Index Vakbarát Hírportál

Új kutatás korrigálja a 200 éves fizikai törvényt

2024. március 10., vasárnap 14:47

A klasszikus törvényt annyival kell kiegészíteni, hogy nem csak egy módon terjedhet a hő az anyagban, ha az átereszti az infravörös sugárzást.

Jean-Baptiste Joseph Fourier francia fizikus 1822-ben írta le a hővezetés matematikai modelljét – megállapítását Fourier-törvény néven tanítják több mint két évszázada. Az anyag molekulái a hőmérséklettel arányosan folyamatosan vibrálnak, és ez a mozgás terjed az adott tárgy melegebb részéből a hűvösebb felé. Maga az anyag nem mozog, hanem belső energia adódik át – ennek során az energia nem tűnik el, hanem kiegyenlítődik, ahogy maga a hőmérséklet is. A terjedés sebessége függ a két pont közötti hőmérséklet-különbségtől és a területtől vagy átmérőtől, amelyen a hő átadódhat. 

Az elmúlt évtizedekben ismertté vált, hogy a hővezetésnek ez az elve nem működik a nanométeres léptékben. A Massachusettsi Egyetem polimerfizikai tudósa, Kaikai Cseng és kollégái ugyanakkor azon tűnődtek, hogy létezhet-e kivétel a törvény alól a számunkra ismerősebb léptékű makrovilágban is. Az volt a feltételezésük, hogy mivel az átlátszó polimerek és a szervetlen üvegek áteresztenek egy adott hullámhosszú fényt, ezekben a hő sugárzásként is terjed. A sugárzó hő elektromágneses hullámok formájában, vagyis infravörös sugárzásként terjed, ilyen a Napból felénk áradó hő is.

A kutatás egy egyszerű kérdésből indult ki: mi van, ha a hő nem csak egy módon adódhat át, ahogy eddig feltételeztük

– magyarázta a kutatás egyik szerzője, Steve Granick.

A kutatók anyagcsíkokat függesztettek fel vákuumban, kizárva a levegő közvetítő hatását, majd a másodperc töredékéig tartó lézerimpulzusokkal melegíteni kezdték a csíkok egyik végét. Három módon mérték az eredményt: közvetlen hőmérőzéssel, a csíkokra felvitt hőérzékeny festék színváltozásával és infravörös kamerával.

A hő gyorsabban terjedt, mint ami a hővezetésből következne, a tudósok így megállapították, hogy a sugárzás hozzájárult az energia átadódásához – ez a hatás közvetlenül a lézerimpulzust követően volt markáns, később elenyészett az anyag hővezetéséhez képest.

Nem arról van szó, hogy a Fourier-törvény téves, egyszerűen csak nem magyaráz meg mindent a hőátadással kapcsolatban

– mutatott rá Granick.

A kutatók szerint az áttetsző anyagokban azért jelenik meg a belső hősugárzás, mert az anyag szerkezetében található tökéletlenségek elnyelik a hőt, és sugároznak – a hősugárzás így pontról pontra ugrik a lassabb hőátadás helyett.

Azzal, hogy az eredmény kicsit tágította a régi tudást, új stratégiákat adhat a mérnökök kezébe olyan eseteknél, amikor az anyagokban terjedő hő problémáját kell megoldani.

(Phys.org, Science Alert)

(Borítókép:  Oli Scarff / Getty Images)

 

Rovatok