Los científicos han descubierto una excepción a una ley científica de 200 años que rige cómo se propaga el calor a través de los sólidos.
conocido como ley de fourierDescribe cómo se transfiere el calor, o corre, a través de sólidos. A medida que las moléculas vibran y los electrones se mueven, el calor se propaga desde el extremo más caliente del objeto hasta el extremo más frío, a una velocidad proporcional a la diferencia de temperatura y al área a través de la cual fluye el calor.
Sin embargo, en las últimas décadasLos investigadores descubrieron que este modelo de difusión no funciona a nanoescala; La ley de Fourier no se cumple Y ya no predice Con qué rapidez o lentitud se transfiere el calor a través de un sólido.
Caicai Cheng, físico de polímeros de la Universidad de Massachusetts, Amherst, y sus colegas se preguntaron si se podrían encontrar excepciones similares a la ley de Fourier a nivel macroscópico, en materiales transparentes como polímeros transparentes y vidrios inorgánicos.
ser transparenteEstos materiales permiten el paso de algunas longitudes de onda de luz. Aunque la luz no se absorbe completamente como en los materiales opacos, se dispersa y rebota en las impurezas de la estructura del material.
Esto llevó a Cheng y sus colegas a plantear la hipótesis de que, además de que el calor se propaga a través de estos materiales sólidos, su transparencia también puede permitir que la energía térmica viaje a través de los materiales en forma de radiación térmica. Calor radiante Se transmiten a través del aire en forma de ondas electromagnéticas, especialmente rayos infrarrojos, un ejemplo de ello es el calor que sentimos de la luz solar.
«Esta investigación comenzó con una pregunta simple», El explica El autor principal Steve Granick, también científico de materiales de la Universidad de Massachusetts, Amherst. “¿Y si el calor pudiera transmitirse [through solids] «¿Un camino diferente al que tomó la gente?»
Entonces los investigadores ataron tiras de materiales de prueba y las suspendieron, una por una, dentro de una cámara de vacío especialmente diseñada. El vacío eliminó la posibilidad de disipación de calor de los materiales a través del aire.
“Para buscar violaciones [in Fourier’s law] «En escalas macroscópicas, sería sorprendente porque iría más allá del pensamiento estándar de los libros de texto». Escribir en su papelreflejando su pensamiento sobre las experiencias.
El equipo disparó pulsos láser de una fracción de segundo a los materiales para calentarlos y midió cómo el calor se propaga a través de cada material utilizando tres métodos: un sensor de temperatura colocado directamente sobre la superficie del material; Mida el cambio de color de la capa sensible a la temperatura recubierta sobre la muestra; Y una cámara de infrarrojos.
“Los datos muestran calentamiento [occurred] Más rápido de lo que se puede atribuir a la difusión», dijeron los investigadores. El escribe«Lo que sugiere que la radiación contribuye significativamente al flujo de calor durante los primeros momentos después de un pulso térmico, aunque la contribución relativa de la radiación disminuye a medida que la difusión se vuelve dominante en momentos posteriores».
«No es que la ley de Fourier sea incorrecta», dijo Granik. Está despejado«Simplemente no explica todo lo que vemos cuando se trata de transferencia de calor».
el equipo Ella sugiere Los materiales transparentes irradian calor internamente porque los defectos estructurales actúan como absorbentes y fuentes de calor, lo que permite que el calor se propague de un punto a otro en lugar de hacerlo lentamente.
ellos Agregar Sus hallazgos podrían ayudar a los ingenieros a diseñar nuevas estrategias para gestionar el calor en materiales transparentes, después de que su estudio proporcione una mayor comprensión de cómo se propaga el calor en materiales sólidos, casi 200 años después de que el fenómeno se describiera por primera vez en términos matemáticos.
El estudio fue publicado en Con personas.