Skocz do zawartości
Forum Kopalni Wiedzy
KopalniaWiedzy.pl

Przewodzi prąd, ale nie ciepło

Rekomendowane odpowiedzi

Specjaliści z Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL) i Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley odkryli, że metaliczny dwutlenek wanadu przeczy kolejnemu znanemu prawu fizycznemu. Okazuje się bowiem, że przewodzi on elektryczność bez jednoczesnego przewodzenia ciepła.

Dla większości metali zależność pomiędzy przewodnictwem cieplnym a elektrycznym jest opisana za pomocą prawa Wiedemanna-Franza, które mówi, że w dowolnym metalu stosunek przewodnictwa cieplnego i elektrycznego jest wprost proporcjonalny do temperatury. Jednak, jak się okazało, prawo to nie odnosi się do dwutlenku wanadu, materiału znanego choćby z tego, że już w temperaturze 67 stopni Celsjusza zmienia się z izolatora w metal.

To było zupełnie niespodziewane odkrycie. To całkowite odejście od przyjętego prawa fizycznego, które wielokrotnie udowodniło swoje zastosowanie w przypadku standardowych przewodników. Odkrycie to ma fundamentalne znaczenie dla zrozumienia podstawowych właściwości nowych przewodników - mówi główny autor badań profesor Junquiao Wu.

Uczeni badając właściwości dwutlenku wanadu wykorzystali zarówno symulacje komputerowe jak i technikę rozpraszania promieniowania rentgenowskiego, które pozwalają na badanie przewodnictwa cieplnego związanego z wibracjami struktury krystalicznej oraz ruchem elektronów. Ku zdumieniu eksperymentatorów okazało się, że przewodnictwo cieplne zależne od elektronów jest 10-krotnie mniejsze niż wynikałoby to z prawa Wiedemanna-Franza. Elektrony poruszały się zgodnie względem siebie, jak płyn, zamiast poruszać się jak indywidualne cząstki, tak jak w metalach. [...] Metale efektywnie transportują ciepło, gdyż występuje w nich tak wiele możliwych mikroskopijnych konfiguracji, że elektrony swobodnie pomiędzy nimi przeskakują. Skoordynowany ruch elektronów w dwutlenku wanadu ogranicza transport ciepła, gdyż jest mniej konfiguracji, pomiędzy którymi elektrony mogą swobodnie się przemieszczać.

Bardzo interesującą cechę dwutlenku wanadu jest fakt, że mieszając ten materiał z innymi można manipulować jego przewodnictwem ciepłym i elektrycznym. Gdy naukowcy domieszkowali wolfram do pojedynczego kryształu dwutlenku wanadu, obniżyli temperaturę przemiany fazowej, w której materiał staje się metalem. Jednocześnie elektrony w fazie metalicznej lepiej przenosiły ciepło. Dzięki temu, manipulując temperaturą kryształu, naukowcy mogli decydować, jak wiele ciepła będzie on rozpraszał. Ten i podobne materiały mogą zostać użyte do przechwytywania i wykorzystywania ciepła odpadowego z silników czy do pokrycia szyb w budynkach, co pozwoli na efektywniejsze używanie w nich energii.

Możemy go użyć do ustabilizowania temperatury. Po odpowiednim dobraniu przewodnictwa cieplnego materiał może efektywnie rozpraszać ciepło w lecie, gdyż będzie charakteryzował się wysokim przewodnictwem w wysokich temperaturach, a w zimie, w niskich temperaturach, będzie zatrzymywał ciepło wewnątrz budynku - mówi Fan Yang z LBNL.

Dodatkową zaletą dwutlenku wanadu jest fakt, że w temperaturze poniżej około 30 stopni Celsjusza jest on przezroczysty, a powyżej 60 stopni absorbuje podczerwień. Znamy też inne materiały, które transportują ciepło lepiej niż elektryczność, ale działają one w bardzo niskich temperaturach, przez co trudno je zastosować w praktyce.


« powrót do artykułu

Udostępnij tę odpowiedź


Odnośnik do odpowiedzi
Udostępnij na innych stronach

 

 

Jednak, jak się okazało, prawo to nie odnosi się do dwutlenku wanadu, materiału znanego choćby z tego, że już w temperaturze 67 stopni Celsjusza zmienia się z izolatora w metal.

