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Movimento browniano na mira dos computadores.

Baseados em simulações numéricas, os planos de um minirrefrigerador para chips eletrônicos, explorando o movimento browniano, acabam de ser propostos por um grupo de físicos. É só construir!

O movimento browniano foi descoberto pelo botânico inglês Robert Brown, em 1827. Trata-se do movimento térmico aleatório de pequenas partículas em um líquido. Foi Albert Einstein, em 1905, o primeiro a formalizar a teoria, na publicação de seu célebre artigo sobre o assunto.




Robert Brown.

Créditos: Soylent Communications



Graças a esse efeito, e às observações de Jean Perrin, foi possível demonstrar que a termodinâmica era uma conseqüência da mecânica estatística proposta por Gibbs e Einstein, generalizando os trabalhos de Boltzmann. O próprio movimento browniano dá lugar a trajetórias complexas para as partículas e não se pode analisá-las corretamente a não ser com referência à noção de fractal e com a ajuda da teoria das probabilidades.

O movimento browniano está onipresente nos gases e líquidos. Pode-se pensar em "construir" nanomáquinas capazes de explorar a energia representada por essa agitação térmica de moléculas. É o que os físicos tentam fazer há dez anos.

Em 2004, Christian Van den Broeck e seus colegas belgas e americanos tinham já feito simulações numéricas para demonstrar que o movimento browniano poderia um dia ser utilizado, pelo menos em princípio, para construir um motor à base do movimento browniano em contato com duas fontes de calor em temperaturas diferentes. Como o funcionamento de uma máquina térmica pode ser invertido para produzir, não mais trabalho a partir do calor, mas o inverso, também deveria ser possível fazer funcionar um refrigerador à base do movimento browniano...


A chave: explorar as colisões moleculares

Christian Van den Broeck reexaminou a questão com Martijn Van den Broeck, da Universidade de Hasselt, na Bélgica. Chegaram a conceber os planos de um dispositivo com duas pás em forma de conchas de escargô, montadas sobre um eixo e mergulhadas em dois reservatórios de gás separados por uma membrana.

Cada pá é submetida ao bombardeamento incessante e aleatório de partículas de gás. Um dos reservatórios constitui uma fonte de calor mais fria que a outra, o que é uma necessidade, conforme os princípios da termodinâmica, para fazer funcionar um motor ou um refrigerador.

A cada choque, uma transferência de energia cinética se produz em um ou em outro sentido. Estando o calor ligado a essa energia cinética produzida pelas partículas de gás, tal transferência pode servir para produzir trabalho ou, ao contrário, bombear calor. Quando o dispositivo funciona como motor, ele pode realizar até 1.000 giros por segundo em função do gradiente térmico entre os dois reservatórios separados pela membrana, segundo os cálculos dos dois pesquisadores.





Duas pás, mecanicamente ligadas, banham duas câmaras separadas onde as temperaturas, e, portanto, a agitação térmica diferem, o que faz girar o conjunto. Utiliza-se assim da energia do compartimento mais quente.

Créditos: Christian Van den Broeck



Finalmente, conforme Christian Van den Broeck, nanotubos de carbono poderiam ser utilizados para fabricar tais máquinas e milhares de sistemas desse tipo poderiam ser integrados em chips, ou outros dispositivos eletrônicos, para resfriá-los. Acredita ainda o pesquisador que essas máquinas poderiam ser muito úteis na criação de sistemas de engenharia biológica, nos quais o controle da temperatura é necessário para regular a velocidade das reações bioquímicas.

Futura-Science, consultado em 03 de dezembro de 2007 (Tradução - MIA).


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