Подкрепете ни!

Ако харесвате Свежа Наука и редовно четете публикациите ни, оценявате работата ни и искате да продължаваме все така, подкрепете ни! :)

На този етап от съществуването си Свежа Наука има нужда от вашата помощ! Последвайте ни в социалните мрежи Facebook, Google+ и Twitter, за да подкрепите нашата кауза - разпространяване на наука и познание.

За повече информация, обмяна на идеи или публикуване на материали, се свържете с нас.

Звук, топлина и… електромагнетизъм?

Home/Наука/Физика/Звук, топлина и… електромагнетизъм?

Група учени доказаха, че звуковите вълни си взаимодействат с външни магнитни полета.

Звукът се пренася чрез периодичните трептения на атомите в газ, течности или твърди материали. Когато говорим, гласните струни вибрират, и по този начин предават вибрацията на въздуха излизащ от белите дробове. Така се създават звукови вълни, които преминават през въздуха и достигат до тъпанчето на ухото, което също започва да вибрира. От тези вибрации мозъкът извлича информацията като познати звуци, мелодии и думи.

Звукът се влияе от средата, през която преминава и от честотата на носещите го звукови вълни. Освен това, човешкото ухо улавя определен диапазон от звукови честоти – от 20 Hz до 20 kHz.

Преди повече от сто години физиците разбират, че топлината е просто енергията, съхранена като трептене на атомите, и така стигат до заключението, че топлината и звука са всъщност са сходни. И ето сега в съвременни лабораторни условия се оказва, че тези атомни трептения имат и магнитни свойства.

Понятието звук

В началото на 30-те години учените разработват модела на атомните трептения. По смисъл концепцията е подобна на тази за светлината и електормагнетизма – където електромагнитните вълни притежават свойствата едновременно на вълни и частици, които наричаме фотони. Физиците дават името фонони (от гръцката дума за звук) на звуковите частици.

Днес учените смятат фононите за квази-частици, с функция на вълна и частица едновременно. Фононите пренасят както звук, така и топлина. Интересното е, че в металите топлината се пренася основно от движението на електроните, докато в други материали от фононите.

Никой до сега обаче в научните общности не предполагаше, че звуковите вълни могат да притежават и магнитни свойства.

Раздвижване във физиката. Звук, топлина и... магнетизъм-2

Топлина, звук и… магнетизъм?

В началото на тази година бе проведен експеримент, който доказа, че звуковите вълни си взаимодействат с външни магнитни полета. За целта на експеримента се използва голям кристал от чист полупроводник – индиев антимонид, който е разрязан на две неравни части и охладен до -265 градуса. Оскъдно количество топлина се пропуска през всяка част поотделно. При тази температура фононите могат да се смятат за индивидуални частици.

В по-малката част на кристала съпротивлението е по-голямо – фононите често се блъскат в стените, което ги забавя. В голямата част, където съпротивлението е по-малко – фононите могат да се движат по-бързо. Оказва се, обаче че под въздействието  на магнитно поле кристалът променя проводимостта си за фононите. Магнитното поле увеличава броя на сблъсъците и също така забавя фононите, което понижава преноса на топлина – с около 12% в този случай.

Смята се, че това се случва заради електроните, които орбитират около всеки атом в кристала. Това им движение емитира слабо магнитно поле, което взаимодейства с външното – така наречения диамагнетизъм. Това свойство присъства дори в материали, които по принцип не взаимодействат с магнити – стъкло, пластмаса и дори вода. Когато атомите трептят поради преминаването на фононите, това взаимодействие упражнява сила върху тях, което увеличава съпротивлението на фононите.

Как можем да използваме резултатите от експеримента?

Това със сигурност е нещо ново в света на приложната физика и предстоят още експерименти. Инженерите могат да използват тази концепция за контрол на топлина и звук с помощта на електромагнити. Звуковите вълни могат ефективно на бъдат насочвани. Като се има предвид, че повече от 90% от световната енергия се генерира от топлинни източници, възможността за ефективен контрол на топлопроводимостта, може да има огромен ефект в обозримото ни технологично бъдеще.

Добави коментар