Era una de las "piezas faltantes" en el rompecabezas de la Física Teórica de los Materiales y hoy un grupo de investigadores de SISSA finalmente lo ha encontrado: por primera vez, el fenómeno de la conducción térmica ha sido explicado por las leyes fundamentales del cuantomecánica. El estudio, recién publicado en Física de la naturaleza , permitirá a los científicos simular este fenómeno numéricamente en condiciones extremas de temperatura y presión, como las existentes dentro de los planetas, o para materiales, como vidrios o líquidos covalentes, a los que no se aplican los métodos disponibles actualmente.
Es un poco como la diferencia entre preparar un plato siguiendo una receta que detalla los ingredientes y el procedimiento, o tratar de hacerlo simplemente mirando fotos del plato: en muchos casos, también se pueden obtener buenos resultados con el segundo método, pero claramente, conocer la receta no solo garantiza un resultado exitoso, sino que también nos permite idear variantes del plato, utilizando ingredientes diferentes y quizás incluso más sabrosos. Esto también ocurre en el mundo de la física, donde en algunos casos la "receta" es completamente insuficiente yuno tiene que conformarse con métodos aproximados "fotos del plato". Este es, o más bien fue, el caso de la conducción térmica, un fenómeno muy común en los materiales. Aunque bien conocido y ampliamente estudiado, hasta ahora nunca ha sidodada una descripción teórica teniendo en cuenta tanto el comportamiento de los átomos, regulado por las leyes de la mecánica clásica, como el comportamiento de los electrones, que en su lugar sigue las leyes de la mecánica cuántica.
"Por alguna razón, a pesar de que el fenómeno es muy común, esta descripción simplemente no ha estado disponible hasta ahora", explica Stefano Baroni, profesor de SISSA y autor del estudio. "Esto ha impedido que los científicos apliquen poderosos métodos de simulación numérica:que se utilizan con éxito para una gran variedad de materiales, propiedades y procesos, para el transporte térmico en muchos sistemas tecnológicamente y científicamente muy interesantes ".
"Para predecir el comportamiento térmico de los materiales, hasta ahora hemos tenido que usar 'métodos aproximados', que se han aplicado con éxito a muchos de estos problemas tecnológicos", continúa Baroni. "Sin embargo, estos métodos sufren algunas limitaciones severascuando se trata de aplicarlos a vidrios y líquidos covalentes o a materiales en condiciones extremas de presión y temperatura, como los que existen dentro de los planetas ". De hecho, estas condiciones, explica el científico, son tan extremas que no pueden reproducirse enel laboratorio, y la simulación numérica es la única posibilidad para comprender los mecanismos de disipación de calor de los planetas, un elemento esencial para aprender sobre su composición y estructura interna.
"Para idear un método general para simular procesos de transporte térmico, los científicos carecían de un marco teórico, que nuestro estudio finalmente ha proporcionado", explica Baroni. "Nuestro método es preciso y general, pero requiere recursos computacionales masivos". Ulises,el sistema de supercomputación recientemente adquirido por SISSA será valioso a este respecto. Para aplicaciones más ambiciosas tendremos que usar las supercomputadoras disponibles en los grandes centros de computación como CINECA en Bolonia y técnicas sofisticadas de software, como las que se estudian enEl Centro Europeo de Excelencia llamado MaX "Materiales en eXascale", coordinado por el CNR y presentando a SISSA como uno de sus principales socios.
conducción térmica
¿Alguna vez se ha preguntado por qué, cuando deja su automóvil al sol, se quema si toca la carrocería del automóvil, pero no si toca los asientos? Los dos materiales que componen la carrocería y los asientos están a la misma temperatura,y, sin embargo, cuando los tocas, dan sensaciones completamente diferentes. "La propiedad que cambia entre el metal y la tela es la conducción térmica, el equivalente térmico de la conducción eléctrica", explica Baroni. "La carrocería de metal tiene una conductividad mucho mayor que la tela, por lo quees mucho más eficiente al transmitir su calor a los cuerpos que entran en contacto con él nuestra mano "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Sissa Medialab . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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