Изненадващо ново проучване предполага, че светлината сама по себе си може да изпари водата без топлина – и дори да го направи по-ефективно.

Противно на това, което всички ни учеха в часовете по природни науки в началното училище, оказва се, че топлината може да не е необходима, за да накара водата да се изпари.

Учени от Масачузетския технологичен институт направиха изненадващото откритие, че сама светлината може да изпари водата и дори е по-ефективна в това от топлината. Откритието може да подобри нашето разбиране за природните явления или да подобри системите за обезсоляване.

Изпарението възниква, когато водните молекули близо до повърхността на течността абсорбират достатъчно енергия, за да излязат във въздуха отгоре като газ – водна пара. Като цяло топлината е източникът на енергия, а в случая на водния цикъл на Земята тази топлина идва предимно от слънчевата светлина.

Но през последните няколко години различни екипи от учени забелязват несъответствия в своите експерименти относно водата, задържана в хидрогелове. Водата изглежда се изпарява с много по-високи скорости, отколкото би трябвало да е възможно въз основа на количеството топлина, на което е била изложена, понякога утроявайки теоретичната максимална скорост.

Така че за новото проучване учени от Масачузетския технологичен институт (MIT) се заеват да проучат какво може да се е случило. След няколко базови експеримента те започват да подозират, че самата светлина причинява допълнителното изпарение. Идеята е изненадваща, защото водата всъщност не абсорбира светлина – затова можете да виждате през нея на известна дълбочина, ако е чиста.

За да проверят наистина своята хипотеза, учените поставят проба от хидрогел в контейнер на кантар, излагат я на различни дължини на вълната на светлината последователно и измерват количеството маса, която губи с течение на времето при изпаряване. Оборудването е внимателно контролирано и светлините екранирани, за да се предотврати внасянето на топлина в системата и да се объркват резултатите.

Водата започва да се изпарява със скорост, много по-висока от допустимата топлинна граница. Степента на изпарение изглежда варира в зависимост от дължините на вълната на светлината, достигайки пик при дължина на вълната на зелена светлина. Тази зависимост от цвета добавя доказателство, че не е свързана с топлината.

Водата се изпарява от хидрогел под зелена светлина, което е установено, че е пиковата дължина на вълната. Кредит: MIT

След това изследователите повтарят експеримента на тъмно, използвайки електричество, за да приложат същото количество топлина към хидрогела, както при светлинния експеримент. Скоростта на изпарение на водата остава в границите на топлинната граница и далеч под тази, постигната при излагане на светлина.

Екипът нарича новото явление "фотомолекулен ефект" и предполага, че фотоните на светлината могат потенциално да "отцепят" клъстери от водни молекули близо до повърхността на течността. Въпреки че досега явлението е наблюдавано само при внимателно контролирани лабораторни условия, изследователите смятат, че може да се случва и в природата, като например в облаци или на повърхността на морето, въпреки че при тези условия топлината все пак вероятно върши по-голямата част от работата.

Екипът предполага и че фотомолекулярният ефект потенциално може да се използва за подобряване на ефективността на системи като обезсоляване или изпарително охлаждане. Изследователите вече са получили безвъзмездна помощ, за да проучат използването му в слънчево захранвано обезсоляване, което според тях може да повиши ефективността си три или четири пъти. Те също така разполагат с финансиране, за да проучат дали ефектът може да обърква климатичните модели.

Справка: Plausible photomolecular effect leading to water evaporation exceeding the thermal limit
Yaodong Tu, Jiawei Zhou, Shaoting Lin and Gang Chen; PNAS October 30, 2023; 120 (45) e2312751120; https://doi.org/10.1073/pnas.2312751120 

Източник: In a surprising finding, light can make water evaporate without heat,  MIT

Още по темата

03/08/2023

Земята

Океанска вода на 600 милиона години е открита в Хималаите

01/06/2023

Космос

Огромна струя вода, отдалечаваща се от Енцелад, е заснета от "Джеймс Уеб"

19/04/2023

Физика

Опровергана е полувековна теория за обезсоляване на водата чрез обратна осмоза

10/03/2023

Космос

Водата в Слънчева система е възникнала милиарди години преди Слънцето (видео)