 |
|
|
|
|
|
 |
 |
Neues aus der Welt der Wissenschaft |
|
|
|
|
|
|
Laserlicht aus Autoabgasen |
|
| | | Bei der Verbrennung von Benzin und Diesel in Kraftfahrzeugen entstehen teilweise hochenergetische Abgasmoleküle. Diese Energie wollen jetzt Physiker nutzen und in Laserlicht verwandeln. Realisieren wollen sie diese Technologie mit Erkenntnissen der Quantenmechanik. |
|
|
|
|
|
|
|
|
| |
Detailliert beschrieben ist das Vorhaben von Marlan Scully, Physiker von der A&M Texas University, in der aktuellen Ausgabe der "Physical Review Letters".
|
|
|
|
|
|
Energieeffizienz mittels 'Quanten-Nachbrenner' |
|
| |
Um das Vorhaben, die Energie aus Abgasmolekülen in Laserlicht umzuwandeln, zu realisieren, ist laut Scully einzig und allein ein so genannter "Quanten-Nachbrenner" nötig.
Dieses hypothetische Modell benutzt Erkenntnisse aus der Quantenmechanik, um die Energieeffizienz von Benzin- und Dieselmotoren zu erhöhen: Wärmeenergie der Abgase wird rückgeführt und daraus Energie in Form von Laserlicht gewonnen.
|
|
|
|
|
|
Laser und Maser |
|
| |
Scully's Quantenmodell beeinhaltet zwei Vorrichtungen, die zu einem normalen Abgasauspuff hinzugefügt werden: einen Laser und einen Maser.
Ein Maser emittiert im Unterschied zu einem Laser kein sichtbares Licht, sondern elektromagnetische Strahlung in Form von Mikrowellen.
Beide Vorrichtungen würden mit der Abgabe von Strahlungsenergie in dem Moment beginnen, da die Anzahl hochenergetischer Moleküle im heißen Abgasstrom eine kritische Grenze überschreitet.
|
|
Quantentheorie
Theorie, die die Atome, Moleküle sowie ihre Wechselwirkung mit Elementarteilchen beschreibt. Den Ausgangspunkt bildete die Entdeckung von Planck, dass man die Energiedichte der Lichtstrahlung eines schwarzen Körpers nur dann richtig berechnen kann, wenn man annimmt, dass alle Lichtenergie nur "quantisiert", also in bestimmten Mengen abgegeben wird.
Folgerungen der Theorie:
1. alle atomaren Gesetze haben nur statistische Bedeutung. Die Physik ist also im atomaren Bereich nicht mehr determiniert, wohl aber noch kausal.
2. Elementarteilchen gibt es in zwei Erscheinungen: Teilchen und Welle. Das Verhalten der Teilchen ist bei der Messung beschreibbar, nicht aber ihr Verhalten zwischen den einzelnen Messungen. Eine mathematische Formulierung gibt die Heisenberg'sche Unschärferelation, nach der man weder den Impuls noch den Ort eines Teilchens gleichzeitg bestimmen kann. Mit der Quantentheorie kann das Periodensystem der Elemente oder der Aufbau der Atomhülle erklärt werden. Dabei zeigte sich, dass jedes Elementarteilchen einen Drehimpuls, einen Spin, besitzt. |
|
|
 Mehr zu Quantenmechanik |
|
|
|
|
|
|
Drei Energieniveaus |
|
| |
Der von Scully konzeptionierte "Quanten-Nachbrenner" arbeitet auf der Grundlage, dass sich die Abgasmoleküle in drei verschiedenen Energiezuständen befinden: hoch, mittel und niedrig.
Der Maser bringt Abgasmoleküle auf dem mittlerem Energieniveau dazu, Energie in Form von Laserlicht abzugeben. Dabei fällt, wie die Quantenmechanik prognostiziert, dieses Molekül vom mittleren auf das niedrige Energieniveau.
Bislang wurde die im Abgasstrom existierende Wärmeenergie als nutzlos angesehen. Die von Scully entwickelte Methode kann aus dem "nutzlosen" Abgas Laserlicht produzieren.
|
|
|
|
|
|
Bauen einer "Quanten-Maschine" |
|
| |
In einem nächsten Schritt wollen Scully und seine Kollegen eine reale "Quanten-Maschine" bauen, um die ersten Tests an dem jetzt präsentierten Modell durch zu führen.
Das Thema Wirkungsgrad bei Automotoren ist seit der Entwicklung des Automobils ein heißes Thema für Physiker und Ingenieure.
Im frühen 19. Jahrhundert kalkulierte der französiche Ingenieur Nicholas Leonard Sadi Carnot die maximale Arbeitsleistung, die eine Maschine liefern kann, in der ein erhitztes Gas über einen Zyklus von Expansion und Kompression einen Kolben antreibt.
|
|
|
|
|
|
Anwendung auf Otto-Motoren |
|
| |
Scully interessiert sich jetzt in erster Linie für die Umsetzung dieses Prinzips in Otto-Motoren. Das klare Ziel: eine Steigerung des Wirkungsgrades.
|
|
|
01.01.2010 |
