Учените гледат, докато топлината се движи през „молив за водача“ в скоростта на звука

Учените са видели нещо магическо, случващо се вътре в графита, от онова, което е направено от вашия молив: Топлината се движи с вълни със скоростта на звука. Това е доста радиално по няколко причини: топлината не би трябвало да се движи като вълна – тя обикновено се разсейва и отскача от разклащане на молекули във всяка посока; Ако топлината може да се движи като вълна, тя може да се движи в една посока масово далеч от източника си, нещо като затваряне на енергия едновременно от обект. Един ден това поведение на пренос на топлина в „Ако в някои материали се стигне до стайна температура, ще има някои перспективи за някои приложения“, каза изследователят Кийт Нелсън, химик от Масачузетския технологичен институт, за Live Science, добавяйки, че това е най-високата температура, която някой е виждал. [ ] Качете се на топлинния влак Изследователите описват „нормалното“ движение на топлина с помощта на загряван чайник. След изключване на горелката, топлинната енергия се задейства на въздушни молекули, които се сблъскват и подават топлина в процеса. Тези молекули се подскачат във всяка посока; някои от тези молекули се разпръскват обратно обратно в чайника. С течение на времето водата в чайника и околностите достигат равновесие при същата температура. В твърдите вещества молекулите не се движат, защото атомите са заключени в позиция. „Това, което може да се движи, е „, казва Нелсън, който говори с Live Science заедно със съавтор Gang Chen, инженер-механик в MIT. Вместо това, нагрявайте хмела върху фонони или малки пакети със звукова вибрация; тъй като тези фонони обикновено имат тежки дължини на вълните, те имат някаква стая за разбъркване в структурата на решетката на твърдото тяло. Тази стая за разбъркване означава, че фононите могат да скачат и да се разпръснат, като носят топлина като въздушните молекули от чайника. [ ] Странна топлинна вълна Това не се случи в този нов експеримент. Предишната теоретична работа на Чен прогнозира, че топлината може да се когато се движи през графит или графен. За да изпробват това, изследователите на MIT пресичаха две лазерни лъчи по повърхността на графита си, създавайки така наречената в която имаше паралелни линии на светлина и без светлина, или нагрети и неотопляеми. След това пулсираха друг лазер в инсталацията, за да видят какво се е случило, след като удари графита. (Кръстосаните греди създадоха модел, който се разпростираше на 10 микрона; по този начин изследователите можеха да измерват как третият източник на топлина пътува от един регион в друг.) „Обикновено топлината постепенно се дифундира от затоплените региони до неотопляемите зони, докато температурният модел не бъде отмит“, казва Нелсън. „Вместо това, топлината изтичаше от затоплени до неотопляеми райони и продължаваше да тече дори и след като температурата беше изравнена навсякъде, така че неотопляемите райони всъщност бяха по-топли от първоначално затоплените региони.“ В същото време отоплените райони станаха дори по-хладни от незагретите райони. И всичко това се случваше подигравателно бързо – със същата скорост, която звукът обикновено пътуваше по въздуха. [ ] „Повече топлина течеше, защото се движеше по вълнообразен начин без разпръскване“, каза Нелсън на Live Science. Как са получили това странно поведение, което учените наричат ​​„втори звук“, в графита? „От фундаментална гледна точка, това просто не е обичайно поведение. Вторият звук е измерван само в шепа материали някога, при всяка температура. Всичко, което наблюдаваме, е далеч от обичайните предизвикателства да разберем и обясним“, каза Нелсън. , Ето какво мислят, че се случва: Графитът, или 3D материал, има слоеста структура, в която тънките въглеродни слоеве едва ли знаят, че другият е там, и така те се държат като графен, който е 2D материал. Поради това, което Нелсън нарича „ниска размерност“, фононите, носещи топлината в един слой от графита, са много по-малко склонни да скачат и да разпръснат други слоеве. Също така, фононите, които могат да се образуват в графит, имат дължини на вълните, които са най-вече твърде големи, за да се отразяват назад след падане в атоми в решетката, феномен, известен като обратното разсейване. Тези малки звукови пакети разпръскват малко, но пътуват предимно в една посока, което означава, че средно те биха могли да пътуват с голямо разстояние много по-бързо. Техните изследвания бяха публикувани днес (14 март) в списание Първоначално публикуван на .
https://www.livescience.com/64995-heat-speed-of-sound-through-graphite.html
Преводът е осигурен от „Google translate“. Посетете  линка свързан със заглавието над краткия текст за да прочетете пълния текст в оригинал.