Generale

Najbrži grijač vode na svijetu doseže 100 000 stupnjeva za 0 000 000 000 000 075 sekundi


Znanstvenici su nedavno razvili najbrži svjetski bojler s dovoljno snage da zagrijavaju vodu sa sobne temperature na 100.000 stepeni Celzijusa za manje od a desetina pikosekunde, ili milioniti deo milionitog dela sekunde.

U novoj studijiIzuzetno brzo termičko zagrijavanje vode pokrenuto rendgenskim laserom sa slobodnim elektronima, istraživači su minirali molekule vode moćnim rendgenskim zrakama kako bi stvorili egzotično stanje vode - o kojem naučnici žele znati više. Njihovo istraživanje, provedeno u Nacionalnoj laboratoriji za ubrzavanje SLAC-a pri Odjelu za energetiku, pomaže naučnicima da bolje razumiju neobične karakteristike koje se uočavaju s vodom na temperaturama daleko iznad njene tačke u plazmi.

Kisik (crveni) i vodonik (bijeli) prikazani su u simulaciji nekoliko djelića sekunde u eksperimentu. Već nakon samo 69 femtosekundi eksperimenta, voda se gotovo u cijelosti podijelila na svoje sub-čestice.

Konvencionalni grijači i mikrovalne pećnice

Štednjaci i peći tradicionalni su način grijanja koji se obično koristi. Hiljadama godina ljudi zagrijavaju predmete jednostavnim prijenosom topline jednog predmeta na drugi. Danas je mikrovalno pečenje moderniziralo postupak posebno zanimljivom tehnikom - zračenje - konkretno, mikrotalasno zračenje.

Mikrovalne pećnice su oblik elektromagnetsko zračenje obično se koristi u radiju, televiziji i mobilnim uređajima, među mnogim drugim. Uprkos alarmantnom imenu, mikrotalasi su nejonizujući, što znači da nisu sposobni da oduzmu atome svojih elektrona.

Unutar mikrotalasne pećnice valovi rade na frekvenciji koju molekuli vode lako apsorbiraju. Pojedinačni molekuli apsorbiraju valove, uzrokujući da vibriraju. Dobivena energija se zatim apsorbira kroz molekule koji okružuju ciljani vibrirajući molekul. Tada se energija raspoređuje po objektu, što uzrokuje porast njegove ukupne temperature.

Kako radi najbrži grijač vode na svijetu

Uprkos relativno minimalnom napretku u tehnologijama grijanja od mikrovalne pećnice, nedavni napredak sugerira potpuno novi pristup grijanju vode. Iako se pristup oslanja na tehnologije koje su ranije bile poznate nauci, on istražuje potpuno novu metodu zagrijavanja vode znatno brže od bilo čega ranije.

Međutim, sistem se oslanja na mehanizam koji isprva nalikuje mehanizmu tradicionalne mikrovalne pećnice. U početku se elektromagnetski valovi (u ovom slučaju rendgenski zraci) ispaljuju prema vodenom tijelu koje lako apsorbira energiju.

"To sigurno nije uobičajen način da prokuhate vodu", rekao je vodeći istraživač Caleman iz Centra za nauku o laserskim elektronima (CFEL) na DESY i Univerzitetu Uppsala (Švedska). "Uobičajeno, kada zagrijavate vodu, molekuli će se samo potresati sve jače i jače."

Nije običan sistem

Ono što novu tehniku ​​razlikuje je način na koji se voda nastavlja zagrijavati. Kako temperatura brzo raste, elektroni u molekulima postaju previše uzbuđeni da bi se jezgra mogla zadržati. U određenom trenutku, elektroni se oslobađaju iz atoma, ostavljajući za sobom par vodika i pojedinačne čestice kiseonika kao pozitivne naboje.

Proces se nasumično ponavlja u čitavom vodenom tijelu što uzrokuje brzo nakupljanje pozitivnog naboja. Pozitivni naboji u pregrejanoj vodi nasilno se odbijaju, tjerajući jedni druge u suprotnim smjerovima. Rezultat je masivno oslobađanje energije u obliku toplote.

"Naše grijanje je bitno drugačije", potvrdio je Caleman. „Energetski X-zraci izbijaju elektrone iz molekula vode, uništavajući tako ravnotežu električnih naboja. Dakle, odjednom atomi osjete snažnu odbojnu silu i počnu se silovito kretati. "

Za manje od 75 milionitih delova milijarde sekunde ili 0,000 000 000 000 075 sekundi, voda mijenja fazu iz tečnosti u plazmu. Međutim, promjena je toliko brza da voda nema šanse da prvo proključa u pari kao kod tradicionalnih tehnika ključanja.

"Iako se voda pretvara iz tečnosti u plazmu, i dalje ostaje na gustoći tečne vode, jer se atomi još nisu stigli znatno pomaknuti", rekao je koautor Olof Jönsson sa Univerziteta Uppsala. „Ima slične karakteristike kao neke plazme na suncu i plinski gigant Jupiter, ali ima manju gustinu. U međuvremenu, vruće je od Zemljine jezgre. "

Važnost održavanja vrućine

Kroz svoja istraživanja naučnici se nadaju da će dobiti temeljitije razumijevanje načina na koji voda komunicira sa svijetom oko sebe. Iako je to posebno nišno područje proučavanja, ono se temelji na supstanci bez koje ne možemo postojati.

"Voda je zaista neobična tečnost, i da nije bilo njenih osobina, mnoge stvari na Zemlji ne bi bile takve kakve jesu, pogotovo život."

"Studija nam daje bolje razumijevanje onoga što radimo na različitim uzorcima", objasnio je koautor Nicusor Timneanu sa Univerziteta u Uppsali. "Njegova zapažanja je takođe važno uzeti u obzir za razvoj tehnika za prikazivanje pojedinačnih molekula ili drugih sitnih čestica rendgenskim laserima."

Iako je česta, voda je neophodna za život. Svako znanje o tako vitalnom uzdržavanju moglo bi se jednog dana pokazati neprocjenjivim.

„Voda je zaista neobična tečnost, i da nije bilo njenih osobina, mnoge stvari na Zemlji ne bi bile takve kakve jesu, pogotovo život“, naglasio je Jönsson.


Pogledajte video: Grejači kod automobila i provera ispravnosti grejača (Novembar 2021).