Naukowcy byli w błędzie? Po 200 latach znaleźli odstępstwo od prawa fizyki

Badacze z University of Massachusetts w Amherst odkryli zaskakujący wyjątek od tzw. prawa Fouriera. Planują dalsze eksperymenty, po których może okazać się, że trzeba będzie na nowo pisać podręczniki naukowe.

Prawo Fouriera zostało sformułowane w 1822 r. Ściśle wiąże się z pracami Jeana Fouriera, francuskiego fizyka i matematyka. Opisuje, w jaki sposób ciepło jest przenoszone lub przewodzone przez materiały stałe. Chociaż wydawało się, że założenia z nim związane są kompletne, najnowsze badania rzucają na wszystko nowe światło.

Według prawa Fouriera ciepło rozprasza się z cieplejszego do zimniejszego końca obiektu z szybkością proporcjonalną do tej różnicy temperatur i obszaru, przez który przepływa.

Naukowcy już wcześniej ustalili, że istnieją pewne wyjątki od tej reguły w nanoskali. Badacze z University of Massachusetts w Amherst twierdzą natomiast, że nie zawsze sprawdza się ona również w skali makro. Chociażby w takich materiałach jak półprzezroczyste polimery i szkła nieorganiczne.

"Nie chodzi o to, że prawo Fouriera jest błędne. Po prostu nie wyjaśnia wszystkiego, co widzimy, jeśli chodzi o przenoszenie ciepła" - tłumaczą w swoim artykule opublikowanym na łamach PNAS.

Dalsza część artykułu pod materiałem wideo

Wskazane materiały przepuszczają pewne długości fal światła. To nie jest całkowicie pochłaniane jak w przypadku materiałów nieprzezroczystych, ale rozprasza się odbijając się od zanieczyszczeń w strukturze danego materiału. Badacze z University of Massachusetts w Amherst postawili hipotezę, że oprócz rozpraszania ciepła przez te materiały możliwy jest również przepływ energii cieplnej w postaci promieniowania.

"Badania rozpoczęły się od prostego pytania. Co by było, gdyby ciepło mogło być przenoszone przez ciała stałe inną drogą, nie tylko tą, którą do tej pory zakładali ludzie?" - piszą badacze.

Eksperymenty pozwoliły ustalić, że półprzezroczyste materiały wypromieniowują ciepło wewnętrznie (niedoskonałości strukturalne działają jak pochłaniacze i źródła ciepła), umożliwiając rozchodzenie się go z punktu do punktu, a nie powolne rozpraszanie. Uważają, że ich ustalenia mogą pomóc inżynierom w zaprojektowaniu nowych strategii zarządzania ciepłem w materiałach półprzezroczystych.

"Nikt wcześniej tego nie próbował. W półprzezroczystych polimerach dzieje się coś nieoczekiwanego" - podsumowują naukowcy.