Nic dziwnego, bo prawo to dotyczy metali a nie tlenków metali, których właściwości najczęściej znacznie się różnią.  :P

Udostępnij tę odpowiedź


Odnośnik do odpowiedzi
Udostępnij na innych stronach

Można by spróbować zbudować cieplny "tranzystor" :)

Udostępnij tę odpowiedź


Odnośnik do odpowiedzi
Udostępnij na innych stronach
Gość Astro

 

 

metaliczny dwutlenek wanadu przeczy kolejnemu znanemu prawu fizycznemu

 

Fizyka wcale nie twierdzi, że to "prawo" jest słuszne. Kilka lat temu zostało ono ostatecznie obalone nawet dla metali. :P

https://pl.wikipedia.org/wiki/Prawo_Wiedemanna-Franza


Wydaje mi się, że chyba zbyt często dokonujemy pewnych skrótów (sam to czynię :)). Zapewne lepiej mówić "metaliczny X" niż

 

 

zmienia się z izolatora w metal

Tu byłoby zapewne poprawnie "zmienia się w przewodnik" albo "uzyskuje własności metaliczne".

Udostępnij tę odpowiedź


Odnośnik do odpowiedzi
Udostępnij na innych stronach

Kilka lat temu zostało ono ostatecznie obalone nawet dla metali. :P

https://pl.wikipedia.org/wiki/Prawo_Wiedemanna-Franza

 

To prawo obaliła...nasza Wiki, :)

która poniżej podtytułu "Obalenie prawa" rzecze:

C. L. Kane i Matthew Fisher obliczyli, że w przypadku układów przestrzennych z elektronami ograniczonymi do pojedynczego łańcucha (do jednego wymiaru; długości) atomów metalu, prawo może zostać znacząco naruszone[5].

 

co już nawet takiemu jak ja laikowi sugeruje, że " nie działa przy wyjątkach", ;)

i dalej:

Według tych przewidywań, prawo obalili eksperymentalnie naukowcy...[1]

 

a jak jest w źródle [1]?

- gross violation,

 

a jak w eng.wiki brzmi odpowiednik polskiego " Obalenie prawa":

- Limitations of the theory.:D

Edytowane przez TrzyGrosze

Udostępnij tę odpowiedź


Odnośnik do odpowiedzi
Udostępnij na innych stronach

 

 

C. L. Kane i Matthew Fisher obliczyli, że w przypadku układów przestrzennych z elektronami ograniczonymi do pojedynczego łańcucha (do jednego wymiaru; długości) atomów metalu, prawo może zostać znacząco naruszone

Po pierwsze obliczenia, po drugie (powiązane z pierwszym) może.
A tu jest realizacja praktyczna. I to jest różnica.

Udostępnij tę odpowiedź


Odnośnik do odpowiedzi
Udostępnij na innych stronach

Po pierwsze obliczenia, po drugie (powiązane z pierwszym) może.

A tu jest realizacja praktyczna. I to jest różnica.

A pofatygowałeś się do źródła o " realizacji praktycznej"? Sami badacze, nic o obaleniu nie wiedzą: http://www.nature.com/articles/ncomms1406

Edytowane przez TrzyGrosze

Udostępnij tę odpowiedź


Odnośnik do odpowiedzi
Udostępnij na innych stronach

A gdzie ja napisałem o obaleniu? :)

Próbujesz zaprzeczyć temu że badania przeprowadzono praktycznie a nie tylko symulowano? Symulować można wiele. Dopiero realizacja praktyczna czyli, doświadczenie plus pomiar dają konkretne wyniki.

Edytowane przez thikim

Udostępnij tę odpowiedź


Odnośnik do odpowiedzi
Udostępnij na innych stronach

Ja tylko skupiłem się tylko na wnioskach z doświadczenia, które polska Wiki nadinterpretowała i wydawało mi się, że to kwestionujesz.

Edytowane przez TrzyGrosze

Udostępnij tę odpowiedź


Odnośnik do odpowiedzi
Udostępnij na innych stronach
Gość Astro

Nie bardzo rozumiem. Wiki i po polsku, i po angielsku podaje namiary na publikację z 2011 (Wakeham et al.), która jest pracą doświadczalną:

In 2011, N. Wakeham et al. found that the ratio of the thermal and electrical Hall conductivities in the metallic phase of quasi-one-dimensional Li0.9Mo6O17 diverges with decreasing temperature, reaching a value five orders of magnitude larger than that found in conventional metals obeying the Wiedemann-Franz law.

Udostępnij tę odpowiedź


Odnośnik do odpowiedzi
Udostępnij na innych stronach

Jeśli chcesz dodać odpowiedź, zaloguj się lub zarejestruj nowe konto

Jedynie zarejestrowani użytkownicy mogą komentować zawartość tej strony.

Zarejestruj nowe konto

Załóż nowe konto. To bardzo proste!

Zarejestruj się

Zaloguj się

Posiadasz już konto? Zaloguj się poniżej.

Zaloguj się

×