Команда фізиків показала, що на рівні атомів нагрівання відбувається швидше за охолодження, що суперечить уявленням про те, що ці процеси є симетричними. Згідно з новим дослідженням, для нагрівання атоми проходять набагато менше проміжних станів, ніж для охолодження. Це пояснює відмінність у швидкості й свідчить, що другий закон термодинаміки слід розширити, розповідає New Scientist. Стаття науковців опублікована у Nature Physics.
GIPHY
👋 Слідкуйте за наукою разом з нами — підписуйтеся на наш телеграм та інстаграм, буде цікаво!
Що говорить про тепло і холод термодинаміка?
Із формулювання другого закону термодинаміки випливає, що тепло ніколи не може переходити від холоднішого тіла до теплішого. Тобто чашка гарячого чаю з часом охолоне, так само як і холодний лимонад з часом нагріється до температури навколишнього середовища. Цей же закон дозволяє припустити, що охолодження і нагрівання за рівних умов є дзеркальними один одному процесами. Тобто атоми у системі проходять обернений, але однаковий шлях змін руху й енергії, тому й швидкість охолоджування і нагрівання має бути однаковою.
Утім, ще у 2020 році фізики помітили, що нагрівання принаймні у невеликих системах відбувається швидше: чашка чаю нано- чи мікророзміру охолоне повільніше, ніж нагріється склянка холодного лимонаду такого ж розміру. З метою перевірити ці спостереження й краще зрозуміти, що за ними стоїть, за дослідження нагрівання й охолодження взялися фізики Інституту мультидисциплінарних наук імені Макса Планка.
Як експериментували із нагріванням і що з'ясували?
Для свого дослідження вчені взяли нанометрового розміру частинки з кремнію, які щільно розмістили у ванній з водою та направили на них лазер. Лазер дозволив фіксувати, як частинка рухалася під впливом нагрівання чи охолодження: що більше тепла, то швидше рухалися частинки. Так з'ясувалося, що на шляху частинки до нагрівання, вона минає меншу, ніж при охолодженні, кількість так званих мікростанів — різних параметрів руху й енергії, які визначають температуру.
Експериментальна установка фізиків на прикладі однієї частинки, за якою стежать лазером. Оцінюючи, як змінюється стан частинки, вчені виявили, що нагрівання відбувається швидше. Cai Dieball & Aljaz Godec / Max-Planck-Institut for Multidisciplinary Sciences
На думку вчених, цей ефект відбувається за будь-яких температур, хоч і помітний лише на мікрорівні. І хоч наразі прямого практичного значення експеримент не має, науковці сподіваються, що відкриття стане у пригоді для підвищення ефективності мікромоторів чи інших мікромасштабних пристроїв.
- У темі охолодження фізиків також цікавить крига. Так вченим вдалося виростити нитку з льоду, яка може гнутися і повертати форму