Законы физики больше не работают или новые свойства силикатного стекла

14.03.2019

Американские учёные установили, что при нагревании стекла электрическим током в определённых условиях, физический закон Джоуля-Ленца не работает. Открытие позволит начать производство керамических и стекломатериалов с новыми свойствами.

В середине 19 века английский физик Джеймс Джоуль экспериментально доказал зависимость количества выделяемого тепла от силы тока, пропустив электричество через резистор. Словесное определение закона звучит так: количество тепла, выделяемого током в проводнике, прямо пропорционально квадрату силе тока, величине сопротивления проводника и времени действия тока. Наглядный пример действия закона – электроприборы: чем дольше они работают, тем больше нагреваются.

Но недавно физики из Лихайского университета (Пенсильвания, США) обнародовали результаты исследований, которые показывают, что этот проверенный закон не работает при нагревании стекла в определённых условиях. Для эксперимента использовался полностью гомогенный материал, но стекло вблизи анода нагрелось более чем на 1000°C выше по сравнению с другими участками. Такое странное поведение при изменении структуры стекла связано с микроскопическим масштабом электрического поля, которое сильно нагревает этот наноучасток.

Credit: Himanshu Jain, Nicholas J. Smith, Craig Kopatz and Charles T. McLaren

Авторами статьи отмечено, что стекло, проводящее ионы, нагревается крайне неравномерно по сравнению с электропроводными металлами и полупроводниками. Это связано с щелочным истощением участков возле анода. Там стекло начинает таять и испаряться, а в других местах остается твердым. При инфракрасном сканировании и по анализам конечных элементов видно, что температура на отдельных участках точечно повышается на 1000 градусов больше.

Исследователи предполагают, что теперь закон Джоуля-Ленца придется скорректировать. Помимо этого, они убеждены, что открытие пригодится для разработки нового метода создания керамических и стекломатериалов и управления их свойствами с большей точностью.

Источник: Electrically-heated silicate glass appears to defy Joule's first law