Prawo Kirchhoffa do poprawki!
dodany przez
KopalniaWiedzy.pl, w Technologia
-
Podobna zawartość
-
przez KopalniaWiedzy.pl
Od XIX wieku nauka wie, że zdolność materiałów do absorbowania promieniowania elektromagnetycznego jest równoważna ich zdolności do emitowania tego promieniowania. Zjawisko to odkrył w 1859 roku Gustaw Kirchhoff, który sformułował prawo promieniowania cieplnego nazwane jego nazwiskiem. W ostatniej dekadzie naukowcy zaczęli poszukiwać metamateriałów zdolnych do złamania tego prawa. Udało się przed 2 laty, jednak obserwowane zjawisko było słabe. Teraz naukowcy z Pennsylvania State University donieśli o „dramatycznym” odejściu od prawa Kirchhoffa. Daje to nadzieję, że w przyszłości osiągnięcia tego typu można będzie wykorzystać w praktyce.
Możliwość silnego naruszenia prawa Kirchhoffa to nie tylko nowy sposób na kontrolowanie promieniowania cieplnego, to też metoda znaczącego poprawienia działania urządzeń do wytwarzania użytecznej energii czy jej rejestrowania. Na przykład ogniwa fotowoltaiczne muszą – zgodnie z prawem Kirchhoffa – wyemitować energię z powrotem w kierunku Słońca. Ta energia jest dla nas stracona. Jeśli jednak ogniwa słoneczne emitowałyby tę energię w innym kierunku niż obecnie, moglibyśmy umieścić tam kolejne ogniwo, które zaabsorbowałoby część tej energii, zwiększając efektywność całego panelu. Taka strategia zbliżyłaby nas do pozyskiwania energii słonecznej z wydajnością bliską granicy wyznaczonej przez prawa termodynamiki, mówi główny autor badań Zhenong Zhang.
Naukowcy z Penn State stworzyli materiał, który składa się z pięciu 440-nanometrowych warstw arsenku galu indu (InGaAs) domieszkowanych elektronowo. Im głębiej położona była warstwa, tym większe było domieszkowanie. Całość umieszczono na 100-nanometrowej warstwie srebra, a całość przeniesiono na krzemowe podłoże. Tak przygotowaną próbkę podgrzano do temperatury 267 stopni Celsjusza i poddano oddziaływaniu pola magnetycznego o natężeniu 5T. W takich warunkach stosunek zdolności absorpcji do emisji wyniósł 0,43, podczas gdy zgodnie z prawem Kirchhoffa powinien wynieść 1. Co więcej, złamanie symetrii zaobserwowano w szerokim zakresie kątów padania promieniowania oraz w zakresie promieniowania podczerwonego rozciągającym się od 13 do 23 mikrometrów.
Autorzy badań uważają, że dalszy postęp na tym polu może doprowadzić do stworzenia nowej klasy diod czy tranzystorów, bardziej efektywnych ogniw fotowoltaicznych i innych urządzeń związanych z zarządzaniem energią cieplną.
Źródło: Observation of Strong Nonreciprocal Thermal Emission, https://arxiv.org/pdf/2501.12947
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Naukowcy z University of Illinois zaobserwowali w grafenie zjawisko termoelektryczne i odkryli, że w nanoskali materiał ten chłodzi się efektywniej niż krzem. Zespół pracujący pod kierunkiem profesora Williama Kinga wykorzystał końcówkę mikroskopu sił elektronowych w roli czujnika temperatury. Uczeni dowiedzieli się, że w miejscu, w którym grafenowy tranzystor dotyka metalowych połączeń, chłodzący efekt termoelektryczny jest silniejszy niż ogrzewanie się materiału wywołane oporami w przepływie prądu. Oznacza to, że w tym miejscu tranzystor samodzielnie się schładza.
Zjawisko termoelektryczne zachodzi wskutek bezpośredniej transformacji napięcia elektrycznego pomiędzy dwoma punktami na różnicę temperatur.
