Un estudio innovador realizado por investigadores de la Universidad Nacional de Singapur NUS ha revelado un método de uso de las teorías de la onda mecánica cuántica para 'bloquear' el calor en una posición fija.
Por lo general, una fuente de calor se difunde a través de un material conductor hasta que se disipa, pero el profesor asociado Cheng-Wei Qiu del Departamento de Ingeniería Eléctrica e Informática de la Facultad de Ingeniería de la NUS y su equipo utilizaron el principio de "anti-paridad-simetría de tiempo APT 'para mostrar que es posible limitar el calor a una pequeña región de un anillo de metal sin que se extienda con el tiempo.
En el futuro, este fenómeno recientemente demostrado podría usarse para controlar la difusión del calor de formas sofisticadas y optimizar la eficacia en sistemas que necesitan enfriamiento. Los resultados del estudio se publicaron el 12 de abril de 2019 en la revista científica ciencia .
Congelación de la propagación del calor
"Imagine una gota de tinta en una corriente que fluye. Después de un corto período de tiempo, verá que la tinta se extiende y fluye en la dirección de la corriente. Ahora imagine si esa gota de tinta permaneció del mismo tamaño y en la misma posición queel agua fluyó a su alrededor. Efectivamente, eso es lo que hemos logrado con la propagación del calor en nuestro experimento ", explicó Assoc Prof Qiu.
La configuración experimental de este estudio consiste en dos anillos metálicos que giran en sentido opuesto, emparedados con una fina capa de grasa. El movimiento giratorio de los anillos actúa como el flujo de la corriente en el escenario. Cuando se inyecta calor en un punto delsistema, la energía térmica puede permanecer en posición porque un anillo giratorio está 'acoplado' al anillo contrarrotatorio por los principios de simetría APT.
Las condiciones de este experimento son bastante precisas para que tenga éxito. "Desde la teoría de la mecánica cuántica, puedes calcular la velocidad necesaria para los anillos. Demasiado lento o demasiado rápido, y romperás la condición", dijo AssocProf. Qiu. Cuando se rompen las condiciones, el sistema actúa de manera convencional, y el calor se lleva adelante a medida que el anillo gira.
Contrarrestando la tendencia
La aplicación de los principios de la simetría APT a los sistemas que involucran calor es una desviación completa de la escuela de pensamiento actual en esta área. "Es drásticamente diferente de los temas de investigación actualmente populares. En este campo, muchos grupos están trabajando en tiempo paritario PT configuraciones de simetría, y casi todas están estudiando la mecánica de las olas. Esta es la primera vez que alguien sale del dominio de las ondas y muestra que la simetría APT es aplicable a sistemas basados en difusión como el calor ", afirmó Assoc ProfQiu.
Esta demostración de un área fija de calor dentro del metal en movimiento parece contradictoria, como admite el Profesor Asociado Qiu: "Antes de este estudio, la gente realmente pensaba que era un área prohibida, pero podemos explicarlo todo. No viola ningunaleyes de la física ". En realidad, la razón por la cual el profesor Assoc Qiu y su equipo pudieron controlar el calor fue introduciendo un grado adicional de libertad en su ingeniosa configuración experimental: la rotación de los anillos
"Para que la simetría APT se vuelva significativa en un sistema, debe haber algún elemento de pérdida y ganancia dentro de la configuración, y deben estar equilibrados. En un sistema de difusión térmica tradicional, la simetría APT no es consecuente porque no existegrado de libertad de ganancia o pérdida. Por lo tanto, la rotación mecánica es el jugador clave aquí ", explicó.
Aplicaciones potenciales y próximos pasos
Muchas tecnologías modernas requieren la eliminación eficiente del calor. Las configuraciones mecánicas como los motores, así como los componentes computacionales y eléctricos deben enfriarse de manera efectiva. Actualmente, la mayoría de las tecnologías se enfrían con un flujo constante de líquido para eliminar el calor por convección.
"Este experimento muestra que debemos ser más cuidadosos al determinar la velocidad de flujo y el diseño de estos sistemas", afirmó el profesor Assoc Qiu. Si bien su configuración experimental contenía anillos metálicos contrarrotativos, el mismo principio podría aplicarse a otras configuraciones en"La percepción es que la circulación eliminará el calor simplemente, pero no siempre es necesariamente tan directo", agregó.
A continuación, el equipo está buscando aumentar el tamaño de su experimento. "En este momento nuestra configuración está en el rango de centímetros, por lo que queremos escalarla al tamaño de motores reales o sistemas de engranajes. Los sistemas de engranajes a menudo tienenmecanismos similares de contrarrotación que generarán calor, por lo que queremos aplicar la teoría para disipar este calor de manera más eficiente ", dijo el profesor asociado Qiu.
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Materiales proporcionado por Universidad Nacional de Singapur . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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