Свет может стать основной формой передачи тепловой энергии

способы передачи тепловой энергииМы все знаем, что о чашку с горячим чаем можно погреть руки. Это пример так называемой тепловой проводимости: При соприкосновении двух поверхностей, имеющих разную температуру, тепло передается от одной поверхности к другой. Мы также хорошо представляем себе, что такое конвективный теплообмен, хотя это явление не такое простое, как кажется. При конвекции передача тепловой энергии возникает тогда, когда поток (а это может быть воздух, какой-либо газ или даже жидкость) отводится от источника тепла, и вместе с этим происходит процесс теплообмена. Например, воздух над горячей кухонной плитой нагревается, расширяется и становится не таким плотным, как окружающий его холодный воздух. Нагреваясь и теряя свою плотность, теплый воздух поднимается вверх.


Все это элементарные явления, мы приводим данные примеры, чтобы разграничить разные способы передачи тепловой энергии. Объекты также могут передавать тепло своему окружению при помощи света. Но этот метод теплообмена всегда считался очень слабым по сравнению с кондукцией и конвекцией. Однако совместные исследования ученых из Колумбийского, Корнельского и Стэнфордского университетов показали, что сложившееся мнение подлежит пересмотру. Ученые пришли к заключению о том, что свет может стать доминирующей формой обмена тепловой энергией между объектами.


В процессе исследования, которое подробно описывается в журнале “Nature Nanotechnology”, было замечено, что когда два объекта находятся предельно близко друг к другу, наблюдается тепловое излучение, мощность которого в 100 раз превышает все спрогнозированные ранее величины.


"При расстоянии между объектами равном 40 нанометрам передача тепловой энергии происходит с мощностью в 100 раз больше той, о которой до настоящего момента заявляла официальная наука", - говорит Мишаль Липсон (Michal Lipson), профессор Колумбийского университета и один из авторов научной публикации. "Это чрезвычайно интересный факт, ведь он означает, что именно свет может стать одним из главных каналов передачи тепловой энергии между объектами, а не кондукция или конвекция. И если ранее группы ученых уже демонстрировали передачу тепла в наномасштабах, то мы первые, кто достиг впечатляющих результатов. Мы заявляем, что свет может служить для передачи большого объема тепловой энергии. Более того, она может напрямую преобразовываться в электричество, если использовать в процессе передачи фотоэлектрические элементы".


Когда Липсон и ее коллеги сблизили два объекта с разными температурами на расстояние менее 100 нанометров, они стали свидетелями излучательного теплопереноса, происходящего в ближней зоне объектов. С помощью сверхточной микроэлектромеханической системы (MEMS) бруски из карбида кремния установили так, чтобы зазор между ними составлял всего 43 нанометра. Произошедшая в ходе эксперимента передача тепловой энергии вышла за рамки всех общепринятых законов теплового излучения тел. Была поставлена под сомнение научная догма, касающаяся такого известного явления, как излучение абсолютно черного тела”.


"Самым важным результатом нашей работы стало признание факта, что теперь тепловое излучение может использоваться в качестве основного механизма передачи тепловой энергии между объектами, имеющими разную температуру", - поясняет Рафаэль Сен-Желе (Raphael St-Gelais), научный сотрудник факультета инженерного дела и прикладных наук Колумбийского университета. Как указывается в пресс-релизе, он был ведущим автором исследования. "Это означает, что мы можем контролировать поток тепловой энергии, используя практически те же самые методы, с помощью которых мы манипулируем светом". Это имеет огромное значение, так как у нас есть большой опыт экспериментальной работы со светом. Мы умеем превращать его в электричество при использовании фотоэлектрических элементов".


По мнению Мишаль Липсон, это очень мощный бесконтактный канал передачи тепла. С его помощью можно контролировать температуру хрупких наноустройств, к которым нельзя дотрагиваться. Также оказалось, что можно очень эффективно конвертировать тепло в электричество, если горячий объект будет излучать большие объемы тепловой энергии, направленной на фотоэлектрические элементы, расположенные от него в нескольких нанометрах. Если появится возможность производить подобное преобразование и направлять тепло, распространяющееся от горячего объекта и имеющее вид световой волны на фотоэлементы, получая в результате электрическую энергию, значит, можно будет создать компактные модули, специально предназначенные для этой конвертации.
 
Ученые уже задумались над тем, какую пользу современному обществу может принести их открытие. На самом деле у него большие перспективы. Избыточное тепло автомобильных двигателей внутреннего сгорания можно будет превращать в электричество. Более экологично и экономично можно будет отапливать и освещать жилые дома и офисы, получая ценный вид энергии из возобновляемого источника, подобно тому, что сейчас можно получить от биотоплива или солнечной энергии.

Открыть счет для торговли акциями высокотехнологичных компаний

  • тепловая энергия
  • свет форма передачи тепловой энергии
  • Мишаль Липсон
  • Рафаэль Сен-Желе
  • энергия из возобновляемого источника
X

Торгуйте акциями США с плечом ×30

Начать торговать

Комментарии (5)

Чтобы оставить комментарий, вам необходимо войти или зарегистрироваться
UP