W krzemie i większości materiałów nagrzewanie się spowodowane przepływem prądu jest znacznie większe niż samodzielne chłodzenie. Odkryliśmy jednak, że w tych tranzystorach grafenowych istnieją miejsca, w których chłodzenie jest większe niż nagrzewanie, co pozwala urządzeniom na samodzielne schłodzenie się. Dotychczas nie obserwowano tego zjawiska w grafenie - mówi King.
Dzięki nowo odkrytej kolejnej przydatnej właściwości grafenu, elektronika grafenowa, o ile powstanie, będzie wymagała niewiele wspomaganego chłodzenia, a niewykluczone, że obejdzie się bez niego.
-
przez KopalniaWiedzy.pl
O metamateriałach pisaliśmy już wielokrotnie, również w kontekście skonstruowania dzięki nim technologicznej peleryny niewidki. To, co dla światła pozostaje w sferze odległych planów, w dziedzinie dźwięku właśnie osiągnięto, tworząc materiał zapewniający niewidzialność dla sonarów.
Sonar to nic innego, jak dźwiękowy radar, korzystający najczęściej z ultradźwięków - woda morska tłumi fale radiowe, zaś dźwięk przenosi się w niej szybko i na duże odległości (dzięki temu, że woda jest bardziej gęsta od powietrza). Wykładowca mechaniki i inżynierii na University of Illinois, Nicholas Fang, skonstruował w swoim laboratorium metamateriał wytłumiający dźwięki w zakresie stosowanym przez sonary.
Urządzenie ma postać dysku składającego się z wielu pierścieni o malejącej średnicy. Każdy pierścień to misterna struktura wgłębień „prowadzących" falę dźwiękową, każdy ma inny współczynnik refrakcji. Wgłębienia powodują zmianę prędkości fali akustycznej i spadek jej energii, a całość powoduje uwięzienie dźwięku, wygięcie fali i „owinięcie" jej wokół zewnętrznych krawędzi dysku, niwelując niemal całkowicie odbicie dźwięku.
Specyfiką konstrukcji jest to, że działa nie tylko dla ściśle określonej długości fali - jak to jest z metamateriałami dla fal elektromagnetycznych - lecz jest skuteczne dla dość szerokiego przedziału częstotliwości, do 40 do 80 kiloherców, przy czym teoretycznie można uzyskać pokrycie przedziału częstotliwości aż do dziesiątek megaherców.
Podwodne testy z sonarem wykazały skuteczność takiego urządzenia maskującego i rozpoczynają się prace nad zastosowaniami praktycznymi. Pierwszym, jakie się narzuca, jest oczywiście zastosowanie militarne celem stworzenia niewykrywalnych okrętów podwodnych. Są jednak i inne: na przykład doskonała izolacja akustyczna, czy polepszenie osiągów ultrasonografii medycznej. Autorzy są też przekonani, że dzięki wynalazkowi będzie można uporać się ze zjawiskiem kawitacji, czyli tworzenia się wirów i hałaśliwych pęcherzyków wokół śrub napędowych statków i okrętów podwodnych.
-
przez KopalniaWiedzy.pl
Malaria, pasożytnicza choroba przenoszona przez moskity, wciąż jest niepowstrzymana, mimo wielu badań. Naukowcy z uniwersytetu w Chicago proponują nowy sposób, który ma zablokować przenoszenie się zarodźca malarii.
Samice moskitów potrzebują dużych ilości krwi (a dokładniej: hemoglobiny) jako pożywienia koniecznego dla rozwoju jaj. Podczas jej pobierania roznoszą zakażenie poprzez zarodźce (Plasmodium), które wykluwają się w ich wnętrznościach. W tym złożonym, bo wymagającym dwóch różnych żywicieli, cyklu rozwojowym ważną rolę spełnia proteina FLVCR, transportująca pochodzący z hemoglobiny hem poza komórkę. Proteina ta jednocześnie chroni moskita przed stresem oksydacyjnym. John Quigley z University of Illinois w Chicago postawił hipotezę, że zakłócenie działania białka FLVCR nie pozwoli na dokończeniu cyklu rozwojowego Plasmodium i zablokuje przenoszenie się choroby.
