Wie die Quantenphysik könnte die Zukunft macht


Anmerkung der Redaktion: Jeden Mittwoch LiveScience untersucht die Lebensfähigkeit der neuen Energietechnologien – die Kraft der Zukunft.

Das seltsame Verhalten der Quantenphysik mag zu unberechenbar, sich auf für unseren gesamten Energiebedarf decken, aber neue Technologien hoffen, auf seine sehr Fremdheit zu nutzen.

Das bekannteste dieser Quanten-Tricks ist die Tatsache, dass beide Licht verhält sich wie eine Welle und Teilchen.

Diese Doppelnatur ist in Solarstromtechnologie genutzt. Ankommendes Sonnenlicht konzentriert sich von Spiegeln und Linsen, die die wellenähnlichen Eigenschaften des Lichts abhängen. Nachdem innerhalb einer Solarzelle, jedoch das konzentriert kollidiert Licht mit Elektronen Partikel-wie so, so dass die Elektronen um elektrischen Strom zu erzeugen.

Quantenpunkte

Die nächste Generation von Solarzellen kann winzige Stücke aus Halbleitermaterial genannt Quantenpunkte beschäftigen. Diese nanometergroßen Geräte sind so klein, dass nur eine Handvoll (überall von 1 bis 1.000) freie Elektronen im Inneren befinden kann.

Wegen diesen beengten ein Quantenpunkt verhält sich wie ein künstliches Atom, dass seine Elektronen nur auf bestimmten befinden können (so genannte quantisiert) Energieniveaus. Diese Ebenen definieren genau was Wellenlängen des Lichts den Punkt aufnehmen werden.

"Quantenpunkte haben eine Vielzahl von ungewöhnlichen Eigenschaften im Vergleich zu Halbleitern, bulk", sagte Arthur Nozik des National Renewable Energy Laboratory, Teil des US-Department of Energy. Er und seine Kollegen sind wie eine einzelne Lichtteilchen (oder Photonen) geben Sie einen Punkt und begeistern mehrere Elektronen, anstatt der üblichen betrachten.

Andere Forscher sind auf der Suche um die Wellenlängen zu optimieren, an denen ein Punkt Licht absorbiert, indem man es größer oder kleiner. Hersteller von Solarzellen könnte eines Tages möglicherweise Punkten verschiedener Größe, Sonnenlicht entlang einer Vielzahl von Wellenlängen absorbieren vermischen.

Quantendrähte

Ein Quanten-Draht ist wie einem Quantenpunkt entlang einer Richtung gestreckt. In bestimmten Fällen das Conduit schmal – 10.000 Mal dünner als ein menschliches Haar – können bei Durchführung von Strom, sehr gut sein, wie die Elektronen neigen, in geordneter Weise nach unten den Draht zu bewegen.

Eine Möglichkeit, Quantendrähte machen wird mit Kohlenstoff-Nanoröhren, die kleinen eingerollten Blätter Hexagonal gebundenen Kohlenstoff sind. 1991 entdeckte beginnen diese Nanoröhren, zeigen sich in allen Arten von Anwendungen, einschließlich besserer Energiespeicher.

Wie ein MIT Group gezeigt hat, ist es möglich, einen frisierter Kondensator aus Kohlenstoff-Nanoröhren machen. Die Forscher wachsen die Nanoröhren dicht beieinander – in dem, was wahrscheinlich der weltweit kleinste shag Teppich – Fläche im Inneren des Kondensators zu erhöhen.

Die daraus resultierende "Ultracapacitor" mehr als 50 Prozent des Stroms speichern könnte, die eine ähnlich große Batterie kann, behaupten die Wissenschaftler. Dies kann sein ideal in ein elektrisches Auto, wie Kondensatoren länger haltbar sind und können kostenlos und viel schneller als die Batterien entladen.

Supraleiter

Obwohl Quantendrähte gute Leiter sein können, ist ein weiterer Quantensprung Substanz das beste.

Supraleiter sind Materialien, die in denen paar der Elektronen, die Strom führen. Diese Paarung ist ungewöhnlich, weil Elektronen in der Regel gegenseitig abstoßen, aber Quantenphysik dies überwindet und auf diese Weise verringert sich den elektrischen Widerstand in den Supraleiter auf Null oder sehr nahe bei Null.

Widerstand ist, was macht einen Draht heiß werden, wenn sie Strom führt. Energieunternehmen verlieren in der Regel etwa 7 Prozent ihrer Energie erzeugte Widerstand im Getriebe Drähte.

Supraleitende Drähte könnte dazu beitragen, diese Abfälle. Das Problem ist, dass Supraleiter nur bei extrem kalten Temperaturen arbeiten.

Zum Beispiel das längste supraleitende Kabelsystem für Sendeleistung – installiert in diesem Jahr auf eine halbe Meile Strecke des Stromnetzes Long Island von American Superconductor Corporation und seinen Partnern – muss umgeben von flüssigem Stickstoff auf minus 330 Grad Fahrenheit (minus 200 Grad Celsius) zu halten.

American Superconductor arbeitet auch auf der Anwendung ihrer supraleitenden Drähte auf Offshore-Windkraftanlagen, um sie kleiner und effizienter machen.

Licht emittierende Dioden

Eine gute Möglichkeit, alle diese Quanten-abgeleitete Elektrizität zu verwenden ist, schalten Sie eine Leuchtdiode oder LED, die wie eine Solarzelle, aber in umgekehrter Richtung funktioniert.

Elektrische aktuelle gehen durch die Diode bewirkt, dass Elektronen zwischen zwei Arten von Halbleiter-Material über ein Hindernis springen. Die springen Elektronen fallen dann in niedrigeren Energiezuständen Emission eines Photons.

Da die Wellenlänge von diesem abgestrahlten Lichts in einem sehr engen ist, gibt es nicht viel verschwendete Energie emittiert im infraroten, wie bei normalen Glühlampen der Fall ist. Eine LED-Effizienz ist sogar besser als die von Kompaktleuchtstofflampen.

LEDs werden jetzt in voller Leuchten unternommen, die normale Glühbirnen ersetzen kann. Ihre zusätzlichen Kosten kann durch niedrigere Stromrechnungen ausgeglichen werden.

Zur Energieeinsparung Geschäft kann jeder Quantenbit helfen.

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