Stiklas neturėjo virti. Bet tai padarė.
Fizikų komanda sumontavo mažus stiklo kubelius krosnyje su elektros įtampa apie tai, ko galėtumėte gauti iš savo namų lizdo. Stiklui pašildyti pakako elektros, kuri jau buvo gana šilta nuo aplinkos krosnies šilumos. Bet virinti stiklinę neturėjo būti pakankamai srovės. Stiklas verda tik tada, kai jis pasiekia tūkstančius laipsnių aukštesnę temperatūrą nei toji srovė turėjo būti pagaminta. Ir vis dėlto jų krosnyje, kai tekėjo srovė ir buvo sukurtas elektrinis laukas, fizikai pamatė ploną „garų srautą“, kylantį iš stiklo mėginio.
Kad tai įvyktų, elektros srovė turėjo būti sukoncentruota vienoje stiklo dalyje, tiekdama energiją netolygiai. Bet yra problema: tai prieštarauja įstatymams.
Štai šis susitarimas: Kai elektros srovė praeina per vienodą medžiagą, ji turėtų tolygiai šildyti visą medžiagą. Mokslininkai vadina šį pirmąjį Džoulės įstatymą po britų chemiko Džeimso Prescotto Joule'io, kuris jį atrado 1840-ųjų pradžioje. Tai yra materialus faktas, kurio šaknys yra energijos taupymo įstatyme, viena iš pagrindinių taisyklių, valdančių mūsų visatą. Ir mes tai matome darbe kiekvieną dieną; lempučių siūleliai nebūtų gražūs, net švyti be Džoulės įstatymo darbe.
Bet ši srovė tarsi pažeidė įstatymą. Iš kai kurių stiklo dalių ne tik pakilo garai, bet ir kaitvietė (matoma infraraudonųjų spindulių kameroje) šoko džiugiai per visą jos paviršių. Vėl ir vėl jų eksperimentuose atsirado „karsto taškai“.
„Šis stiklas yra tolygus mažiausiai minučių“, - sakė Himanshu Jain, Lehigh universiteto Betliejuje, Pensilvanijoje, medžiagų žinovas ir fenomeną apibūdinančio dokumento, kuris paskelbtas fenomeną, bendraautoris paskelbtas vasario 26 d. Žurnale „Nature Scientific Reports“.
Stiklas yra izoliatorius ir gerai nešioja srovę; kad ir koks mažas, tikimasi, kad didžioji tos srovės dalis bus paversta šiluma. Įprastinis mąstymas apie pirmąjį Džoule dėsnį numatytų, kad elektros srovė stiklą šildys tolygiai, todėl jis lėtai tirpsta ir deformuosis, Jainas pasakojo „Live Science“. Daugeliu atvejų būtent taip ir atsitinka.
- Mes pažvelgėme į karšto stiklo minkštinimą po elektriniu lauku, - sakė Jainas, - ir to jau niekas anksčiau nebuvo padaręs.
Šis netolygus kaitinimas, pasirodo, išeikvojo daug energijos šalia stiklo anodo, srovės įėjimo taško. Stiklas ten tirpo ir išgaravo, net jei jis likdavo kietas kitur. Temperatūra karštuose punktuose buvo daug karštesnė nei likusioje stiklinėje. Vienu metu ta stiklo sritis, įkaista per maždaug 2500 F (1 400 C) per mažiau nei 30 sekundžių.
Taigi buvo sulaužytas Džoulės įstatymas? Taip ir ne, - pasakė Jainas; makroskopiškai mąstant, taip atsirado. Mikroskopiškai atsakymas būtų „ne“ - jis tiesiog nebetaikomas visam stiklui.
Pagal pirmąjį Džoulės įstatymą, tolygus elektrinis laukas turėtų tolygiai šildyti medžiagą. Tačiau esant aukštai temperatūrai, elektrinis laukas ne tik šildo stiklą - jis keičia jo cheminį makiažą.
Elektriniai laukai juda per stiklą, kai teigiamai įkrauti jonai (atomai, iš kurių atimti neigiamai įkrauti elektronai) išstumiami iš vietos ir neša krūvį per stiklą, sakė Jainas. Pirmiausiai juda lengviausi jonai, nešantys elektros srovę.
Stiklas šioje komplektacijoje buvo pagamintas iš deguonies, natrio ir silicio. Natris, silpnai sujungtas lengvas jonas, pernešė didžiąją dalį energijos. Kai pakankamai natrio pasislinko, jis pakeitė stiklo, esančio šalia anodo, cheminę sudėtį. Ir kai tik pasikeitė chemija, stiklas buvo panašesnis į dvi skirtingas medžiagas, ir Džoulės įstatymai nebebuvo vienodai taikomi. Susiformavo viešosios interneto prieigos taškas.
Niekas anksčiau nepastebėjo šio efekto, sakė Jainas, greičiausiai todėl, kad jis neprasibėga, kol stiklas jau nėra gana karštas. Šio eksperimento medžiaga nesukūrė karštų vietų, kol krosnis pasiekė maždaug 600 F (316 C). Tai nėra labai karšta stiklui, bet ji yra daug karštesnė nei sąlygos, kuriomis dirba dauguma elektrinių mašinų, naudojančių stiklą ir elektrą.
Vis dėlto dabar mokslininkai suprato, kodėl stiklas virė, kai to neturėjo būti. Tai savaime yra gana įdomu.
Redaktoriaus pastaba: Šis straipsnis buvo atnaujintas nurodant, kad Džoule'io įstatymai buvo pažeisti iš vienos pusės, bet ne iš kitos pusės, taip pat siekiant ištaisyti stiklo sąrankos cheminį makiažą.
