Gli scienziati trovano una sorprendente eccezione alla legge della fisica di 200 anni fa

Entra nel nuovo canale WhatsApp di NextMe.it Legge di Fourier

Una ricerca pionieristica condotta da un gruppo di scienziati dell’Università del Massachusetts-Amherst ha gettato nuova luce sui meccanismi di trasmissione del calore nei materiali solidi, sfidando la Legge di Fourier, un caposaldo della fisica che da più di due secoli governa la nostra comprensione di questo fenomeno. La legge, battezzata in onore del matematico e fisico francese Jean-Baptiste Joseph Fourier, postula che il calore si propaghi attraverso i solidi per mezzo della diffusione, similmente a come il calore di una tazza di tè si trasmette alle mani. Contrariamente a questa visione tradizionale, il recente studio evidenzia come, in certi materiali quali la plastica e il vetro, il calore possa viaggiare anche attraverso la radiazione elettromagnetica.

Immaginate di avere un materiale come la plastica o il vetro: la scoperta degli scienziati suggerisce che, in questi materiali, il calore non si muove solamente per diffusione ma può anche viaggiare sotto forma di radiazione elettromagnetica, ovvero lo stesso tipo di energia che emette il sole e ci fa sentire caldi quando ci colpisce la pelle.

Gli autori dello studio, Steve Granick, Robert K. Barrett e Kaikai Zheng, hanno guidato questo viaggio esplorativo, originato da una domanda semplice ma provocatoria: esiste un altro modo per il calore di trasmettersi oltre quello conosciuto? La loro ricerca si è focalizzata su polimeri traslucidi e vetri inorganici, selezionati per la loro capacità semi-trasparente di potenzialmente consentire un passaggio di energia simile alla diffusione della luce attraverso di essi. Per osservare questo fenomeno, gli esperimenti sono stati eseguiti in camere a vuoto, al fine di escludere qualsiasi contributo convettivo dell’aria, e hanno fatto uso di impulsi di calore laser monitorati attraverso camere a infrarossi per tracciare il movimento termico. Questa metodologia ha rivelato comportamenti anomali non spiegabili unicamente attraverso la Legge di Fourier.

Una nuova via per il trasferimento termico

La scoperta centrale di questo studio è stata l’identificazione di un meccanismo di trasmissione del calore precedentemente sconosciuto, promosso dalla natura traslucida di certi materiali. La radiazione interna generata interagisce con le micro imperfezioni strutturali all’interno dei materiali, convertendole in nuove sorgenti di emissione termica. Questo fenomeno apre a un paradigma alternativo nel campo del trasferimento termico, evidenziando come la Legge di Fourier, pur rimanendo valida, non sia esaustiva nel descrivere tutti i processi di movimentazione del calore nei solidi.

Granick sottolinea come la ricerca fondamentale abbia il potere di estendere la nostra comprensione dei principi fisici, offrendo nuove prospettive per l’ingegneria e la progettazione di sistemi termici. Supportato dalla Barrett Family Foundation e dall’Istituto coreano per le scienze di base, lo studio non solo sfida le convenzioni scientifiche stabilite, ma enfatizza l’importanza dell’esplorazione scientifica di base per dischiudere le complessità del mondo fisico.

Questo lavoro rappresenta un passo avanti significativo verso nuove innovazioni nella scienza dei materiali e nell’ingegneria, promettendo applicazioni future che potrebbero rivoluzionare diversi settori. Pubblicato sulla prestigiosa rivista Proceedings of the National Academy of Sciences, lo studio segna un momento di svolta nella comprensione del trasferimento del calore, invitando la comunità scientifica a riconsiderare teorie consolidate alla luce di nuove evidenze.