nbsp;هنا عدن | متابعات
كسر الفريق الياباني قيود تاريخية عبر نهج كمومي جديد يتجاوز المفهوم التقليدي للتوازن الحراري.
كشف باحثون يابانيون عن ابتكار غير مسبوق في مجال "حصاد الطاقة" يعتمد على حالات كمومية غير حرارية، ما يتيح تحويل الحرارة المهدورة إلى كهرباء بكفاءة تفوق القيود التقليدية التي تفرضها قوانين الديناميكا الحرارية.
تستند الطريقة الجديدة إلى ما يعرف بـ"سائل توموناغا-لوتينغر" (TL)، وهو نظام إلكتروني أحادي البعد يتميز بقدرته على مقاومة عملية التوازن الحراري. فعندما يتعرض هذا السائل للحرارة، يحتفظ بحالته الكمومية عالية الطاقة بدلاً من توزيعها بشكل متساوٍ، وهو ما يمنح الباحثين فرصة لاستخراج طاقة كهربائية أكبر من الحرارة المهدورة.
وقال الفريق البحثي في ملخص الدراسة التي نشرت في مجلة "Nature": "مقارنة بالسائل شبه الحراري، فإن الحالة غير الحرارية تحت نفس الظروف الحرارية قادرة على توليد قوة دافعة كهربائية أكبر وكفاءة تحويل اعلى.
من أين تأتي الفكرة؟
الحرارة المهدورة موجودة في كل مكان، من الهواتف الذكية وأجهزة الكمبيوتر إلى المصانع ومحطات الطاقة. ورغم أن تقنيات حصاد الطاقة الحالية تحاول استغلال هذه الحرارة، إلا أنها تصطدم بحدود صارمة تفرضها قوانين الديناميكا الحرارية، مثل "كفاءة كارنو وكورزون-ألبورن"، التي تحدد الأداء الأقصى لتحويل الحرارة إلى كهرباء.
لكن الفريق الياباني كسر هذه القيود عبر نهج كمومي جديد يتجاوز المفهوم التقليدي للتوازن الحراري. باستخدام سائل "TL" غير حراري، تمكن الباحثون من تطوير نظام يحافظ على الطاقة في حالتها الكمومية، ما يفتح الباب أمام تصميمات أكثر كفاءة للأجهزة منخفضة الاستهلاك للطاقة، بل وحتى للحواسيب الكمومية المستقبلية.
تجربة تثبت المستحيل
في التجارب، وجه الباحثون الحرارة المهدورة من ترانزستور نقطة كمومية إلى سائل TL، ثم نقلوا هذه الطاقة غير الحرارية لمسافة بضعة ميكرومترات إلى محرك حراري كمومي يعتمد على النقاط الكمومية لتحويل الحرارة إلى كهرباء. ورصد العلماء جهدا كهربائيا أعلى بكثير وكفاءة تحويل تفوق المصادر الحرارية التقليدية.
ولشرح هذه الظاهرة، وضع الفريق نموذجاً نظرياً يعتمد على "توزيع فيرمي ثنائي"، مؤكداً أن التقنية الجديدة يمكن أن تتجاوز حدود "كفاءة كارنو وكورزون-ألبورن" التي طالما اعتبرت سقفاً لا يمكن تخطيه.
للتبسيط: تخيل أن لديك هاتفاً يسخن أثناء الاستخدام، في الوضع الحالي، هذه الحرارة تضيع.
التقنية الجديدة تقول: يمكننا تحويل هذه الحرارة إلى كهرباء إضافية لتشغيل أجزاء من الهاتف نفسه، بكفاءة أعلى من أي طريقة حالية.
يفتح هذا الإنجاز آفاقاً واسعة لتقنيات حصاد الطاقة في الإلكترونيات منخفضة الاستهلاك والحواسيب الكمومية، مع إمكانية تحويل الحرارة المهدورة إلى مصدر طاقة مستدام.
وقال البروفيسور توشيماسا فوجيساوا من معهد العلوم في طوكيو: "نتائجنا تشير إلى إمكانية تحويل الحرارة المهدورة من الأجهزة الإلكترونية والحواسيب الكمومية إلى طاقة قابلة للاستخدام عبر تقنيات حصاد عالية الاداء.
( قناة العربية)
