Saintis St. Petersburg telah mengembangkan model matematik proses yang berlaku semasa penyebaran haba dalam kristal ultrapure. Ini akan membuka prospek penciptaan bahan baru untuk digunakan dalam rangkaian penyejukan pelbagai peralatan. Mereka membincangkan perkara ini di halaman majalah Continuum Mechanics and Thermodynamics. Penyelidikan ini disokong oleh geran dari Yayasan Sains Rusia (RSF).
Bahan boleh mengalirkan haba kerana struktur dalamannya. Atom dalam sebarang bahan pepejal pada suhu selain getaran sifar mutlak mengenai kedudukan keseimbangannya. Pergerakan seperti itu dapat merebak di angkasa dari satu atom ke atom yang lain. Untuk menerangkan proses pemindahan tenaga getaran dengan lebih senang, para saintis telah memperkenalkan quasiparticle (zarah yang boleh dianggap serentak sebagai gelombang) - fonon.
Untuk ini, sifat fonon digunakan dalam keadaan fizik pepejal. Apabila suhu meningkat, amplitud getaran atom dalam kisi kristal meningkat. Atom yang dipanaskan mengeluarkan lebih banyak fonon. Fonon dipindahkan melalui kisi kristal, dan atom di seluruh bahan mula bergetar dengan amplitud yang lebih besar. Peningkatan amplitud getaran atom kisi kristal sepadan dengan peningkatan suhu pepejal.
Teori pemindahan haba yang ada menyatakan bahawa fonon memindahkan tenaga haba dalam pepejal - dengan analogi bagaimana foton memindahkan tenaga cahaya. Teori ini juga mengambil kira bahawa fonon boleh tersebar kerana bertabrakan dengan kecacatan kisi kristal. Semasa hamburannya, fonon dapat mengubah arah pergerakan, sehingga menyukarkan proses pemindahan haba. Teori ini menerangkan dengan baik penyebaran haba dalam badan yang mengandungi sejumlah besar kecacatan, tetapi ia tidak berfungsi dengan baik dalam hal kristal ultrapure (kristal sebenar, jumlah kecacatan yang minimum).
Para saintis dari Peter the Great's SPbPU telah membuat model matematik yang menerangkan pemindahan tenaga haba dalam pepejal berdasarkan teori kekonduksian terma balistik yang mereka kembangkan. Teori ini menganggap kristal bebas kecacatan sebagai kumpulan zarah yang dihubungkan oleh ikatan yang boleh meregangkan dan menguncup. Semasa menjalankan pengiraan menggunakan model ini, saintis mendapati bahawa pemindahan haba dalam kristal ultrapure dikaitkan dengan penyebaran fonon bebas. Teori pemindahan haba yang ada tidak dapat digunakan dalam kes ini.
Penyebaran gangguan termal dalam kisi persegi yang melakukan getaran melintang / Anton Krivtsov / indicator.ru
Penyelidik masih belum menyelesaikan penciptaan teori kekonduksian terma balistik, dan dalam karya mereka sekarang mereka menerangkan alat matematik yang mendasari. Dengan menggunakan contoh kristal superpure, para saintis telah menunjukkan bahawa model yang mereka hasilkan menggambarkan sifat-sifat sistem fizikal yang dikatakan, tetapi dalam beberapa aspek bertentangan dengan teori klasik. Sekiranya para saintis berjaya menunjukkan bahawa alat matematik yang mereka hasilkan mampu menggambarkan kesan yang diperhatikan dalam kenyataan lebih baik daripada model yang ada, maka pada masa akan datang ia akan dapat menggantikan teori klasik. Penyelidik SPbPU, bersama-sama dengan rakan-rakan dari Universiti Teknikal Berlin, sudah membuat persiapan untuk eksperimen yang akan menguji ramalan teori baru.
Tidak lama lagi kita akan membuat teori penyebaran haba balistik dalam bahan ultrapure. Teori ini akan memungkinkan pengembangan kaedah penyingkiran haba yang efisien menggunakan sifat termal unik bahan ultrapure, yang sudah mungkin diperoleh menggunakan teknologi moden. Ini akan membuka prospek penciptaan bahan baru untuk digunakan dalam rangkaian penyejukan pelbagai peralatan,”kata salah seorang penulis kajian itu, Anggota Akademi Sains Rusia, Doktor Sains Fizikal dan Matematik, Profesor Anton Krivtsov.
Video promosi:
