中国科学家破解了最大功率、最高效热机的密码

科学家们用生化热机解决了这个问题。

最近由中国科学家领导的一项研究挑战了数百年来的神话，即热机可以实现最大的功率输出和高效率。这种方法违背了热力学的基本原理。

上个月发表在著名杂志上的这项研究表明，热机可以在不牺牲效率的情况下实现最大功率输出。科学家们提出了一种最小的热机模型，可以在获得最大功率输出的同时达到卡诺效率（Carnot efficiency）。

这一发现可能会导致能量转换技术的进步，从而为高效热机铺平道路。

简化的高能级发动机模型

通过设计一个具有高能简并的简化发动机模型 —— 许多微观状态一起工作 —— 研究人员能够利用集体效应，克服传统的效率-功率权衡。据报道，他们的研究表明，当一个系统的许多小部件一起工作时，它们可以更有效地转换能量，为未来的技术提供了新的可能性。

这项研究发表在1月份的《物理评论快报》上，揭示了工作物质内部固有的不同物理量的潜力，比如简并，作为有希望的热力学资源，突破了传统热机的非平衡热力学所带来的普遍的功率效率权衡。

研究人员说：“我们的发现为利用多体相互作用系统的能量的集体优势提供了新的见解。”

生化热机

人们强调，制造一个效率接近卡诺热机的热机的主要障碍是，它需要无限的时间才能以最小的功率输出做功。据报道，研究人员用生化热机解决了这个问题。

该研究的合著者B.Shiling Liang博士告诉我们：“根据我之前工作中的聚合物折叠模型，我开发了一种最小热机，令人惊讶的是，它显示出在最大功率下超过热机效率某些公认极限的潜力。这一意外发现促使我联系了Yu Han，启动了我们在这个项目上的合作。”。

模型可以打破传统的效率-功率权衡

研究小组表明，在某些条件下，他们的模型可以打破传统的效率-功率权衡。

这表明，如果采用正确的内部结构设计热机，其运行效率将远远高于经典热力学的预测。研究人员还声称，当这些理论在现实世界的技术中得到应用时，未来可能会看到更强大、更高效的发电厂、发动机，甚至微观生物机器，它们的能源浪费要少得多。

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