Podczas eksperymentu wyizolowano gen kodujący FLVCR od dwóch gatunków moskitów znanych z roznoszenia malarii i korzystając z techniki wyciszania genów, z powodzeniem zmniejszono wydatnie ilość produkowanego białka we wnętrznościach moskitów. Przed zespołem dra Quigley stoi jeszcze zbadanie czy i w jakim stopniu zablokowanie proteiny i zwiększenie stresu oksydacyjnego hamuje przenoszenie pasożyta.
Jeśli zakłócenie funkcjonowania proteiny zahamuje przenoszenie się pasożyta Plasmodium, pojawi się potencjalna możliwość wykorzystania elementów proteiny FLVCR do stworzenia przeciwciał i wyprodukowania szczepionki dla ludzi - tłumaczy autor rozwiązania. - Wówczas przeciwciała zablokują FLVCR i zwiększą stres oksydacyjny, wskutek zarodźce malarii nie będą potrafiły doprowadzić do końca swojego cyklu życiowego, co zapobiegnie rozprzestrzenianiu się malarii.
Na malarię co roku umiera nawet do trzech milionów ludzi, głównie dzieci (choruje co roku ponad 220 milionów), więc problem zwalczenia tej choroby jest dość palący. Niestety, fakt że choroba dotyka głównie niezamożne kraje i ludzi, nie sprzyja inwestowaniu dużych środków finansowych w badania przez firmy farmaceutyczne.
-
przez KopalniaWiedzy.pl
Bycie członkiem nie zawsze tolerowanej mniejszości, zwłaszcza seksualnej, może być psychicznym obciążeniem. Według badań, aż jedna trzecia z zaliczanej do takich mniejszości młodzieży próbowała w życiu popełnić samobójstwo.
Badania przeprowadzone przez University of Illinois w Chicago wśród młodzieży (16-20 lat) zaliczanej do mniejszości seksualnych (LGBT - lesbian, gay, bisexual and transgender czyli lesbijki, geje, biseksualiści i transseksualiści). Badaną grupę stanowiło prawie 250 osób, zróżnicowanych pod względem etnicznym. Badanie miało na celu weryfikację wcześniejszych ustaleń i diagnozę zdrowia psychicznego osób z tych grup społecznych.
Jedna trzecia badanych osób wykazywała oznaki zaburzeń psychicznych (wliczano tu również niewielkie zaburzenia), w tym prawie 10 procent badanych cierpiało na zespół stresu pourazowego (lęki wskutek wyjątkowo traumatycznego wydarzenia), 15 procent miało oznaki poważnej depresji. Około 70 procent nie wykazywało żadnych zaburzeń i problemów psychicznych. Również około jednej trzeciej badanych osób przynajmniej raz w życiu próbowało popełnić samobójstwo, 6 procent podjęło taką próbę w ciągu ostatniego roku.
Czy jedna trzecia to dużo?
Może wydawać się, że tak. W porównaniu z próbami populacji narodowej jest to rzeczywiście więcej, ale, jak wskazuje doktor Brian Mustanski, dyrektor programu badawczego Diagnostic and Statistical Manual of Mental Disorders, jeśli porównamy wyniki z innymi grupami młodzieży zaliczającej się do mniejszości (etnicznych, kulturowych/subkulturowych) wyniki nie odbiegają od normy. Oznacza to, zdaniem autorów studium, że młodzież LGBT dobrze radzi sobie ze swoją odmiennością i w większości nie cierpi na żadne zaburzenia psychiczne.
Porównywano także wyniki wewnątrz badanej próby. W przeciwieństwie do poprzednich badań, sugerujących większy odsetek problemów psychicznych u osób biseksualnych, to studium dało wynik odwrotny: osoby biseksualne były mniej skłonne do zaburzeń psychicznych czy emocjonalnych, niż pozostałe mniejszości seksualne.
Studium ukazało się w grudniowej edycji miesięcznika American Journal of Public Health.
-
-
Ostatnio przeglądający 0 użytkowników
Brak zarejestrowanych użytkowników przeglądających tę stronę.