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Temperaturproblem in Nanoobjekten.

Temperaturproblem in Nanoobjekten.

Einige auf Physik spezialisierte Forscher haben etwas sehr Seltsames entdeckt: Das Konzept der Temperatur ist bei kleinsten Objekten, dh bei Nanoobjekten, nicht sinnvoll.

Obwohl bekannt ist, dass sich das Konzept der Temperatur auf der Skala einzelner Atome auflöst, weisen die aktuellsten Forschungsergebnisse auf die Möglichkeit hin, dass es auch in größeren Geräten wie Kohlenstoffnanoröhren bedeutungslos ist.

Die Nanotechnologie ist die Wissenschaft, die es ermöglicht, Materialien aus nur wenigen tausend Atomen zu manipulieren. Kohlenstoffnanoröhren zum Beispiel sind winzige Zylinder, die die Herstellung von elektronischen Miniaturgeräten ermöglichen.

Ortwin Hess von der University of Surrey und sein Forscherteam sagen, wenn Sie die Temperatur einer Spitze eines 10-Mikrometer-Nanoröhrchens messen, hätte diese nicht unbedingt die gleiche Temperatur wie die andere Spitze. Die Länge eines Nanoröhrchens mit diesen Eigenschaften entspricht etwa der Dicke eines Blattes Papier.

Wenn Sie eine Skala erreichen, in der die Temperatur keine Rolle spielt, können Sie Änderungen der physikalischen Eigenschaften Ihres Systems nicht vorhersagen. Dies ist laut Peter Atkins, Experte für physikalische Chemie an der Universität Oxford, für jedes Gerät problematisch.

Laut Hess ist es nicht überraschend, dass die Temperatur irgendwann zwischen der realen Welt und der atomaren Skala auseinander fällt. Die aktuelle Herausforderung besteht darin, festzustellen, wann diese Tatsache eintritt. Dies kann variieren, je nachdem, um welches Material es sich handelt und wie viel Energie in Bezug auf die Wärme gespeichert wird.

Atkins sagt: "Unsere tägliche Erfahrung mit Temperatur ist ein Signal für den Energiefluss als Wärme." In der realen Welt fließt Wärme von Objekten mit höherer Temperatur zu Objekten mit niedrigerer Temperatur, sodass sich eine Tasse Tee heiß anfühlt, wenn wir sie nehmen und die Wärme unsere Hände erreicht.

Auch auf atomarer Ebene beschreibt die Temperatur die Verteilung der Wärmeenergie auf die Billionen von Atomen und Molekülen, aus denen unsere Welt besteht, aber nicht, wenn es sich um ein einzelnes Atom handelt.

Mit ihren aktuellen Forschungen haben Hess und sein Team die Größe einer Kistenkette zunehmend reduziert, bis sie den Punkt erreicht haben, an dem sie glauben, dass die Temperatur nicht mehr konstant ist. Das Ergebnis seiner Forschung könnte für Nanowissenschaftler besorgniserregend sein.


Video: Tata nano temperature coolant sensor (September 2020).