|
Свет может испарять воду без нагрева
|
|
|
|
Это исследование, опубликованное в журнале PNAS, проливает свет на ранее неизвестный механизм – фотомолекулярный эффект. Команда Массачусетского технологического института под руководством профессора Ган Чена продемонстрировала, что свет, падающий на поверхность воды, может непосредственно высвобождать молекулы воды, заставляя их испаряться в воздух. Этот эффект возникает независимо от тепла, опровергая наше давнее убеждение, что тепловая энергия является единственной движущей силой испарения. “Я думаю, что это имеет множество применений”, - говорит Чен. “Мы исследуем все эти различные направления. И, конечно, это также влияет на фундаментальную науку, например, на влияние облаков на климат, потому что облака являются наиболее неопределенным аспектом климатических моделей”. Исследователи тщательно провели серию экспериментов, чтобы подтвердить это удивительное явление. Они использовали четырнадцать различных тестов и измерений, наблюдая за постоянными признаками испарения, вызванного светом, в различных условиях - в частности, ключевым показателем было измерение температуры воздуха над водой во время испарения в видимом свете.
|
|
|
|
Вместо повышения температура стабилизировалась, демонстрируя, что причиной была не тепловая энергия. Кроме того, команда наблюдала изменения скорости испарения в зависимости от угла освещения, цвета и поляризации. Эти характеристики не должны зависеть от испарения, вызванного нагревом, однако исследователи задокументировали эти зависимости. Например, эффект достигал максимума при освещении зеленым светом под углом 45 градусов, несмотря на то, что вода минимально поглощает зеленые волны. Исследователи предложили теоретическое объяснение зависимости от угла наклона и поляризации. Они предполагают, что фотоны света передают достаточную силу молекулам воды на поверхности, вытесняя их из жидкого тела. Однако зависимость от цвета остается загадкой, требующей дальнейшего изучения.
Последствия для науки о климате и не только. Это открытие имеет огромное значение для различных областей науки. Профессор Сюлин Руан из Университета Пердью, не связанный с исследованием, подчеркивает его потенциальное влияние на понимание взаимодействия света и воды в облаках, тумане и естественных водоемах, что в конечном итоге влияет на погоду и климат.
|
|
|
|
|
Фотомолекулярный эффект может объяснить давнее противоречие в науке о климате - наблюдаемое более высокое поглощение солнечного света облаками, чем предсказывают традиционные модели. Это несоответствие было предметом дискуссий из-за сложности измерений облачности. Чен предполагает, что недавно открытый механизм может объяснить это избыточное поглощение, потенциально улучшая расчеты климата, связанные с облаками. “Эти эксперименты основаны на спутниковых данных и данных о полете“, - объясняет Чен. “Самолет пролетал над облаками и под ними, а также были получены данные о температуре океана и радиационном балансе. И все они пришли к выводу, что поглощение облаков больше, чем можно было рассчитать теоретически”. ”Однако из-за сложности облаков и трудностей проведения таких измерений исследователи спорят о том, реальны ли такие расхождения или нет. И то, что мы обнаружили, говорит о том, что существует еще один механизм поглощения облаков, который не был учтен, и этот механизм может объяснить расхождения”, - добавляет Чен.
|
|
|
|
В ходе экспериментов команды со светодиодами, освещающими камеру искусственного облака, было обнаружено, что туман нагревается, что противоречит ожиданиям, поскольку вода не поглощает видимый свет термически. Фотомолекулярный эффект дает более правдоподобное объяснение этому наблюдению. Помимо научного значения, фотомолекулярный эффект открывает захватывающие практические возможности. Компании уже обратились к исследовательской группе с предложением о применении в таких областях, как выпаривание сиропа и сушка бумаги. Системы солнечного опреснения и промышленные процессы сушки являются основными кандидатами на использование этого эффекта. Поскольку сушка требует значительных затрат промышленной энергии, оптимизация этого процесса с использованием света имеет огромные перспективы.
|
|
|
|
Профессор Чен признает, что это открытие находится на начальной стадии, подчеркивая необходимость дальнейших исследований. Команда признает, что необходимо учитывать огромное количество переменных, включая более глубокое понимание воды и ее потенциального применения в других материалах, как жидких, так и твердых. Это исследование получило высокую оценку научного сообщества. Профессор Шеннон Йи из Технологического института Джорджии приветствует работу по внедрению нового физического механизма, который заставляет пересмотреть наше понимание кинетики испарения. Профессор Джанет Эллиотт (Janet Elliott) из Университета Альберты высоко оценивает тщательный подход к исследованию и потенциал для значительных практических и научных достижений.
|
|
|
|
Источник
|
