Физиците внезапно откриха, че светлината може да изпари водата, без предаване на топлина

Докато космическите телескопи надничат в произхода на Вселената, а лабораториите възпроизвеждат феномените на квантовия свят, се оказва, че сме пропуснали нещо важно под носа си. Неочакван експеримент показа, че светлината е в състояние да изпари водата, без да пренася топлина и го прави по-ефективно от нагряването. Това може да доведе до по-добри инсталации за обезсоляване на водата и дори за промяна на климатичните модели на Земята.

Както всеки знае от училище, изпарението на водата се случва, когато молекулите близо до повърхността на течността абсорбират достатъчно енергия, за да излязат във въздуха в газообразна форма —- под формата на водна пара. Учени от Масачузетския технологичен институт (MIT) са открили, че не е задължително топлината да се използва за изпаряване. Можете да изпарите вода с помощта на светлина и дори по-ефективно, отколкото с помощта на топлина.

Проучването на този въпрос беше подтикнато от множество наблюдения през последните години, когато експерименти с хидрогелове показаха несъответствие между скоростта на изпарение и топлината, използвана за това. На практика изпарението става значително по-интензивно от допустимото нагряване. С физическия процес явно нещо не е така и учените са се заинтересували за скритите механизми на този феномен, задълбочено проучван в продължение на стотици години.

Основните експерименти показват, че причината за интензивното изпарение на водата може да е светлината, а не топлината (енергията), която пренася. В този случай водата е прозрачна за видимата светлина, което противоречи на наблюдавания резултат. За да проверят хипотезата, учените поставиха проба от хидрогела в контейнер на кантар и последователно го облъчиха със светлина с различни дължини на вълната, по време на което измериха количеството маса, която се губи с течение на времето, поради изпаряване. Пробата беше внимателно изолирана от оборудване и лампи, за да се предотврати пренос на топлинна енергия към водата.

Измерванията са показали, че водата действително се изпарява със скорост, значително надвишаваща допустимата топлинна граница. Скоростта на изпарение също зависи от дължината на вълната на светлината, достигайки максимум при дължина, съответстваща на зелената светлина. Тази цветова зависимост допълнително потвърждава, че скоростта на изпарение не е свързана с преноса на топлина.

Същият експеримент се повтаря на тъмно с пробата от хидрогел, нагрята с електричество. Силата и мощността на тока в крайна сметка бяха същите, както когато пробата беше облъчена със светлина. Този път познатата ни физика не се провали — обемът на изпарената вода остана в границите, познати ни от училището по термодинамика и беше значително по-нисък от този, който се изпари само при облъчване със светлина.

Авторите на изследването нарекоха новото явление „фотомолекулен ефект“ и предположиха, че фотоните на светлината могат, така да се каже, да разделят клъстерите от водни молекули на повърхността на течността. Нещо подобно вероятно се случва и в природата, въпреки че физиците никога не са подозирали подобен процес. Следователно нашите климатични модели може погрешно да оценяват въздействието на слънчевата светлина върху океаните и облачната покривка. Скоростта на изпарение може да е по-висока и това ще има своите последствия.

Учените, които доказаха ефекта, получиха грант за по-нататъшни изследвания на феномена. Има и практически перспективи. Например, по този начин е възможно да се създадат по-енергийно ефективни инсталации за обезсоляване от вече наличните, базирани на термично изпаряване.