Kuantum Isı MotorlarıEvrende her şey enerji ile çalışır. Tüm canlılar, dış kaynakları kullanarak kendi bedenlerinde çeşitli kimyasal süreçler kullanarak yaşamları için ihtiyaç duydukları enerjiyi üretirler. Ancak cansız nesneler, bu kimyasal süreçleri kendiliğinden gerçekleştiremez. Bu nesnelerin çalışması için gereken enerjiyi üretmek ve depolamak zorundayız. İnsan nüfusunun artması ve teknolojik gelişmeler, enerji ihtiyacını gün geçtikçe artırmaktadır. Cömert kaynaklar harcayan insanlık, son yıllarda gerçekle yüzleşti: Kaynaklar hızla tükeniyor. Bu nedenle bilim insanları ve mühendisler, yenilenebilir, temiz enerji kaynaklarını günlük yaşama getirmek için olağanüstü bir çaba sarf etmektedir.Öte yandan, üretilen enerjiyi gereken enerji türüne minimum kayıpla dönüştürmek, ayrı bir sorundur. Çeşitli dönüştürücüler arasında, bir ısı makinesi, termal enerjiyi mekanik enerjiye dönüştüren bir örnek olarak düşünülebilir. Enerji formları arasındaki dönüşümler, doğanın temel yasalarına uygun olarak gerçekleşir. Termodinamik, ısı, hacim, basınç ve sıcaklık gibi ölçülebilir miktarları iş, enerji ve malzeme özellikleriyle ilişkilendiren bilim adının adıdır.Geçtiğimiz yüzyılın başında, klasik mekanik yasalarıyla açıklanamayan bazı fiziksel olayları tanımlamak için kuantum mekanik yasaları oluşturuldu. Atomik ölçekte bazı gözlemlenebilirlerin, makroskopik ölçekte olduğu gibi ölçülemeyeceği anlaşıldı. Bu ilerlemenin doğal sonucu olarak, geleneksel termodinamik yasaları, en azından klasik anlamda mikro modellere uygulanamaz hale geldi. Bu nedenle, klasik termodinamik yasalarının kuantum mekanik genelleştirmesine ihtiyaç duyuldu.Kuantum Termodinamiğin Birinci YasasıBir kuantum sistemi incelemek için, özdeğerleri |n>, özdeğerleri En ve olasılık yoğunluklarını tahmin etmemiz gerekmektedir. Ancak, bir atomik sistemde enerji spektrumu sonlu veya sonsuz sayıda enerji seviyesine sahip olabilir, tüm enerji seviyelerindeki bir kayma, bir kuantum döngüsünde yapılan iş miktarını değiştirmez. Kuantum mekaniğinde, sistemin dinamiğini tanımlayan Hamilton operatörü aşağıdaki gibi verilir.Yerel enerji aşağıdaki gibi tanımlanır:burada Pn, n. özdeğerin olasılık yoğunluğudur. Ardından, iç enerjinin kesirli türevidir.Kuantum karşılığını bulmak için yukarıdaki ifade, termodinamiğin birinci yasasıyla karşılaştırılmalıdır. Birinci yasa, bir c'nin iç enerjisindeki değişimi açıklar.(AI)