과학자들은 연필 내부에서 만들어지는 흑연 내부에서 마법 같은 일이 일어나는 것을 보았습니다. 열은 소리의 속도로 파도로 움직였습니다.
그것은 몇 가지 이유에서 꽤 열광적입니다. 열은 파도처럼 움직이지 않아야합니다. 일반적으로 모든 방향으로 흔들리는 분자에서 확산되고 튀어 나옵니다. 열이 파도처럼 진행될 수 있다면, 열이 한 방향으로 움직일 수 있으며, 물체에서 한 번에 일종의 재핑 에너지를 얻을 수 있습니다. 언젠가 흑연에서 이러한 열전달 거동은 마이크로 전자를 냉각시키는 데 사용될 수 있습니다. 즉, 그들이 적당한 온도에서 작동하도록 할 수 있다면 (화씨 240도 또는 섭씨 151 도의 뼈 냉각 온도에서 일하고 있었다).
MIT 화학자 인 키이스 넬슨 (Keith Nelson) 연구원은“이것이 일부 물질에서 실내 온도에 도달하면 일부 응용 분야에 대한 전망이있을 것”이라고 말했다.
열 열차에 타십시오
연구원들은 가열 된 주전자를 사용하여 "정상적인"열 이동을 설명했습니다.-버너를 끈 후, 열 에너지가 공기 분자에 충돌하여 서로 충돌하여 프로세스에서 열을 전달합니다. 이 분자들은 모든 방향으로 튀어 오릅니다. 이 분자 중 일부는 주전자에 바로 뿌려집니다. 시간이 지남에 따라 주전자 물과 주변 환경은 동일한 온도에서 평형에 도달합니다.
고체에서는 원자가 제자리에 고정되어 있기 때문에 분자가 움직이지 않습니다. MIT의 기계 엔지니어 인 갱첸 (Gang Chen)과 함께 Live Science와 이야기 한 넬슨은“이동할 수있는 것은 음파”라고 말했다.
오히려, 히트 폰은 포논 또는 소량의 소리 진동으로 홉핑된다; 포논은 바운스 및 흩어질 수 있으며 케틀에서 나오는 공기 분자와 같은 열을 전달합니다.
이상한 열파
그것은이 새로운 실험에서 일어난 일이 아닙니다.
Chen의 이전 이론 연구는 흑연이나 그래 핀을 통과 할 때 열이 파도처럼 진행될 수 있다고 예측했습니다. 이를 테스트하기 위해 MIT 연구원은 흑연 표면에 두 개의 레이저 빔을 통과시켜 빛의 평행선이 있고 빛이없는 간섭 패턴을 만들었습니다. 이로 인해 흑연 표면에 동일한 패턴의 가열 영역과 가열되지 않은 영역이 생성되었습니다. 그런 다음, 그들은 흑연에 부딪히면 무슨 일이 일어 났는지 확인하기 위해 다른 레이저 빔을 셋업에 겨냥했습니다.
"일반적으로 온도 패턴이 사라질 때까지 열은 가열 된 영역에서 가열되지 않은 영역으로 점차 확산 될 것"이라고 Nelson은 말했다. 대신에, 열은 가열 된 영역에서 가열되지 않은 영역으로 흐르고 온도가 어느 곳에서나 균일 한 후에도 계속 흐르기 때문에 가열되지 않은 영역은 원래 가열 된 영역보다 실제로 더 따뜻했습니다. " 한편, 가열 된 영역은 가열되지 않은 영역보다 훨씬 차가워졌습니다. 그리고 그것은 소리가 보통 흑연으로 이동하는 것과 거의 같은 속도로 놀랍도록 빠르게 일어났습니다.
넬슨은 "라이브 사이언스 (Science Science)"는 "산란없이 파도 같은 방식으로 움직이기 때문에 열이 훨씬 더 빨리 흐르고 있었다.
과학자들은 흑연에서 발생하는 "두 번째 소리"라고 부르는이 이상한 행동을 어떻게 얻었습니까?
넬슨은“기본적인 관점에서 이것은 일반적인 행동이 아니다. 두 번째 소리는 온도에 관계없이 소수의 물질에서만 측정 된 것이다. .
그들이 생각하는 바는 다음과 같습니다. 흑연 또는 3D 재료는 얇은 탄소 층이 다른 탄소 층을 거의 알지 못하는 층상 구조를 가지고 있기 때문에 2D 재료 인 그래 핀처럼 행동합니다. 넬슨이 이것을 "낮은 차원"이라고 부르는 것 때문에, 흑연의 한 층에서 열을 운반하는 포논은 다른 층에서 튀어 나올 가능성이 훨씬 적습니다. 또한, 흑연으로 형성 될 수있는 포논은 격자에서 원자로 충돌 한 후 후방 산란 (backscatter)으로 알려진 현상을 반사하기에 너무 큰 파장을 갖는다. 이 작은 사운드 패킷은 약간 흩어 지지만 대부분 한 방향으로 이동하므로 평균적으로 훨씬 먼 거리를 훨씬 빠르게 이동할 수 있습니다.
편집자 주 :이 기사는 실험의 일부 방법과 열이 이전에 언급 한 것처럼 공기가 아닌 흑연을 통해 이동하는 것과 같은 속도로 열이 이동했다는 사실을 명확히하기 위해 업데이트되었습니다.
