Home » Știință » O lege a fizicii veche de 200 de ani are o excepție uimitoare

O lege a fizicii veche de 200 de ani are o excepție uimitoare

Publicat: 11.03.2024

Cercetătorii au descoperit o excepție de la o lege a fizicii veche de 200 de ani care guvernează modul în care căldura se difuzează prin materialele solide.

Cunoscută sub numele de legea lui Fourier, această lege a fizicii descrie modul în care căldura este transferată sau condusă prin materialele solide. Pe măsură ce moleculele vibrează și electronii se deplasează, căldura se difuzează de la capătul mai cald al unui obiect la capătul mai rece, la o rată proporțională cu diferența de temperatură și zona prin care se deplasează.

Cu toate acestea, în ultimele decenii, cercetătorii au descoperit că la nivel nanometric, acest model de difuzie nu funcționează; legea lui Fourier se descompune și nu mai prezice cât de repede sau cât de încet se va deplasa căldura printr-un material solid.

După 200 de ani, a fost găsită o excepție de la o lege a fizicii

Fizicianul de polimeri Kaikai Zheng, de la Universitatea din Massachusetts, Amherst (SUA), și colegii săi s-au întrebat dacă ar putea exista excepții similare la legea lui Fourier la scară macro, în materiale transparente precum polimerii translucizi și sticlele anorganice.

Aceste materiale, fiind translucide, permit trecerea unor lungimi de undă ale luminii. Cu toate că lumina nu este absorbită complet, așa cum se întâmplă în materialele opace, aceasta se dispersează, reflectându-se din impuritățile din structura materialului.

Acest lucru a condus la ipoteza că, pe lângă difuzia căldurii prin aceste materiale solide, translucența lor ar putea permite, de asemenea, propagarea energiei termice sub formă de radiație termică. Căldura radiantă este transportată prin aer sub formă de unde electromagnetice, în principal radiații infraroșii, ca în cazul căldurii resimțite de la razele soarelui, scrie Science Alert.

„Această cercetare a început cu o întrebare simplă. Ce s-ar întâmpla dacă căldura ar putea fi transmisă prin solide printr-o altă cale, nu doar cea presupusă până acum?”, explică autorul principal, Steve Granick, specialist în materiale la Universitatea din Massachusetts, Amherst.

Astfel, cercetătorii au fixat benzi de materiale de test și le-au suspendat, una câte una, într-o cameră cu vid. Vidul elimina posibilitatea ca căldura să se disipeze prin aer.

Ce înseamnă descoperirea pentru știință?

„Găsirea de încălcări ale legii lui Fourier la scară macroscopică ar fi uimitoare, deoarece acest lucru ar depăși gândirea standard ‘de manual’”, scriu cercetătorii, reflectând asupra gândirii lor din timpul experimentelor.

Echipa a emis impulsuri scurte de laser către materiale pentru a le încălzi și a măsurat cum se răspândește căldura prin fiecare dintre materiale folosind trei metode: un senzor de temperatură plasat direct pe suprafața materialului; măsurarea schimbării de culoare a unui strat sensibil la temperatură aplicat pe eșantion; și o cameră infraroșu.

„Datele arată că încălzirea a avut loc mai rapid decât i-ar putea fi atribuită difuziei, indicând faptul că radiația contribuie semnificativ la fluxul de căldură în primele momente de după un impuls termic, deși contribuția relativă a radiației scade pe măsură ce difuzia devine dominantă mai târziu”, scriu cercetătorii.

„Nu este vorba că legea lui Fourier este greșită, doar că nu explică tot ceea ce observăm în ceea ce privește transmiterea căldurii”, clarifică Granick.

Echipa sugerează că materialele translucide radiază căldură intern, deoarece imperfecțiunile structurale acționează ca absorbanți și surse de căldură, permițându-i căldurii să se propage de la un punct la altul în loc să se difuzeze lent.

Oamenii de știință adaugă că descoperirile lor i-ar putea ajuta pe ingineri să proiecteze noi strategii pentru gestionarea căldurii în materialele translucide, acum că studiul lor oferă o înțelegere extinsă a modului în care căldura se răspândește în materiale solide, la aproximativ 200 de ani după ce acest fenomen a fost descris pentru prima dată în termeni matematici.

Studiul a fost publicat în PNAS.

Vă recomandăm să citiți și:

Ce ne spune matematica despre dilemele sociale?

