Un matemático de Leicester ha desarrollado una teoría para explicar el 'calentamiento por enfriamiento', donde la temperatura de un gas granular aumenta mientras la energía total cae, un fenómeno peculiar que se puede observar tanto en la Tierra como en el espacio.
Los gases granulares son uno de los pocos ejemplos en los que se puede observar este misterio científico. Estos sistemas se extienden ampliamente en la naturaleza en forma de aerosoles y humo en la Tierra, o en forma de polvo interestelar, anillos planetarios y protoplanetariosdiscos en el espacio
El asombroso efecto de 'calentamiento por enfriamiento' corresponde, en términos físicos, a una capacidad de calor negativa. La agregación de gases granulares es el segundo objeto en el mundo, después de los sistemas de gravitación, que manifiesta esta asombrosa propiedad.
"Desde la escuela secundaria se nos enseña que la temperatura significa energía: cuanto mayor es la temperatura, mayor es la energía. Si un sistema pierde energía, su temperatura baja", dice el profesor Nikolai Brilliantov del Departamento de Matemáticas de la Universidad de Leicester,quien dirigió la investigación. "Sorprendentemente, esto no siempre es cierto para los gases granulares".
El grupo internacional de científicos ha proporcionado una pista vital sobre cómo funcionan los gases granulares y demuestran esta misteriosa calidad en un artículo publicado en la revista Nature Communications, donde han construido una sólida base matemática del fenómeno.
Han elaborado una herramienta matemática novedosa: ecuaciones de Smoluchowski generalizadas. Mientras que las ecuaciones de Smoluchowski clásicas, que se conocen desde hace más de un siglo, se refieren únicamente a la evolución de la concentración de aglomerados, las nuevas ecuaciones también describen la evolución de la temperatura de los aglomerados.
El modelado microscópico directo del sistema, mediante extensas simulaciones por computadora, ha confirmado la existencia de este sorprendente régimen y otras predicciones de la teoría.
También se ha demostrado que, a pesar de su peculiaridad, puede observarse 'calentamiento por enfriamiento' para muchos sistemas en condiciones naturales. Sin embargo, las fuerzas entre partículas deben cumplir con un requisito previo importante: la fuerza de atracción debería aumentarcon el tamaño de los aglomerados.
"Comprender los diferentes regímenes de la evolución de la agregación de gases granulares es importante para comprender numerosos fenómenos naturales en los que estos sistemas están involucrados", agrega el profesor Brilliantov.
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Materiales proporcionado por Universidad de Leicester . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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