Учёные из Массачусетского технологического института обнаружили, что для испарения воды не нужен нагрев. Существует другой, более эффективный способ.
С детства известно: испарение вещества (переход из жидкого состояния в газообразное) происходит при нагревании, если температура ниже температуры кипения. Кинетическая энергия каждой молекулы увеличивается настолько, что она может преодолеть потенциальную энергию притяжения соседних молекул и вылететь из жидкости, проще говоря — превратиться в пар. Обычно источником энергии служит тепло, которое в земных условиях в основном приносится солнечным светом.
Некоторые исследователи, работающие с похожим на губку материалом под названием гидрогель, обнаружили необычное явление: вода, находящаяся в гидрогеле в состоянии покоя, испарялась в два-три раза быстрее, чем при воздействии тепловой энергии.
Команда ученых из Массачусетского технологического института под руководством Яодонга Ту провела моделирования и эксперименты с гидрогелем, чтобы выяснить причину странного испарения. Ученые изучили результаты исследований других научных групп и сделали неожиданное открытие: на границе раздела «воздух — вода» свет может напрямую вызвать испарение без нагрева. опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
Яодонг Ту вместе с группой исследователей установил контейнер с водой внутри гидрогеля на весах и подвергал его воздействию искусственного света разной длины волны. После этого отслеживали температуру над поверхностью гидрогеля и измеряли массу, потерянную им в результате испарения. Для исключения влияния тепла на систему световые лампы были предварительно закрыты специальными экранами.
Учёные выяснили, что вода испаряется быстрее под воздействием света, чем тепла. Скорость испарения зависит от длины волны света и наибольшая при зелёном свете (500-565 нанометров). Авторы исследования подчеркнули, что эта зависимость не связана с теплом, подтверждая предположение о том, что испарение воды происходит под действием света, а не тепла.
Американские учёные повторили эксперимент в условиях полной темноты, используя те же материалы и оборудование, но заменив свет электричеством. Скорость испарения воды в этом случае оставалась в рамках «тепловой нормы» и была значительно ниже, чем при воздействии света.
До начала эксперимента предполагалось, что испарение вызывается светом. Фотоны ударяют по молекулам воды, снимая их с поверхности, а это происходит только на границе раздела воздух-вода, на поверхности гидрогеля. пояснил Ту.
Авторы исследования полагают, что данный эффект проявится не только в лабораторных условиях, но и в окружающей среде: на поверхности моря, в каплях облаков или тумане. В природе, вероятно, тепло всё равно будет играть главную роль в испарении веществ.
Группа учёных назвала новое явление «фотомолекулярным эффектом» и работает над его применением в реальной жизни. Планируют использовать его для повышения эффективности систем опреснения, работающих на солнечной энергии, а также изучить его влияние на изменение климата.