O galaxie antică „amenință” să răstoarne cosmologia

Cele mai puternice câmpuri magnetice ar putea fi chiar aici pe Pământ

Un metamaterial din titan imprimat 3D a rezolvat o veche problemă de inginerie

Ștefan Trepăduș
Ștefan Trepăduș
Ștefan Trepăduș este blogger începând cu anul 2009, având experiență și în domeniile publicitate și jurnalism. Este pasionat de marketing și de tehnologie, dar cel mai mult îi place să știe lucruri, motiv pentru care a fost atras de Descopera.ro. citește mai mult
Urmărește DESCOPERĂ.ro pe
Google News și Google Showcase
Cele mai noi articole
Cel mai bizar nor de pe Marte a devenit acum și mai misterios
Cel mai bizar nor de pe Marte a devenit acum și mai misterios
Animalul cu cele mai lungi gheară din istorie. „Probabil unul dintre cele mai bizare experimente” ale evoluției
Animalul cu cele mai lungi gheară din istorie. „Probabil unul dintre cele mai bizare experimente” ale evoluției
NASA dezvăluie un fenomen bizar ascuns în interiorul bolovanilor de pe asteroidul Bennu
NASA dezvăluie un fenomen bizar ascuns în interiorul bolovanilor de pe asteroidul Bennu
De ce construirea de baze pe Lună ar putea fi mai riscantă decât au crezut cercetătorii?
De ce construirea de baze pe Lună ar putea fi mai riscantă decât au crezut cercetătorii?
O specie hibridă și-a făcut apariția în Marea Bering. Ce se știe până acum?
O specie hibridă și-a făcut apariția în Marea Bering. Ce se știe până acum?
În urmă cu 7.300 de ani, o erupție vulcanică aproape a anihilat vânătorii-culegători din Japonia. Cum au reușit să supraviețuiască?
În urmă cu 7.300 de ani, o erupție vulcanică aproape a anihilat vânătorii-culegători din Japonia. Cum au reușit să ...
Ce se întâmplă dacă schimbăm limba unui chatbot?
Ce se întâmplă dacă schimbăm limba unui chatbot?
Un fenomen bizar se ascunde în vântul solar. Ce au descoperit acum cercetătorii?
Un fenomen bizar se ascunde în vântul solar. Ce au descoperit acum cercetătorii?
Pisicile și stăpânii lor împărtășesc o conexiune hormonală care poate îmbunătăți starea de spirit
Pisicile și stăpânii lor împărtășesc o conexiune hormonală care poate îmbunătăți starea de spirit
Ar trebui folosită editarea genetică împotriva bolilor comune? Iată ce spun experții!
Ar trebui folosită editarea genetică împotriva bolilor comune? Iată ce spun experții!
(P) Ghid practic: cum alegi cardul de credit potrivit dacă faci multe cumpărături online?
(P) Ghid practic: cum alegi cardul de credit potrivit dacă faci multe cumpărături online?
Test de cultură generală. Ce se întâmplă în corp atunci când suntem loviți de trăsnet?
Test de cultură generală. Ce se întâmplă în corp atunci când suntem loviți de trăsnet?
Manuscrisul pierdut al lui Schrödinger: descoperirea care schimbă înțelegerea fizicii cuantice
Manuscrisul pierdut al lui Schrödinger: descoperirea care schimbă înțelegerea fizicii cuantice
Unul dintre cele mai mari grupuri bancare din Marea Britanie renunță la mii de locuri muncă în favoarea Inteligenței Artificiale
Unul dintre cele mai mari grupuri bancare din Marea Britanie renunță la mii de locuri muncă în favoarea Inteligenței ...
Un sat scufundat în anii ‘40 a reapărut în centrul Angliei
Un sat scufundat în anii ‘40 a reapărut în centrul Angliei
Submarin dispărut în cel de-Al Doilea Război Mondial, descoperit după 80 de ani
Submarin dispărut în cel de-Al Doilea Război Mondial, descoperit după 80 de ani
Cum a vrut Gheorghe Gheorghiu-Dej să trimită tancurile peste unguri la Budapesta
Cum a vrut Gheorghe Gheorghiu-Dej să trimită tancurile peste unguri la Budapesta
Democrații avertizează că Rusia desfășoară o campanie amplă de dezinformare înainte de alegerile intermediare
Democrații avertizează că Rusia desfășoară o campanie amplă de dezinformare înainte de alegerile intermediare