Силикатное стекло нарушило один из законов физики
Logo
Cover

При определенных условиях нагретое электричеством силикатное стекло нарушает первый закон Джоуля — Ленца, установили специалисты из США. Это открывает дорогу к созданию новых оптических и керамических материалов.

Основы теплового действия электрического тока объяснил в середине XIX века английский физик Джеймс Прескотт Джоуль, который продемонстрировал, как возникает тепло при прохождении тока через резистор. Выведенный им закон гласит, что количество теплоты пропорционально произведению квадрата силы тока и сопротивления. Поэтому современное электроборудование нагревается все больше при активном использовании.

Однако ученые из Лехайского университета опубликовали исследование, в котором описаны условиях, при которых силикатное стекло нарушает это проверенное временем правило, пишет Phys.org.

В ходе эксперимента температура стекла у анода повысилась более чем на тысячу градусов по сравнению с остальным образцом, хотя материал был полностью гомогенным.

Причина такого необычного поведения в изменении структуры и химии стекла в наномасштабе посредством электрического поля, которое сильнее разогревает этот микроскопический участок.  

«В отличие от проводящих электричество металлов и полупроводников, со временем нагревание проводящего ионы стекла становится крайне неоднородным. Появляются участки щелочного обеднения в наномасштабе, так что стекло вблизи анода тает, даже испаряется, а в остальных местах остается твердым. В отдельных местах ИК-сканирование показывает, а анализ конечных элементов подтверждает, что точечно температура поднимается на тысячу градусов выше, чем в остальном образце», — констатируют авторы статьи.

Теперь, считают исследователи, придется внести изменения в закон Джоуля — Ленца. Также они убеждены, что их работа открывает возможности появления новой технологии производства стеклянных и керамических материалов и управления их оптическими и другими структурными свойствами с большей точностью, чем это было возможно до сих пор.       

Простой метод производства метаповерхностей для оптических цепей разработали в Швейцарии. Они абсорбируют очень мало света и обладают высоким коэффициентом преломления, то есть эффективно модулируют проходящий сквозь материал свет.