Prevajanje za vroče

V reviji Physical Review Letters  ameriško-nemška raziskovalna skupina poroča o novi metodi merjenja toplotne prevodnosti snovi pri temperaturah nad dva tisoč stopinj Celzija. 

Nova metoda temelji na laserskem segrevanju površine in opazovanju izsevanega sevanja. Demonstrirali so jo na vzorcu volframa, ki ima eno najvišjih tališč med kovinami. Centimeter velik vzorec so vgradili v komoro, v katero so načrpali argon s pritiskom ena in pol Zemljine atmosfere. Nato so na površino vzorca s premerom tri milimetre skozi safirno okence usmerili dvokilovatni laser. Volfram se je zaradi laserja hitro segrel in celo začel taliti. Poleg grelnega laserja so namestili temperaturni senzor pirográm, ki je ob merjenju sevanja s površine določil temperaturo najbolj vročega dela vzorca.

Najprej so raziskovalci in raziskovalke umerili pirográm z uporabo znane vrednosti tališča volframa pri okoli 3500 stopinjah Celzija. Nato so poskus ponavljali ob spreminjanju moči grelnega laserja. Večja moč laserja je pomenila večje segrevanje vzorca na točki, kamor je svetil grelni laser. V eksperimentu gretje vzorca in lasersko moč povezuje količina odvajane toplote, sorazmernost torej določa toplotna prevodnost.

Z opisano tehniko so izmerili toplotno prevodnost tako trdnega kot tekočega volframa med 2000 in 4000 stopinjami Celzija. Opazili so, da je tudi v tekočem stanju toplotna prevodnost sorazmerna električni prevodnosti. To pomeni potrditev empiričnega zakona Wiedemanna in Franza iz 19. stoletja pri do zdaj najvišji temperaturi. Veljavnost zakona v primeru trdne kovine pripisujejo močno zmanjšani toplotni prevodnosti nihanja atomske kristalne rešetke v kovini, kar so preverili z izračuni molekulske dinamike. Za transport toplote so v tem primeru tako odgovorni predvsem elektroni.

Pomembno je izpostaviti, da nova metoda neposredno meri toplotno prevodnost, in ne zgolj difuzije toplote, kot je običajno pri nekaterih drugih pristopih z laserskim gretjem. Poleg tega za meritev ne potrebujemo električnih priključkov. Skupina izpostavlja pomembnost karakterizacije toplotne prevodnosti spojin za uporabo v hladilnih napravah za zelo vroče komponente, denimo v jedrskih reaktorjih.

slika: https://deepai.org/machine-learning-model/text2img