Americkí vedci z Pennsylvania State University dokázali niečo, čo sa považovalo za nemožné už viac ako jedno a pol storočia. Experimentálne narušili základný fyzikálny zákon, ktorý platil od roku 1860. Reč je o Kirchhoffovom zákone tepelného žiarenia, ktorý hovorí, že každý materiál pohlcuje a vyžaruje energiu pri tej istej vlnovej dĺžke a uhle rovnakou intenzitou.

Dostaň Fontech do svojich Google odporúčaní

Pridať ako preferovaný zdroj Fontech, odkaz sa otvorí v novom okne

Princíp reciprocity bol kľúčový pre pochopenie prenosu tepla a vyžarovania energie, a to nielen vo vedeckých výpočtoch, ale aj v každodenných technológiách ako sú solárne panely či senzory.

Článok pokračuje pod videom ↓

Vedci prelomili základný fyzikálny zákon

Výskumníci publikovali výsledky, ktoré predstavujú najväčšie zaznamenané odchýlenie od tohto princípu. Dosiahli kontrast nerekipročnosti vo výške 0,43, čo znamená výrazný rozdiel medzi schopnosťou materiálu absorbovať a vyžarovať tepelnú energiu. V bežných systémoch by sa táto hodnota mala rovnať nule.

Za efektom stojí tenký päťvrstvový film vyrobený z rôznych polovodičových materiálov. Celková hrúbka štruktúry je približne dva mikrometre. Vďaka precíznemu vrstveniu a výberu materiálov sa podarilo vytvoriť štruktúru, ktorá má v infračervenom spektre viacero rezonančných špičiek. Súčasne absorbuje aj vyžaruje teplo vo viacerých vlnových dĺžkach. Práve v tomto širokom pásme sa efekt nerekipročnosti ukazuje ako mimoriadne výrazný.

Pixabay

Jednou z výhod novej technológie je, že film možno preniesť na rôzne podkladové materiály, čo výrazne zvyšuje flexibilitu a možnosti využitia v praxi. Ako uviedol spoluautor výskumu a doktorand Alireza Kalantari Dehaghi, vďaka tomu sa dá materiál integrovať do rôznych zariadení a tým zlepšiť efektivitu pri premene energie alebo prenose tepla.

Nová éra energetickej účinnosti

Vedci zároveň upozorňujú na obrovský potenciál, ktorý s objavom prichádza. Doterajšie solárne články musia podľa Kirchhoffovho zákona späť do vesmíru vyžarovať časť absorbovanej energie, čo predstavuje čistú stratu. Ako poznamenal spoluautor Zhenong Zhang, ak sa podarí využiť materiály s nerekipročným správaním, dá sa smer vyžarovania energie zmeniť. Môže vzniknúť druhý solárny článok, ktorý zachytí túto stratenú energiu a tým zvýši celkovú účinnosť premeny slnečného žiarenia na elektrickú energiu.

Na pozorovanie a presné meranie javu vedci skonštruovali špeciálny merací prístroj – magnetický spektrofotometer na meranie tepelného vyžarovania pod rôznymi uhlami. Prístroj im umožnil skúmať, ako sa materiál správa pod silným magnetickým poľom, ktoré bolo kľúčové na vytvorenie požadovaného nerekipročného efektu.

Práca z Penn State tak predstavuje nielen vedecký prelom, ale aj začiatok úplne nového prístupu k využívaniu tepelnej energie. Využitím efektu nerekipročnosti by sa mohli zásadne zefektívniť solárne články, senzory aj technológie na prenos tepla.

Čítajte viac z kategórie: Novinky

Pošli nám TIP na článok



Teraz čítajú

NAJČÍTANEJŠIE ZO STARTITUP