Jeder weiß, dass Wasser und alle anderen Flüssigkeiten ab einer bestimmten Temperaturschwelle beginnen, sich in Gase zu verwandeln. Der Mensch hat diese in der Natur allgegenwärtige Verdunstung seit Jahrhunderten intuitiv verstanden. Seit dem Aufkommen der Thermodynamik im 19. Jahrhundert ist es den Physikern sogar gelungen, alle Nuancen dieses Phasenwechsels bis in den kleinsten Maßstab zu verstehen. Zumindest dachten wir das bisher.
Forscher haben gerade eine Studie veröffentlicht, die zeigt, dass Hitze nicht der einzige Faktor ist, der zur Verdunstung von Wasser führt. Genau genommen Dabei spielt auch sichtbares Licht eine Rolle. Eine Entdeckung, die tiefgreifende Auswirkungen auf die Meteorologie, die Astronomie und mehrere Industriezweige haben könnte.
Kein Rauch ohne Feuer, aber Verdunstung ohne Hitze
Diese Arbeit baut auf einer anderen MIT-Studie auf, die letztes Jahr veröffentlicht wurde. Seine Autoren kündigten die Entdeckung eines neuen Phänomens namens an photomolekularer Effekt. Sie beobachteten, dass die in einem Hydrogel enthaltenen Wassermoleküle eine ganz bestimmte Zusammensetzung haben könnten durch Lichtstrahlen direkt in die Luft katapultiert, auch ohne den geringsten Wärmeeintrag.
Ein besonders interessantes Ergebnis für das Team von Carl Richard Soderberg, das daher beschloss, die Untersuchung weiter voranzutreiben, um zu prüfen, ob diese Schlussfolgerung auch unter anderen Bedingungen gültig sein könnte. Und entgegen allen Erwartungen stellten diese Forscher fest, dass der photomolekulare Effekt tatsächlich auftritt fast universell!
Da es sich um ein noch nie zuvor dokumentiertes Phänomen handelte, mussten sie ein besonders strenges Protokoll entwickeln, um es zu demonstrieren. Insgesamt haben sie nicht weniger als durchgeführt 14 unabhängige Experimente um alle anderen Faktoren auszuschließen, die zu einem Interpretationsfehler hätten führen können. Das haben sie zum Beispiel systematisch beobachtet Die Temperatur der Luft, die mit dem so verdampften Wasser in Berührung kommt, erhöht sich überhaupt nicht. Dies zeigt, dass thermische Energie nicht der Ursprung der mit dem photomolekularen Effekt verbundenen Verdunstung ist.
Noch überraschender war, dass sie das fanden Diese Verdunstung hängt direkt von den Eigenschaften des einfallenden Lichtstrahls ab. „Dies sollte nicht passieren, da Wasser im sichtbaren Bereich nahezu kein Licht absorbiert.“, erklärt die Pressemitteilung der Autoren. Und doch beobachteten sie, dass der Winkel des Strahls, seine Wellenlänge und sogar seine Polarisation alle eine Rolle spielen. Beispielsweise ist der photomolekulare Effekt am stärksten ausgeprägt, wenn Photonen in einem Winkel von 45° zur Oberfläche auf Wassermoleküle treffen. Bei Verwendung von grünem Licht ist es auch intensiver. Auch dies ist eher überraschend, da dies der Wellenlängenbereich ist, der von Wasser am wenigsten absorbiert wird.
Derzeit kämpfen Forscher noch damit, die Mechanismen zu entschlüsseln, die es Licht ermöglichen, auf diese Weise Wassermoleküle auszustoßen. Dies gilt insbesondere für die Abhängigkeit des Phänomens von der Farbe; Das Team hat keine Ahnung, woher es kommt.
Mögliche Anwendungen in Forschung und Industrie
Andererseits sind sie davon überzeugt, dass diese Entdeckung wichtige Auswirkungen haben könnte. Es könnte zum Beispiel helfen, ein altes Rätsel zu lösen, mit dem Klimatologen seit 80 Jahren kämpfen. Tatsächlich haben mehrere Studien bereits ein merkwürdiges Phänomen auf Wolkenebene hervorgehoben; Sie neigen zu absorbieren mehr Licht, als nach den Gesetzen der Physik möglich sein sollte (siehe dieses Forschungspapier). Die mit dem photomolekularen Effekt verbundene zusätzliche Verdunstung könnte endlich zur Erklärung dieser Inkonsistenz beitragen, die unter Fachleuten für lebhafte Debatten sorgt.
Diese Arbeit könnte auch über die Grundlagenwissenschaft hinausgehen interessant für die Branche. Tatsächlich ist die Verdunstung Teil des Produktionsprozesses vieler Materialien und Substanzen, die getrocknet werden müssen. Dies ist jedoch in der Regel ein sehr energieintensiver Prozess. „Die Trocknung macht 20 % der gesamten in der Industrie verbrauchten Energie aus“, erklären die Autoren. Darüber hinaus sind einige Produkte sehr hitzeempfindlich, was den Betrieb tendenziell erschwert. In diesem Zusammenhang könnte ein lichtbasiertes Trocknungssystem die Kosten im Vergleich zu herkömmlichen Heiz- und Luftzirkulationssystemen massiv senken.
Ein vielversprechendes neues Forschungsgebiet
Die Forscher bestehen darauf, dass dies alles derzeit noch Theorie ist. Da der Prozess noch sehr schlecht dokumentiert ist, wird eine Durchführung erforderlich sein eine ganze Reihe ergänzender Arbeiten, um die Besonderheiten des photomolekularen Effekts zu verstehen. Aber der Rest der wissenschaftlichen Gemeinschaft scheint sehr beeindruckt zu sein, sowohl von der Genauigkeit dieser Studie als auch von ihren Implikationen.
„Diese Beobachtungen beschreiben einen neuen physikalischen Mechanismus, der unser Verständnis der Verdunstungskinetik grundlegend verändert“, sagt Shannon Yee, Professorin für Maschinenbau an der Georgia Tech University, die nicht an der Studie beteiligt war. „Wer hätte gedacht, dass es noch mehr über einen so banalen Prozess wie die Verdunstung zu lernen gibt? ?“
Es wird daher sehr interessant sein, die Auswirkungen dieser Studie zu verfolgen und zu sehen, wie der photomolekulare Effekt in der Industrie und in der Grundlagenforschung genutzt wird.
Der Forschungsartikel ist hier verfügbar.
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