Прорыв в чистой энергетике: «невозможное» производство энергии с использованием графена. Проблемы века

Группа исследователей сообщает, что им удалось опровергнуть давний принцип современной физики – что полезная работа не может быть получена за счет случайных тепловых флуктуаций – отчасти благодаря уникальным свойствам графена.

Микроскопическое движение частиц внутри жидкости, также известное как броуновское движение, поскольку оно было открыто шотландским ученым Робертом Брауном, долгое время считалось невозможным средством создания полезной работы.

Наиболее известно, что эта идея была опровергнута десятилетия назад физиком Ричардом Фейнманом, который в мае 1962 года предложил мысленный эксперимент с предполагаемым вечным двигателем, получившим название броуновского храповика.

Теоретически это устройство будет состоять из шестерни и храпового механизма, который вибрирует при погружении в тепловую ванну, позволяя двигаться только в одном направлении. Предпосылка состоит в том, что однонаправленное движение будет создавать силу при отсутствии какого-либо градиента тепла, что, по-видимому, противоречит второму закону термодинамики. Однако Фейнман утверждал, что, поскольку компоненты машины также будут испытывать броуновское движение, в ее работе неизбежно возникнут сбои, тем самым сводя на нет всю полезную работу, которую она может произвести.

Теперь группа исследователей из факультета физики Университета Арканзаса утверждает, что они продемонстрировали, что тепловые флуктуации в отдельно стоящем графене действительно могут быть использованы как часть нового нового метода, который позволяет создавать полезную работу, переворачивая более чем столетнюю традицию. мышление в современной физике.

Графен — это фуллерен, состоящий из листа графита толщиной всего в один атом. Из-за волнистой структуры отдельно стоящего графена его уникальное поведение в зависимости от температуры окружающей среды сделало его идеальным для использования в исследованиях группы.

В статье, описывающей свое открытие, команда теоретически рассматривает «графеновую пульсацию как броуновскую частицу», которая связана со схемой хранения энергии. Если контур и броуновская частица остаются при одинаковой температуре, энергия не может генерироваться частицей в соответствии со вторым законом термодинамики. Это остается верным, даже если в схему введен выпрямительный диод.

«Однако, когда схема содержит переход, за которым следуют два диода, включенных навстречу друг другу», — объясняют авторы статьи, — «приближение к равновесию может стать сверхмедленным». Точнее, баланс между этими элементами временно нарушается, когда между парой диодов проходит ток, который заряжает накопительные конденсаторы.

«Энергия, собираемая каждым конденсатором, поступает из тепловой ванны диодов», — объясняют авторы статьи, — «при этом система подчиняется первому и второму законам термодинамики». Следовательно, хотя никакие термодинамические законы не бросают вызов, тем не менее полезная работа генерируется броуновским движением, вопреки многолетним аргументам Фейнмана об обратном.

В ходе исследования группа под руководством профессора физики Университета Арканзаса Пола Тибадо обнаружила, что, хотя конденсаторы большего размера производят больше накопленного заряда, использование конденсаторов на основе графена меньшего размера обеспечивает не только более высокую скорость первоначальной зарядки, но и разряжается в течение более длительного времени. более длительный период — существенный фактор, поскольку использование графеновой емкости таким образом позволяет отключать накопительные конденсаторы от схемы, используемой для сбора энергии, до потери чистого заряда.

В электронном письме The Debrief Тибадо объяснил, что новый источник энергии, открытый им и его коллегами, так долго ускользал от физиков из-за ограничений, с которыми исследователи столкнулись в 1960-х годах во время первых попыток решить уравнение в частных производных, которое долгое время озадачивало физиков. .

«Мы нашли этот новый источник энергии, решив уравнение Фоккера-Планка (FPE)», — говорит Тибадо.

В 1960-х годах, примерно в то же время, когда Фейнман представил свои аргументы в пользу использования броуновского движения для производства полезной работы, ученые также предприняли свои первые попытки решить уравнение Фоккера-Планка.