חוקרים אמריקאים הניחו לאחרונה את אצבעם על תופעה מרתקת שנראית מאפשרת לחומרים לאתגר את חוקי הפיזיקה. התנהגויות אלה של טביעות נגד במיוחד עלולות להוביל למהפכה קטנה במדעי החומר, עם יישומי בטון מעניינים מאוד.
הרוב המכריע של החומרים הידועים עוקב אחר מספר מסוים של כללים כמעט בלתי ניתנים להסרה, המעוגנים בחוקי התרמודינמיקה. הלחץ, למשל, מאלץ את מרכיבי החומר להתקרב זה לזה, בגבול מסוים; ככל שהוא גדל יותר, הנפח אמור לרדת. לטמפרטורה, מצידו, יש השפעה הפוכה. כאשר זה גדל, הדבר נכון גם לאנרגיה הפנימית של אטומים, המתחילים לרטוט עם משרעת חשובה יותר ויותר: נפח החומר נוטה אפוא לגדול בעת חימום.
אבל במחקר שפורסם בעיתון היוקרתיטֶבַע, חוקרים מהאוניברסיטאות בשיקגו וסן דייגו הראו ששני הכללים הללו לא נחרטו בסופו של דבר בסלע. למעשה, הם יכולים אפילו להפוך כאשר החומרים במצב כה "גרור".
שאלה של אנרגיה
עם הזמן, כל המערכות הפיזיות נוטות להתפתח לעבר מצב של שיווי משקל בו רמת האנרגיה שלהם תהיה מינימלית (ראו את הרעיון שלאנטרופיהלפרטים נוספים): אנו מדברים על מצב יציב. אם אנו מייצגים את האנרגיה של המערכת על עקומה, מצב יציב זה מיוצג על ידי הנקודה הנמוכה ביותר- המינימום הכללי.
כדי לדמיין מושג זה, אתה יכול לדמיין כדור שיוכל להתגלגל באופן ספונטני לעבר קרקעית העמק לאורך זמן: הוא מפסיק לנוע כשהוא מתייצב בתחתית המדרון, ולכן מגיע למצבו היציב.
אבל המצב יכול להיות גם מורכב יותר. דמיין למשל שהכדור שלנו ממוקם בחלול הממוקם בראש שיא. בתנאים אלה הוא לא יכול להגיע לנקודה הנמוכה ביותר, המינימום הכולל התואם למצב היציב. במקום זאת, היא מוצאת את עצמהתקוע במה שמכונה מינימום מקומיממנה היא יכולה לצאת רק עם התערבות של כוח חיצוני, כמו אדם שידחוף אותה מחוץ לחולל שם היא שוכנת.
בתרמודינמיקה זה נקרא אאיזון גרורתיו זה למשל בגלל תופעה זו מים בגולשיה (פחות אפס מעלות, אך תמיד נוזלים) לא קופאים באופן ספונטני אם הוא נשאר שקט. מצד שני, בהפרעה הקלה ביותר, הנפח כולו הופך במהירות לקרח.
השפעות נגד אינטואיטיביות מאוד
כדי לחזור למחקר זה, המחברים הראו כי מצבים גרורתיים אלה יכולים לשנות משמעותית את התנהגות החומרים. במצבם היציב הם עוקבים באופן מושלם אחר הכללים המקובלים של התרמודינמיקה. אך בתנאים מסוימים אלה, המצב משתנה באופן קיצוני, ובמיוחד תופעות נגד אינטואיטיביות יכולות להופיע.
חומרים מסוימים במצבים גרורתיים יכולים למשל להתכווץ כאשר הם מחוממים, ולהיפך, להתרחב תחת השפעת הלחץ. המחברים מדברים על "דחיסות שלילית"וזה משהו שמעולם לא נצפה לפני כן.
פוטנציאל קונקרטי עצום
הדבר המעניין ביותר הוא שיצירות אלה לא רק מבטיחות במחקר בסיסי. לדברי המחברים, יתכן שניתן יהיההתאם מצבים גרורתיים אלה, למשל הודות לתגובות הפחתה של אוקסידו, כדי לשנות את האופן בו חומרים מגיבים לחום ולצורות אנרגיה אחרותולהלכה, זה יכול לאפשרחומרי תכנון עם תכונות שימושיות במיוחד.
הצוות מצטט דוגמה רלוונטית במיוחד בתחוםבְּנִיָהו כדי לבנות מבנה, יש לבדוק בקפדנות את ההשפעות של התרחבות תרמית מכוננת; אם מבנה הבניין מתנפח או מתכווץ מעבר לסף קריטי במהלך גל של חום או קור, הוא עלול להתמוטט עם השלכות קטסטרופליות. אם ניתן היה לתכנן חומרים עם מקדם ההתרחבות התרמית Null, הדבר היה מדלג מייד על אילוץ גדול מהנדסת מבנים.
היקף פוטנציאלי נוסף מסתתר בצד שלכלי רכב חשמלייםו במהלך מחזורי הטעינה והפריקה, הסוללות שלהם נוטות להפסיד בקיבולת מכיוון שיוני ליתיום, המשמשים לאחסון אנרגיה, נלכדים בהדרגה באנודה. שינוי כימי זה כיום בלתי הפיך - אך עם חומר גרורתי מכויל לחלוטין, ניתן יהיה תיאורטית להפוך את התגובה כדי לשחזר את הסוללה במצב המקורי שלה.
וזה רק החלק המופיע של קרחון ענק של אפשרויות. מושג זה יכול לפתוח את הדרך להרבה חומרים מהפכניים יותר זה מזה ...על הנייר, לפחותו יש לציין כי מחקר זה נותר גישוש מאוד. נכון לעכשיו, אין שום ערובה לכך שחוקרים יוכלו יום אחד לאלף את המדינות הגרורות הללו כדי להוציא את כל הנכסים הנחשקים האלה.
אולם הפוטנציאל של תחום מחקר חדש זה הוא כזה שמומחים רבים ללא ספק יתעניינו בו בעתיד הקרוב. יהיה מעניין מאוד לעקוב אחר עבודתם שבטווח הארוך עלולה להוביל למהפכה תיאורטית קטנה עם השפעה קונקרטית מאוד על תעשיות רבות.
טקסט המחקר זמיןICIו
🟣 לא להחמיץ שום חדשות בעיתון החנון, הירשםחדשות גוגלואילךWhatsApp שלנוו ואם אתה אוהב אותנו, יש לנועלון כל בוקרו
