Sankt Peterburgo mokslininkai sukūrė matematinį procesų, vykstančių sklindant šilumai ultraapvaliuose kristaluose, modelį. Tai atvers galimybes kurti naujas medžiagas, naudojamas įvairių įrenginių aušinimo kontūrose. Apie tai jie kalbėjo žurnalo „Continuum Mechanics“ir „Termodinamika“puslapiuose. Tyrimą rėmė Rusijos mokslo fondo (RSF) dotacija.
Medžiagos gali laidoti šilumą dėl savo vidinės struktūros. Bet kurios kietosios medžiagos atomai, esant ne absoliučiai nulinei temperatūrai, vibruoja apie savo pusiausvyros padėtį. Toks judėjimas gali sklisti erdvėje iš vieno atomo į kitą. Siekdami patogiau apibūdinti vibracinės energijos perdavimo procesus, mokslininkai pristatė naują kvazipartiklį (dalelę, kuri vienu metu gali būti laikoma banga) - fononą.
- „Salik.biz“
Tam tikslui panaudotos fononų savybės kietojo kūno fizikoje. Kylant temperatūrai, atominių virpesių amplitudė kristalų gardelėje didėja. Šildomi atomai išskiria daugiau fononų. Fononai perkeliami per kristalinę gardelę, o atomai visoje medžiagoje pradeda vibruoti didesne amplitude. Kristalinės gardelės atomų virpesių amplitudės padidėjimas atitinka kietosios medžiagos temperatūros padidėjimą.
Esamoje šilumos perdavimo teorijoje teigiama, kad fononai perduoda šiluminę energiją kietosiose medžiagose - pagal analogiją su tuo, kaip fotonai perduoda šviesos energiją. Taip pat ši teorija atsižvelgia į tai, kad dėl susidūrimų su kristalinės gardelės defektais fononai gali būti išsibarstę. Sklaidydamasis fononas gali pakeisti judesio kryptį, taip apsunkindamas šilumos perdavimą. Ši teorija gerai apibūdina šilumos sklidimą kūnuose, kuriuose yra daug trūkumų, tačiau ji neveikia labai aukštų kristalų atveju (tikrieji kristalai, kurių defektų skaičius yra minimalus).
Mokslininkai iš Petro Didžiojo Šv. Ši teorija kristalus be defektų laiko dalelių, sujungtų jungtimis, kurios gali ištempti ir susitraukti, rinkiniu. Atlikdami skaičiavimus, naudodamiesi šiuo modeliu, mokslininkai išsiaiškino, kad šilumos perdavimas ypatingai švariuose kristaluose yra susijęs su laisvu fononų sklidimu. Esamos šilumos perdavimo teorijos šiuo atveju netaikomos.
Šiluminio trikdžio sklidimas skersinėje vibraciją atliekančioje kvadratinėje gardelėje / Anton Krivtsov / rodiklis.ru
Tyrėjai dar nėra baigę kurti balistinio šilumos laidumo teorijos, o savo dabartiniame darbe aprašė matematinį aparatą, kuriuo grindžiamas. Pasitelkę super gryno kristalo pavyzdį, mokslininkai parodė, kad jų sukurtas modelis gerai apibūdina tariamas fizinės sistemos savybes, tačiau kai kuriais aspektais prieštarauja klasikinei teorijai. Jei mokslininkams pavyks parodyti, kad jų sukurtas matematinis aparatas gali geriau nei dabartinis modelis apibūdinti tikrovėje stebimą poveikį, tada ateityje jis galės pakeisti klasikinę teoriją. SPbPU tyrėjai kartu su kolegomis iš Berlyno technikos universiteto jau ruošiasi eksperimentui, kurio metu bus tikrinamos naujos teorijos prognozės.
„Netrukus mes sukursime balistinio šilumos sklidimo ypač švariose medžiagose teoriją. Teorija leis sukurti efektyvius šilumos šalinimo metodus, naudojant unikalias ypač grynų medžiagų šilumines savybes, kurias jau įmanoma gauti naudojant šiuolaikines technologijas. Tai atvers naujų medžiagų, skirtų įvairių įrenginių aušinimo kontūrams, kūrimo perspektyvas “, - sako vienas iš tyrimo autorių, Rusijos mokslų akademijos narys korespondentas, fizinių ir matematikos mokslų daktaras, profesorius Antonas Krivcovas.
Reklaminis vaizdo įrašas: