El efecto termoeléctrico es la producción de una corriente eléctrica (transporte de electrones) gracias a una diferencia de temperatura (gradiente térmico). Un efecto similar es el transporte de átomos entre dos nubes de átomos ultrafríos, ambas con el mismo número de átomos, cuando una de ellas es calentada por un láser. La nube de átomos caliente se expande, reduciendo su densidad, por lo que uno espera un flujo de partículas del depósito más frío y más denso al más caliente y menos denso. Sin embargo, se observa el efecto contrario, las partículas fluyen de la nube de átomos más caliente a la más fría. El transporte de los átomos ocurre desde el depósito con un potencial químico menor al que tiene uno mayor, es decir, el sistema se comporta como un motor térmico de átomos ultrafríos. Este curioso experimento se publica en Science y podría tener aplicaciones en sistemas de refrigeración de circuitos nanoelectrónicos. El artículo técnico es Jean-Philippe Brantut et al., “A Thermoelectric Heat Engine with Ultracold Atoms,” Science, AOP, Oct 24, 2013 [DOI]; arXiv:1306.5754 [cond-mat.quant-gas].
En termodinámica se llama potencial químico (μ) a la magnitud que describe el estado de equilibrio de un sistema bajo procesos de transferencia de masa. Cuando dos sistemas (o dos fases en el mismo sistema) comparten el mismo potencial químico no hay transferencia de masa entre ellos. Cuando hay un gradiente en el potencial químico se produce una transferencia de masa (trabajo mecánico asociado al movimiento de partículas). El potencial químico se llama “químico” porque en una reacción química irreversible (o en una reversible fuera del equilibrio) se produce una transferencia de masa de los reactantes a los productos, lo que implica un gradiente en el potencial químico.
En termodinámica se llama potencial químico (μ) a la magnitud que describe el estado de equilibrio de un sistema bajo procesos de transferencia de masa. Cuando dos sistemas (o dos fases en el mismo sistema) comparten el mismo potencial químico no hay transferencia de masa entre ellos. Cuando hay un gradiente en el potencial químico se produce una transferencia de masa (trabajo mecánico asociado al movimiento de partículas). El potencial químico se llama “químico” porque en una reacción química irreversible (o en una reversible fuera del equilibrio) se produce una transferencia de masa de los reactantes a los productos, lo que implica un gradiente en el potencial químico.
Esta figura ilustra la variación en el número (N) de átomos fríos en cada nube de átomos en función de la variación del potencial químico (μ). En gris se destaca la región en la que se realiza trabajo mecánico (movimiento de átomos de una nube a la otra). La eficiencia relativa de este motor térmico es η = W/Q <≈ 0,1, bastante más alta de lo que uno podría esperar (recuerda que para un proceso reversible η = 1). La clave es que el canal que une ambas nubes de átomos tiene una respuesta termoeléctrica increíblemente alta, su coeficiente de transporte ZT = 2,4, uno de los valores más altos observados en cualquier material termoeléctrico de estado sólido.
En aplicaciones de refrigeración se utiliza el ciclo térmico invertido de este motor térmico (efecto de Peltier), lo que permite enfriar gases cuánticos de baja entropía y redes de fermiones fuertemente correlacionados, de utilidad en el campo de la información cuántica.
Francis (th)E mule Science's News
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