Ako svetlo dokáže odpariť vodu bez potreby tepla?
- Autor:
- Roman Mališka
- Zverejnené:
- 26. 4. 2024
- Hodnotenie:
- Už ste hlasovali.
Všetci vieme, že voda sa vyparuje, keď teplota stúpa, ale výskumníci práve ukázali, že v hre je aj ďalší faktor. Tento prielom by mohol vyriešiť dlhotrvajúce záhady atmosféry a viesť k budúcemu technologickému pokroku.
Tím z MIT zistil, že svetlo vo viditeľnom spektre stačí na to, aby uvoľnilo molekuly vody na povrchu, kde sa stretáva so vzduchom, a poslalo ich preč. Inými slovami, aj keď je pravda, že k vyparovaniu dochádzalo celé tie roky v dôsledku kolísania teploty, voda sa tiež menila na paru len silou svetelných lúčov.
Vedci tento proces nazvali ako „fotomolekulárny efekt“ podľa fotoelektrického efektu, ktorý vysvetlil Einstein v roku 1905, pri ktorom častice svetla mohli oslobodiť elektróny z atómov v materiáli, na ktorý narážajú.
„Zistenie vyparovania spôsobeného svetlom namiesto tepla poskytuje nové poznatky o interakcii svetla a vody,“ hovorí Xiulin Ruan, profesor strojárstva na Univerzity Purdue. Ruan nebol zapojený do štúdie MIT, ktorá bola publikovaná v časopise PNAS.
„Mohlo by nám to pomôcť získať nové pochopenie toho, ako slnečné svetlo interaguje s mrakmi, hmlou, oceánmi a inými prírodnými vodnými útvarmi, aby ovplyvnilo počasie a klímu,“ dodal. „Má významné potenciálne praktické aplikácie, ako je napríklad vysokovýkonné odsoľovanie solárnou energiou. Tento výskum patrí medzi vzácnu skupinu skutočne revolučných objavov, ktoré nie sú komunitou okamžite akceptované, ale ich potvrdenie si vyžaduje čas, niekedy aj dlhý čas.“
Aj keď sa rozdiel medzi odparovaním spôsobeným svetlom a odparovaním spôsobeným teplom nemusí zdať veľký, výskumníci tvrdia, že by to mohlo mať nielen veľký vplyv na spôsob, akým sa budú realizovať budúce projekty odparovania, ale že by to mohlo vysvetliť aj dlhodobý stály nesúlad zahŕňajúci mraky.
Zdá sa, že asi osem desaťročí meraní týkajúcich sa spôsobu, akým oblaky absorbujú slnečné svetlo, často ukazujú, že absorbujú viac slnečného svetla, ako je podľa fyziky možné. Fotomolekulárny efekt na tieto oblaky, ktorý spôsobuje dodatočné neočakávané vyparovanie, by mohol pomôcť vyriešiť hádanku.
Pretože objav odparovania na základe svetla bol taký pozoruhodný, výskumníci z MIT vykonali 14 rôznych overovacích experimentov, ktoré všetky podporili toto zistenie. Počas tohto procesu s použitím laserového svetla zistili, že najsilnejšie odparovacie účinky nastali, keď svetlo, ktoré bolo polarizované zvláštnym spôsobom známym ako priečna magnetická polarizácia, dopadlo na hladinu vody pod uhlom 45 stupňov. Najsilnejšie to bolo aj so zeleným svetlom, čo tím prekvapilo, pretože je to farba, vďaka ktorej je voda najpriehľadnejšia, pretože s ňou najmenej interaguje.
„Pozorovania poukazujú na nový fyzikálny mechanizmus, ktorý zásadne mení naše myslenie o kinetike vyparovania,“ hovorí Shannon Yee, docent strojárstva na Georgia Tech, ktorý tiež nebol spojený s touto prácou. „Kto by si myslel, že sa stále učíme o niečom takom každodennom, ako je vyparovanie vody?“
Výskumníkov už oslovili spoločnosti, ktoré sa domnievajú, že fotomolekulárny efekt by mohol pomôcť ich podnikom, vrátane jednej, ktorá by ho chcela použiť na sušenie papiera v mlyne, a ďalšej, ktorá sa snaží využiť tento proces na odparovanie sirupu. Aj keď by takéto aplikácie mohli byť možné, výskumníci sa domnievajú, že viac práce exponenciálne prospeje ich zisteniam.
„Tento jav by mal byť veľmi všeobecný a náš experiment je skutočne len začiatok,“ hovorí Gang Chen, spoluautor štúdie a profesor energetického inžinierstva na MIT. „Experimenty potrebné na preukázanie a kvantifikáciu efektu sú veľmi časovo náročné. Existuje mnoho premenných, od pochopenia samotnej vody až po rozšírenie na iné materiály, iné kvapaliny a dokonca aj pevné látky.“
