para transportar uma partícula ao longo de um caminho complexo.
Taye e seus colegas já invocaram o conceito de "catraca browniana" para calcular a velocidade, eficiência e desempenho geral de uma máquina térmica molecular. Aqui, uma partícula (o motor) muda de posição através do movimento térmico de acordo com um mecanismo que força um objeto que de outra forma se moveria aleatoriamente a viajar em apenas uma direção.
Agora Taye e seu grupo fornecem uma solução analítica completa para suas equações de modelo que lhes permite calcular o desempenho do sistema a cada momento ao longo do caminho. Isso fornece uma maneira de examinar como o arranjo da catraca afeta a eficiência e a velocidade do motor. Eles também mostram que um motor operando em banho térmico com temperatura decrescente gradativamente pode levar a maior velocidade, mas menor eficiência em comparação com um sistema com banhos fixos quentes e frios – outra ferramenta para manipular o movimento do motor.
Esta descoberta fornece uma estrutura para estudar as características termodinâmicas de motores moleculares baseados em proteínas e outros sistemas em micro e nanoescala conhecidos por converter energia química em movimento mecânico. Ele oferece uma forma de transportar uma partícula para um local desejado em uma rede a uma velocidade que depende da disposição das catracas.
Mais informações: Mesfin Asfaw Taye, Soluções dependentes do tempo para eficiência e velocidade de uma máquina térmica browniana que opera em uma rede bidimensional acoplada a um fundo térmico não uniforme, The European Physical Journal B (2023). DOI:10.1140/epjb/s10051-023-00533-y Informações do diário: Revista Física Europeia B
