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Der kleinste Kühlschrank der Welt

Von / 17. Februar 2012 / 9 Kommentare / Seite 3 von 3 / Auf einer Seite lesen
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Bleibt mir noch, das mysteriöse Wort “fridge gate” zu erklären – “fridge” heißt Kühlschrank, aber warum “gate” (=Tor)? Die Antwort liegt darin, dass hier drei simple Elemente aneinander gekoppelt werden, deren Endzustand sich dann abhängig vom Anfangszustand einstellt. Genau so funktionieren ja auch Schaltungen in der Informatik (wer’s genau wissen will, kann bei Marcus nachlesen) – und die bezeichnet man als “gates”, zu Deutsch “Gatter”.

Dass es generell einen Zusammenhang zwischen Thermodynamik und Informatik (Information) gibt, ist ja schon länger bekannt – hier sieht man jetzt, dass man ganz ähnliche Operationen auch direkt für Wärmemaschinen einsetzen kann.

Skrzypczyk, P., Brunner, N., Linden, N., & Popescu, S. (2011). The smallest refrigerators can reach maximal efficiency Journal of Physics A: Mathematical and Theoretical, 44 (49) DOI: 10.1088/1751-8113/44/49/492002

 

R. Renner, “The fridge gate”, Nature 482, Feb. 2012

(Aus diesem Artikel ist auch das zweite Bild entnommen.)

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Kommentare (9)

  1. #1 ZielWasserVermeider
    17. Februar 2012

    COOOL!!1ELF!11(Passt hier ja;)

    Na .. wenn die Chipstrukturen immer kleiner werden findet diese Sache dann vielleicht auch Anwendung. Falls das möglich ist….

    Gruß
    Oli

  2. #2 MartinB
    17. Februar 2012

    @ZWV
    Ja, ich habe mich auch gefragt, ob man damit irgendwie gleichzeitig einen Rechenprozess betreiben und Wärme loswerden könnte, aber ich glaube, das geht nicht ohne weiteres, weil man dazu die Energie ja transportieren muss. Von einer echten Anwendung stand jedenfalls nirgends was.

  3. #3 engywuck
    18. Februar 2012

    rechnen, indem man einfach den Computer in eine Tasse heißen Tee hängt hätte was (wenn wir schon keinen endlichen Unwahrscheinlichkeitsgenerator haben…)

    Zum Thema drei Atome: ich frage mich gerade schon die ganze Zeit, ob man nicht mehrere Quantenzustände in ein und demselben Atom nutzen könnte, z.B. für 2 und 3 (grob nach dem Prinzip Elektron in Schale A fällt us Feinstruktur A’ zurück und regt dabei Elektron in Schale B zu B’ an, oder auch gleichzeitige Kern- und Elektronenanregungen), aber vermutlich ist das Blödsinn und der Uhrzeit geschuldet.

  4. #4 MartinB
    18. Februar 2012

    @engywuck
    Ich glaube, das geht deswegen nicht, weil die beiden Energiezustände 2 und 3 ja in unterschiedlichen Wärmebädern hängen müssen – das dürfte bei den Schalen eines Atoms schwierig sein.

  5. #5 engywuck
    18. Februar 2012

    das ist mir inzwischen auch gekommen… Andererseits muss “Wärmebad” ja nicht notwendigerweise “Energieübertragung durch Stöße” bedeuten, oder? in diesem Fall könnten *möglicherweise* zwei Lichtstrahlen mit genügend unterschiedlichem Maximum der Verteilung (Laser?) ausreichend sein. Würde die Effizienz aber nicht notwendigerweise erhöhen 😀

  6. #6 CMS
    18. Februar 2012

    So, aber die ultimative Frage, die ich mir jetzt stelle ist ja: Kann man das auch in der Praxis skaliert einsetzen? Also Kühlschränke ohne Kompressoren etc. die ja – meines Wissens nach – nicht sooo toll Energieeffizient sind.

  7. #7 MartinB
    18. Februar 2012

    @engywuck
    Du meinst, statt des heißen Wärmebads in passender Laser? Interessante Idee – ich weiß nicht, ob das geht, denn der Laser würde ja das Atom auch zur Absorption anregen und Absorption überwiegt normal ja die Emission (außer im Laser selbst, wo ich ne Besetzungsinversion habe, aber das geht bei einem einzelnen Atom wohl nicht.) Bin aber nicht sicher.

    @CMS
    Ich glaube, da gibt es bessere Techniken – meines Wissens kann man Kühlschränke auchheute schon dicht am theoretischen Limit bauen.

  8. #8 Martin Haug
    18. Februar 2012

    Wie kann ich mir bei Atomen denn Wärmebäder vorstellen? Ein Atom sollte doch lediglich von anderen Atomen umgeben sein und ansonsten im leeren Raum schweben. Nur Wärme ist ja schon an etwas gebunden, was warm sein kann (da bleibt ein Atom) also müsste das Atom in irgendeiner kleineren Struktur eingebettet sein, so wie ein Frühstücksei im kochenden Wasser.
    Wie also kann die Umgebung der Atome heiß sein, ohne mehr als die drei Atome zu involvieren?

    Und zweite Frage: In dem Artikel wird nicht ganz klar, an welcher Stelle die von Atom 3 zugeführte Energie benötigt wird. Also dass sie benötigt wird ist logisch, sonst wäre das ja ein Perpetuum Mobile. 🙂
    Aber wo genau kommt die Notwendigkeit zum tragen?

  9. #9 MartinB
    19. Februar 2012

    @Martin
    Zu Frage 1: Stell dir vor, das Atom wäre zum Beispiel an der Oberfläche eines gasgefüllten Behälters verankert, dann bekommt es durch Stöße mit den Gasmolekülen Energie übertragen. (Verankern tue ich das Atom, damit es nicht Energie in kinetische Energie umsetzen kann.)

    Die Umgebung der Atome involviert mehr als drei Atome, sie ist ein thermodyanmisches System. Aber das Kühlaggregat selbst, das den Energieaustausch steuert, besteht nur aus den drei Atomen.

    Zu Frage 2: Das Dritte Atom wird benötigt, damit wir Atom 2 vom Grund in den angeregten Zustand bekommen: Es ist ja E1+E3=E2.
    Ohne das dritte Atom geht es nicht, wenn ich dann Energie von Atom 1 nach 2 übertragen wollte, dann müste E1=E2 sein, aber dann würde der Prozess mit genau gleicher Wahrscheinlichkeit in beide Richtungen ablaufen.

    Ist es jetzt klarer?