Para peneliti menemukan pengecualian

Zheng dan Granick bekerja di laboratorium. Foto ini diambil dengan kamera inframerah yang mereka gunakan untuk eksperimen. Warna mengukur suhu. Perhatikan bahwa kulit mereka hangat dan rambut mereka lebih sejuk. Kredit: UMass Amherst

Sebuah tim peneliti yang dipimpin oleh Universitas Massachusetts Amherst baru-baru ini menemukan pengecualian terhadap hukum berusia 200 tahun yang dikenal sebagai hukum Fourier yang mengatur bagaimana panas berpindah melalui bahan padat.

Meskipun para ilmuwan sebelumnya telah menunjukkan bahwa ada pengecualian terhadap hukum pada skala nano, penelitian yang diterbitkan dalam jurnal Proceedings of the National Academy of Sciences ini adalah yang pertama menunjukkan bahwa hukum tidak selalu berlaku pada skala makro. bahwa radiasi elektromagnetik murni juga bekerja pada beberapa bahan umum seperti plastik dan kaca.

“Penelitian ini dimulai dengan sebuah pertanyaan sederhana,” kata Steve Granick, Profesor Sains dan Teknik Polimer Robert K. Barrett di UMass Amherst dan penulis utama makalah tersebut. “Bagaimana jika panas dapat ditransfer dengan cara yang berbeda, tidak seperti yang diasumsikan orang?”

Panas pancaran adalah panas yang kita rasakan dari matahari; gelombang elektromagnetiknya menghangatkan kulit kita saat matahari bersinar. Di sisi lain dari difusi adalah cara cangkir teh menghangatkan tangan Anda setelah Anda menuangkan secangkir teh segar untuk diri Anda sendiri. Selama 200 tahun, para ilmuwan percaya bahwa difusi menjelaskan bagaimana panas menyebar melalui benda padat. “Tetapi kadang-kadang,” kata Granick, “kreativitas mengharuskan Anda untuk meletakkan buku pelajarannya sebentar.”

Granick, Shankar Ghosh dari Tata Institute for Fundamental Research, dan penulis utama Kaikai Zheng, peneliti senior di UMass Amherst, berhipotesis bahwa pengecualian terhadap hukum Fourier dapat ditemukan pada polimer tembus cahaya dan gelas anorganik. Panas mengalir melalui kedua material tersebut, namun tim berhipotesis bahwa sifat tembusnya juga memungkinkan energi terpancar melalui material tersebut.

Untuk menguji hipotesis, mereka menempatkan sampel bahan dalam ruang vakum yang akan menghilangkan udara yang bertanggung jawab atas distribusi panas konvektif. Mereka kemudian menciptakan pulsa panas dalam satu sampel menggunakan laser untuk memanaskan area kecil, dan sampel lainnya memanaskan satu sisi sambil menjaga sisi lainnya tetap dingin.

Kemudian, dengan menggunakan kamera inframerah khusus, mereka mengamati bagaimana panas menyebar melalui sampel mereka. Mengulangi percobaan berkali-kali, mereka terus menemukan anomali yang tidak dapat dijelaskan sepenuhnya oleh hukum Fourier.

“Belum ada yang pernah mencoba ini sebelumnya,” kata Zheng. “Sesuatu yang tidak terduga sedang terjadi di dalam polimer tembus cahaya.”

Bahan tembus pandang terbukti memungkinkan radiasi energi internal, berinteraksi dengan ketidaksempurnaan struktural kecil yang kemudian menjadi sumber panas sekunder. Sumber panas sekunder ini selanjutnya memancarkan panas melalui material.

“Bukannya hukum Fourier salah,” Granick dengan cepat menunjukkan, “hanya saja hukum tersebut tidak menjelaskan semua yang kita lihat terkait perpindahan panas. Penelitian dasar seperti yang kami lakukan memungkinkan kami untuk lebih memahami cara kerja panas. menawarkan para insinyur strategi baru untuk merancang sirkuit termal.”

Informasi lebih lanjut:
Granick, Steve dkk., Pengecualian skala makro terhadap hukum Fourier, Prosiding National Academy of Sciences (2024). DOI: 10.1073/pnas.2320337121. doi.org/10.1073/pnas.2320337121

Disediakan oleh Universitas Massachusetts Amherst

Kutipan: Para peneliti menemukan pengecualian terhadap hukum ilmiah berusia 200 tahun yang mengatur perpindahan panas (2024, 4 Maret) Diakses tanggal 5 Maret 2024, dari https://phys.org/news/2024-03-Exception-year-scientific-law. html

Dokumen ini memiliki hak cipta. Kecuali untuk tindakan bonafid apa pun untuk tujuan studi atau penelitian pribadi, tidak ada bagian yang boleh direproduksi tanpa izin tertulis. Konten disediakan untuk tujuan informasi saja.