时钟实验显示了能量消耗和准确性之间的基本联系

更热的时钟

时钟遍历生活的各个方面,从原子钟到卫星导航到我们身体内部的蜂窝时钟。信誉:兰卡斯特大学

为什么更热的时钟更准确

一个新的实验表明,时钟所消耗的能量越多,计时越准确。

时钟遍历生活的各个方面,从原子钟到卫星导航到我们身体内部的蜂窝时钟。所有这些都消耗能量和释放热量。例如,厨房时钟通过使用电池来实现这一目标。通常,最准确的时钟需要最多的能量,这在能量消耗和能源消耗之间的基本连接中提示准确性。这是来自兰开斯特,牛津和维也纳的国际科学家国际团队,并开始测试。

为此,它们内置了一种特别简单的时钟,由振动的超薄膜,数十纳米厚和1.5毫米长,并入电子电路中。膜的每个振荡产生一个电气刻度。这种设计的巧妙方面是它只是通过加热膜来源,而通过时钟可以通过电气电气地进行完整的能量流动。

科学家发现他们提供的热量越多,时钟越好。事实上,精度与释放的热量成正比。要使时钟两倍为准确,它们需要提供两倍的热量。

实验团队由兰开斯特大学的Edward Laird博士组成,奥克斯················································································································安娜皮尔森博士和牛津的Andrew Briggs教授。

他们的研究,发表在物理评论X.,是第一次测量是由熵或热损耗制成的 - 由最小时钟产生。

了解计时所涉及的热力学成本是在未来技术开发的过程中的核心步骤,以及作为系统接近量子领域的理解和测试热力学。

它还示出了时钟和蒸汽机的操作之间的相似性。通过蒸汽机,有多少热量的基本限制我们必须提供所需的工作量。这一约束是着名的热力学第二律,是现代工程的核心。该实验表明的是,像发动机一样的时钟受第二律限制,其输出是准确的刻度而不是机械工作。

兰卡斯特大学爱德华莱德博士表示:“热力学的主题,其中包含最基本的自然原则,告诉我们,我们不能在不释放热量的情况下运行两种机器。一个是机械发动机,释放热量以进行工作,另一个是计算机存储器,当它重写自身时释放热量。这种实验 - 与其他工作结合起来 - 表明时钟也受到热力学的限制。它还造成了一个有趣的问题:所有可能的时钟都是有限的,或者只是我们研究过的属性吗?“

有趣的是,许多日常时钟都具有效率,即靠近科学家分析预测的效率。例如,它们的公式预测,仪表每滴定的准确度是千万的一部分,必须至少消耗电力的微大。事实上,一个基本的手表通常只消耗这一金额的几次。在十九世纪发现的热力学定律,今天仍在找到新的应用。

参考:“测量时间的热力学成本”由A. N. Pearson,Y.Guryanova,P. Erker,E.A.Laird,G. A. D. Briggs,M. Huber和N.Ares,2021年5月6日那物理评论X.
DOI:10.1103 / physrevx.11.021029

是第一个评论在“时钟实验中显示出能量消耗和准确性之间的基本联系”

发表评论

电子邮件地址是可选的。如果提供的话,您的电子邮件不会发布或共享。