Un nuevo experimento muestra que cuanta más energía consume un reloj, más precisa es su cronometraje.
Los relojes impregnan todos los aspectos de la vida, desde los relojes atómicos que subyacen a la navegación por satélite hasta los relojes celulares dentro de nuestro cuerpo. Todos ellos consumen energía y liberan calor. Un reloj de cocina, por ejemplo, hace esto agotando su batería. Generalmentelos relojes más precisos requieren la mayor cantidad de energía, lo que sugiere una conexión fundamental entre el consumo de energía y la precisión. Esto es lo que un equipo internacional de científicos de Lancaster, Oxford y Viena se propuso probar.
Para ello, construyeron un reloj particularmente sencillo, consistente en una membrana vibrante ultrafina, de decenas de nanómetros de espesor y 1,5 milímetros de largo, incorporada a un circuito electrónico. Cada oscilación de la membrana generaba un tic eléctrico. El ingenioso aspectode este diseño es que se alimenta simplemente calentando la membrana, mientras que el flujo completo de energía a través del reloj se puede medir eléctricamente.
Los científicos descubrieron que cuanto más calor suministraban, con mayor precisión funcionaba el reloj. De hecho, la precisión era directamente proporcional al calor liberado. Para hacer que el reloj sea dos veces más preciso, necesitaban suministrar el doble de calor.
El equipo experimental estuvo formado por el Dr. Edward Laird en la Universidad de Lancaster, el profesor Marcus Huber en Atominstitut, TUWien, el Dr. Paul Erker y la Dra. Yelena Guryanova en el Instituto de Óptica Cuántica e Información Cuántica IQOQI, y la Dra. Natalia Ares, Dra. Anna Pearsony el profesor Andrew Briggs de Oxford.
Su estudio, publicado en Revisión física X , es la primera vez que se realiza una medición de la entropía, o pérdida de calor, generada por un reloj mínimo.
Comprender el costo termodinámico involucrado en el cronometraje es un paso central en el camino en el desarrollo de tecnologías futuras y comprender y probar la termodinámica a medida que los sistemas se acercan al reino cuántico.
También muestra una similitud entre el funcionamiento de un reloj y una máquina de vapor. Con una máquina de vapor hay una restricción fundamental sobre la cantidad de calor que debemos suministrar para realizar una cantidad de trabajo deseada. Esta restricción es la famosa Segunda Ley de la Termodinámicaque es fundamental para la ingeniería moderna. Lo que sugiere este experimento es que los relojes, como los motores, están limitados por la Segunda Ley, y su salida es tics precisos en lugar de trabajo mecánico.
El Dr. Edward Laird de la Universidad de Lancaster dijo: "El tema de la termodinámica, que incorpora los principios más fundamentales de la naturaleza, nos dice que hay dos tipos de máquinas que no podemos operar sin liberar calor. Uno es el motor mecánico, que liberacalor para trabajar, y el otro es la memoria de la computadora, que libera calor cuando se reescribe a sí misma. Este experimento, junto con otros trabajos, sugiere que los relojes también están limitados por la termodinámica. También plantea una pregunta intrigante: ¿son todosposibles relojes limitados de esta manera, o es solo una propiedad de los que hemos estudiado? "
Curiosamente, muchos relojes diarios tienen una eficiencia cercana a lo que predice el análisis de los científicos. Por ejemplo, su fórmula predice que un reloj de pulsera cuya precisión por tic es una parte en diez millones debe consumir al menos un microvatio de energía.De hecho, un reloj de pulsera básico suele consumir solo unas pocas veces esta cantidad. Las leyes de la termodinámica, descubiertas en el siglo XIX, siguen encontrando nuevas aplicaciones en la actualidad.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Lancaster . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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