Група вчених з Массачусетського технологічного інституту в новому дослідженні показала, що для випаровування води наявність тепла зовсім не обов’язково. Є інший спосіб впоратися з таким завданням, причому навіть більш ефективно, ніж за допомогою нагріву.
Клуби світлого конденсату на склі – це випаровування води з гідрогелю під дією зеленого світла без нагрівання / © Yaodong Tu, MIT
Зі шкільної лави відомо, що випаровування речовини (перехід з рідкого стану в газоподібний) відбувається при його нагріванні, при температурі нижче температури кипіння. Кінетична енергія кожної молекули речовини збільшується настільки, що вони можуть подолати потенційну енергію тяжіння сусідніх молекул і вилетіти з рідини, простіше кажучи — перетворитися в пар. Як правило, в таких випадках джерелом енергії служить тепло, яке в земних умовах приноситься в основному сонячним світлом.
Останнім часом деякі дослідники, експериментуючи зі схожим на губку матеріалом, відомим як гідрогель, зіткнулися з деякими дивацтвами. Зокрема, вони помітили, що вода, яка містилася в гідрогелі, «в стані спокою» випаровувалася в два-три рази швидше, ніж коли на неї впливали тепловою енергією.
Щоб дізнатися, в чому може бути причина такого дивного випаровування, команда вчених з Массачусетського технологічного інституту (США) під керівництвом Яодонга Ту провела серію моделювань і експериментів з гідрогелем, а також повторно вивчила деякі результати досліджень різних наукових груп. Вчені прийшли до несподіваного відкриття. Виявилося, на межі розділу «повітря — вода» світло може безпосередньо викликати випаровування без нагрівання. Результати роботи опубліковані в журналі Proceedings of the National Academy of Sciences.
Яодонг Ту та його команда розмістили на шкалі контейнер гідрогелю, наповнений водою, і послідовно піддавали його штучному світлу різної довжини хвилі. Після чого відстежили температуру над поверхнею гідрогелю і виміряли масу, яку він втратив в результаті випаровування. Світлові лампи вчені попередньо закрили спеціальними екранами, щоб виключити вплив тепла на систему.
- Нова технологія акумуляції енергії на звичайній воді
- Вчені: В кишечнику виявлені бактерії, що маніпулюють мозком
- Перший у своєму роді матеріал витримує “снаряди”, які летять зі швидкістю звуку
Дослідники виявили, що вода випаровується набагато швидше, ніж під впливом тепла. Швидкість випаровування змінювалася від довжини хвилі світла і досягла максимуму при довжині хвилі зеленого світла (від 500 до 565 нанометрів). Автори наукової роботи відзначили, що ця залежність від кольору не має ніякого відношення до тепла, тому фактично підтверджує ідею про те, що випаровування води пов’язане саме зі світлом, а не з теплом.
Потім американські вчені відтворили цей самий експеримент у темряві, використовуючи ті самі матеріали та установку, але використовуючи електрику та без світла. У новому досліді швидкість випаровування води залишалася в межах “теплової норми” і була набагато нижчою від тієї, що спостерігалася під впливом світла.
Автори дослідження впевнені, що хоча їх відкриття було зроблено в лабораторії, цей ефект буде спостерігатися і в навколишньому світі, наприклад на поверхні моря, краплях в хмарах або тумані. Однак у природі тепло, ймовірно, все одно буде виконувати основну частину роботи з випаровування речовини.
Команда вчених назвала нове явище “фотомолекулярним ефектом” і зараз працює над тим, щоб знайти спосіб його застосування в реальному житті. Зокрема, вони планують використовувати це явище для підвищення ефективності систем опріснення, що працюють на сонячній енергії, а також вивчити його вплив на зміну клімату.