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
Oceanele Pământului au atins temperaturi record în luna august
Oceanele Pământului au atins temperaturi record în luna august
Bill Gates vrea locuri de muncă „rezervate pentru oameni”
Bill Gates vrea locuri de muncă „rezervate pentru oameni”
Rusia se pregătește să intensifice atacurile asupra Ucrainei
Rusia se pregătește să intensifice atacurile asupra Ucrainei
De ce ne atrag oamenii indisponibili? Cum putem schimba tiparul, potrivit științei
De ce ne atrag oamenii indisponibili? Cum putem schimba tiparul, potrivit științei
Erupția Vezuviului ar fi avut loc în august. Atunci de ce victimele din Pompeii purtau haine groase de lână?
Erupția Vezuviului ar fi avut loc în august. Atunci de ce victimele din Pompeii purtau haine groase de lână?
De ce oamenii care înșală ajung să se mintă și pe ei înșiși? Ce spune psihologia despre justificarea infidelității
De ce oamenii care înșală ajung să se mintă și pe ei înșiși? Ce spune psihologia despre justificarea infidelității
Ce este „rage bait” și de ce Internetul pare plin de oameni care încearcă să ne enerveze
Ce este „rage bait” și de ce Internetul pare plin de oameni care încearcă să ne enerveze
Ce spun cercetările despre alegerea unei școli — și de ce majoritatea criteriilor pe care le folosim contează mai puțin decât credem (P)
Ce spun cercetările despre alegerea unei școli — și de ce majoritatea criteriilor pe care le folosim contează mai puțin ...
Cine a supraviețuit erupției Vezuviului? Urmele lăsate de oamenii care au fugit din Pompeii
Cine a supraviețuit erupției Vezuviului? Urmele lăsate de oamenii care au fugit din Pompeii
De ce noul film al lui Christopher Nolan a stârnit controverse, deși a devenit unul dintre cele mai mari succese ale anului
De ce noul film al lui Christopher Nolan a stârnit controverse, deși a devenit unul dintre cele mai mari succese ale anului
Ce înseamnă „brain rot”? Termenul care descrie unul dintre cele mai discutate obiceiuri ale Internetului
Ce înseamnă „brain rot”? Termenul care descrie unul dintre cele mai discutate obiceiuri ale Internetului
O cauză neurologică neobișnuită se ascunde în spatele dilatării pupilelor noastre
O cauză neurologică neobișnuită se ascunde în spatele dilatării pupilelor noastre
Vorbești mai multe limbi străine? Creierul tău ar putea fi cu 13 ani mai tânăr
Vorbești mai multe limbi străine? Creierul tău ar putea fi cu 13 ani mai tânăr
Ce este efectul Mandela: De ce mii de oameni își amintesc același lucru, deși nu s-a întâmplat niciodată
Ce este efectul Mandela: De ce mii de oameni își amintesc același lucru, deși nu s-a întâmplat niciodată
Dolly Parton, „Păpușa Blondă” a muzicii country: Cum și-a transformat imaginea publică într-o strategie de carieră
Dolly Parton, „Păpușa Blondă” a muzicii country: Cum și-a transformat imaginea publică într-o strategie de carieră
Cel mai nou telescop spațial al NASA se apropie cu pași repezi de lansare
Cel mai nou telescop spațial al NASA se apropie cu pași repezi de lansare
Țara în care casele abandonate pot fi cumpărate cu mai puțin de 1 euro
Țara în care casele abandonate pot fi cumpărate cu mai puțin de 1 euro
Secretul pentru un somn odihnitor poate fi găsit în fructe
Secretul pentru un somn odihnitor poate fi găsit în fructe