Предварительное охлаждение определенных материалов — самый быстрый способ их нагрева

Москва, 11:14, 05 Мар 2020, редакция FTimes.ru, автор Сергей Кузнецов.

Какой самый быстрый способ нагреть систему, соединенную с печью? Очевидный ответ состоит в том, чтобы использовать максимально возможно высокую температуру.

Согласно новому теоретическому исследованию, охлаждение, как первый шаг перед нагреванием, возможно, самый быстрый способ прогреть определенные материалы. Такое предварительное охлаждение может в некоторых случаях привести к экспоненциально более быстрому нагреву.

Концепция похожа на эффект Мпембы, процесс, в котором горячая вода может замерзнуть быстрее, чем холодная вода.

Ученые, несмотря ни на что, не соглашаются с объяснениями, почему происходит эффект Мпембы, и не очень легко надежно повторить этот эффект.

Физик Андрес Сантос из Университета Экстремадура в Бадахосе, Испания, сказал: «Новое исследование – это способ осмысления таких эффектов, как эффект Мпембы, с другой точки зрения».

Этот потенциал для более быстрого нагрева не относится к кусочкам пиццы с колбасой, а к конкретным упрощенным теоретическим моделям материалов, которые ученые используют для расчетов, помогающим им понять реальные материалы.

Физики Амит Гал и Орен Раз из Научного института Вейцмана в Реховоте, Израиль, рассмотрели теоретическую структуру под названием модель Изинга, двумерную сетку атомов, которые имеют магнитные полюса, которые указывают вверх или вниз. В частности, они рассмотрели версию модели Изинга, в которой соседние атомы имели тенденцию направлять свои полюса в противоположных направлениях, поведение, которое называется антиферромагнитным. В этом контексте нагрев может происходить быстрее после фазы предварительного охлаждения.

Гал сказал: «Для того, чтобы новый эффект имел место, должно быть какое-то важное свойство системы, кроме равномерной температуры, на которую влияет предварительное охлаждение. Иначе не было бы никакой разницы между системой, которая была предварительно охлаждена и подогрета, и системой, которая такого не имела. Температура не может рассказать всю историю».

Когда речь заходит об антиферромагнитной модели Изинга, ученые учитывают общую намагниченность, создаваемую всеми атомами, а также количество магнитов, направленных в противоположную сторону от их соседей. Охлаждение материала может изменить соотношение между этими двумя свойствами таким образом, чтобы нагрев проходил быстрее.

Физик Адольфо дель Кампо из Международного Физического Центра Доности в Испании сказал: «Перспективы потрясающие. Ученые искали способы ускорить нагрев в крошечных машинах, которые следуют правилам квантовой механики и могут обойти некоторые ограничения стандартных машин. Если бы эффект можно было использовать в таких мельчайших машинах, это было бы весьма удобно».

Исследование опубликовано в Physical Review Letters.