חוקרים מאוניברסיטת מסצ'וסטס אמהרסט גילו כי בחומרים מסוימים כמו פלסטיק וזכוכית, העברת חום כרוכה בקרינה אלקטרומגנטית, מאתגרת את ההבנה המסורתית המוכתבת על ידי חוק פורייה ומציעה אפיקים חדשים להנדסת ניהול תרמי. קרדיט: twoday.co.il.com
צוות המחקר משכתב את ספרי הלימוד על ידי מראה שקרינה אלקטרומגנטית היא מסלול עצמאי להעברת חום בחומרים שקופים.
צוות חוקרים בראשות אוניברסיטת מסצ'וסטס אמהרסט מצא לאחרונה חריג לחוק בן 200 השנים, המכונה חוק פורייה, השולט כיצד מתפזר חום דרך חומרים מוצקים. למרות שמדענים הראו בעבר שיש חריגים לחוק ב- בקנה מידה ננוהמחקר, שפורסם ב- הליכים של האקדמיה הלאומית למדעיםהוא הראשון שהראה שהחוק לא תמיד מתקיים בקנה מידה מאקרו, ושקרינה אלקטרומגנטית טהורה פועלת גם בכמה חומרים נפוצים כמו פלסטיק ומשקפיים.
בחינת נתיבי העברת חום חדשים
"המחקר הזה התחיל בשאלה פשוטה", אומר סטיב גרניק, פרופסור רוברט ק. בארט למדע והנדסת פולימרים ב-UMass Amherst והמחבר הבכיר של המאמר. "מה אם ניתן היה להעביר חום על ידי נתיב אחר, לא רק זה שאנשים הניחו?"
חום קורן הוא החום שאנו חשים מהשמש; הגלים האלקטרומגנטיים שלו מחממים את עורנו כשהשמש זורחת. דיפוזיה, לעומת זאת, היא הדרך שבה ספל התה שלך יחמם לך את היד לאחר שמזגת לעצמך כוס טרייה. במשך 200 שנה, מדענים האמינו שדיפוזיה מסבירה כיצד חום עובר דרך מוצקים. "אבל לפעמים", אומר גרניק, "יצירתיות מחייבת לשים את ספר הלימוד בצד לרגע."
ג'נג וגרניק עובדים במעבדה. תמונה זו צולמה באמצעות מצלמת האינפרא אדום שבה השתמשו לניסויים שלהם. הצבעים מודדים טמפרטורות. שימו לב שהעור שלהם חם ושיערם קר יותר. קרדיט: אוניברסיטת מסצ'וסטס אמהרסט
גילויים ניסויים מעבר לחוק פורייה
גרניק, שנקר גוש ממכון טאטה למחקר יסודי והמחבר הראשי Kaikai Zheng, עמית מחקר בכיר ב-UMass Amherst, שיער כי חריג לחוק פורייה עשוי להימצא בפולימרים שקופים ובכוסות אנאורגניות. חום מתפזר דרך שני החומרים, אך הצוות שיער שהשקיפות שלהם עשויה גם לאפשר לאנרגיה להקרין דרך החומרים.
כדי לבדוק את ההשערה, הם מיקמו דגימות של החומרים בתא ואקום, מה שיבטל את האוויר שאחראי על חלוקת החום בהסעה. לאחר מכן הם יצרו פעימה של חום בדגימה אחת על ידי שימוש בלייזר לחימום אזור קטן, ובדגימה השנייה חיממו צד אחד תוך שמירה על הצד השני קר. לאחר מכן הם השתמשו במצלמת אינפרא אדום מיוחדת כדי לצפות איך החום מתפשט דרך הדגימות שלהם. כשחזרו על הניסוי פעמים רבות, הם מצאו כל הזמן חריגות שחוק פורייה לא הצליח להסביר לגמרי.
"אף אחד לא ניסה את זה בעבר", אומר ג'נג. "יש משהו בלתי צפוי שקורה בתוך פולימרים שקופים."
מסתבר שהחומרים השקופים מאפשרים לאנרגיה להקרין פנימית, תוך אינטראקציה עם פגמים מבניים קטנים, שהופכים לאחר מכן למקורות חום משניים. מקורות חום משניים אלה ממשיכים להקרין חום דרך החומר.
השלכות ומסקנות
"זה לא שחוק פורייה שגוי", ממהר גרניק להדגיש, "רק שהוא לא מסביר את כל מה שאנחנו רואים כשזה מגיע להעברת חום. מחקר יסודי כמו שלנו נותן לנו הבנה מורחבת של אופן פעולת החום, מה שיציע למהנדסים אסטרטגיות חדשות לתכנון מעגלי חום".
מחקר זה נתמך על ידי קרן משפחת בארט והמכון הקוריאני למדע בסיסי.
