Nemusí to vždy fungovať: Vedci objavili prekvapivú výnimku v 200 rokov starom fyzikálnom zákone

Pri štúdiu materiálov sa veľká pozornosť venuje, okrem iného, aj vedeniu tepla v nich a medzi inými materiálmi. Toto vedenie popisuje známy Fourierov zákon pomenovaný po významom francúzskom fyzikovi a matematikovi Josephovi Fourierovi. Ale ani tento 200-ročný zákon nemusí vždy platiť. 

Prenos tepla funguje aj inak

Fourierov zákon v jednoduchosti popisuje, ako sa teplo prenáša či vedie cez pevné materiály. Logicky pri zahrievaní jednej strany materiálu sa teplo šíri z teplejšieho konca na chladnejší koniec materiálu, a to rýchlosťou, ktorá je úmerná tomuto teplotnému rozdielu, a tiež oblasti, cez ktorú teplo prechádza, uvádza Science Alert.

Avšak na nanoúrovni sa už dávnejšie zistilo, že tento model nefunguje a Fourierov zákon už nevie predpovedať, ako rýchlo alebo ako pomaly sa bude teplo pohybovať cez materiál.

Fyzik Kaikai Zheng z univerzity v Massachusetts sa spolu s kolegami zamýšľali, či by mohli existovať podobné výnimky z Fourierovho zákona aj na makroúrovni. Mali tiež vytypované objekty, ktoré by mali skúmať, a to priesvitné polyméry či anorganické sklá.

Keďže priesvitné materiály prepúšťajú vlnové dĺžky svetla, tak tie sa v materiáli rozptyľujú či odrážajú od nedokonalostí, a to viedlo Zhenga k hypotéze, či okrem difúzie tepla môže aj ich priesvitnosť umožňovať prenos tepla cez materiály. Svoje zistenia publikovali v štúdii v časopise PNAS.

Otestovali v praxi

„Tento výskum začal jednoduchou otázkou,“ vysvetľuje v tlačovej správe hlavný autor štúdie Steve Granick. „Čo ak by sa teplo mohlo cez pevné látky prenášať aj inou cestou, nielen tou, ktorú ľudia predpokladali?“

Nasledoval teda pokus, pri ktorom vedci upevnili prúžky testovaných materiálov a zavesili ich do testovacej vákuovej komory. Následne vystrelili na materiály na zlomok sekundy impulzy lasera, aby materiály zahriali a pomocou rôznych snímačov skúmali, čo sa bude diať.

„Údaje ukázali, že zahrievanie nastalo rýchlejšie, ako by to dokázala difúzia,“ uviedli vedci a ďalej sa zamýšľajú, že žiarenie významne prispieva k tepelnému toku v počiatočných dobách po dodaní tepla, aj keď je pravdou, že relatívny príspevok žiarenia sa znižuje vtedy, keď difúzia začína byť neskôr dominantná.

„Nechcem tvrdiť, že by Fourierov zákon bol nesprávny,“ hovorí Granick a pokračuje: „… len nevysvetľuje všetko, čo vidíme, pokiaľ ide o prenos tepla.“

Podľa vedcov priesvitné materiály vyžarujú teplo zvnútra, pretože štrukturálne nedokonalosti fungujú ako pohlcovače tepla. Práve to umožňuje šírenie tepla z bodu do bodu.

Ďalej dodávajú, že tieto zistenia môžu inžinierom pomôcť navrhovať nové stratégie pre riadenie tepla v priesvitných materiáloch a poskytujú rozšírenie pochopenia toho, ako sa teplo šíri v pevných látkach.

Pozri aj:

V albánskej bani ťažili chróm, no našli niečo oveľa cennejšie. Obrovský zdroj môže spôsobiť celosvetovú…