Para peneliti menemukan pengecualian terhadap hukum ilmiah berusia 200 tahun yang mengatur perpindahan panas

Sebuah tim peneliti yang dipimpin oleh Universitas Massachusetts Amherst baru-baru ini menemukan pengecualian terhadap hukum berusia 200 tahun, yang dikenal sebagai Hukum Fourier, yang mengatur bagaimana panas menyebar melalui bahan padat.

Meskipun para ilmuwan sebelumnya telah menunjukkan bahwa ada pengecualian terhadap hukum pada skala nano, penelitian tersebut dipublikasikan di jurnal tersebut Prosiding Akademi Ilmu Pengetahuan Nasionaladalah orang pertama yang menunjukkan bahwa hukum tersebut tidak selalu berlaku pada tingkat makro, dan bahwa radiasi elektromagnetik murni juga berlaku pada beberapa bahan umum seperti plastik dan kaca.

kata Steve Granick, Robert K. “Penelitian ini dimulai dengan pertanyaan sederhana,” kata Barrett Profesor Sains dan Teknik Polimer di Universitas Massachusetts Amherst dan penulis utama makalah tersebut. “Bagaimana jika panas dapat disalurkan melalui jalur lain, bukan hanya jalur yang biasa digunakan orang?”

Panas pancaran adalah panas yang kita rasakan dari matahari; Gelombang elektromagnetiknya memanaskan kulit kita saat matahari bersinar. Difusi, sebaliknya, adalah bagaimana cangkir teh akan menghangatkan tangan Anda setelah Anda menuangkan secangkir teh baru untuk diri Anda sendiri. Selama 200 tahun, para ilmuwan percaya bahwa difusi menjelaskan bagaimana panas berpindah melalui benda padat. “Namun terkadang, kreativitas mengharuskan Anda meletakkan buku pelajaran sejenak,” kata Granik.

Granik, Shankar Ghosh dari Tata Institute of Fundamental Research dan penulis utama Kaikai Cheng, peneliti senior di University of Massachusetts Amherst, percaya pengecualian terhadap hukum Fourier dapat ditemukan pada polimer transparan dan gelas anorganik. Panas memancar melalui kedua material tersebut, namun tim berhipotesis bahwa transparansinya juga memungkinkan energi terpancar melalui material tersebut.

Untuk menguji hipotesis, mereka menempatkan sampel bahan dalam ruang vakum, yang akan menghilangkan udara yang bertanggung jawab atas distribusi panas termal. Mereka kemudian menciptakan gelombang panas dalam satu sampel menggunakan laser untuk memanaskan area kecil, dan pada sampel lainnya, mereka memanaskan satu sisi sambil menjaga sisi lainnya tetap dingin.

Mereka kemudian menggunakan kamera inframerah khusus untuk mengamati penyebaran panas melalui sampel mereka. Dengan mengulangi percobaan beberapa kali, mereka terus menemukan anomali yang tidak dapat dijelaskan sepenuhnya oleh hukum Fourier.

“Belum ada yang pernah mencoba ini sebelumnya,” kata Cheng. “Ada sesuatu yang tidak terduga terjadi di dalam polimer transparan.”

Ternyata bahan transparan memungkinkan energi terpancar secara internal, berinteraksi dengan cacat struktural kecil, yang kemudian menjadi sumber panas sekunder. Sumber panas sekunder ini terus memancarkan panas melalui material.

“Bukannya hukum Fourier salah,” Granik dengan cepat menekankan, “tetapi hukum tersebut tidak menjelaskan semua yang kita lihat terkait perpindahan panas. Penelitian dasar seperti yang kami lakukan memberi kita pemahaman yang lebih luas tentang cara kerja panas, yang akan membuat lebih mudah bagi kita untuk memahami cara kerja panas.” Memberikan strategi baru bagi para insinyur untuk merancang sirkuit termal.”