Por primera vez, los científicos de Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg FAU, la Universidad de Leicester y la Universidad de Vigo han demostrado que la energía cinética de las partículas en gases granulares como las nubes de polvo puede aumentar temporalmente inclusoaunque la energía se extrae constantemente del sistema. Su investigación agrega más detalles a la ley de Haff ideada hace 35 años, que establece que la temperatura granular en los sistemas cerrados disminuye continuamente. Los resultados se obtuvieron utilizando nuevos procesos de simulación y ahora se hanpublicado en la revista Comunicaciones de la naturaleza.
Los gases granulares son sistemas que contienen partículas macroscópicas de baja densidad. Los ejemplos incluyen polvo cósmico, los anillos alrededor de los planetas Saturno, Urano y Neptuno y también nubes de polvo en la Tierra. Se pueden describir esencialmente como gases moleculares como el helio, perocon una diferencia importante: las partículas granulares no chocan elásticamente. "En los gases granulares aislados sin aporte de energía externa, la energía cinética de las partículas disminuye constantemente debido a las colisiones, por lo que la temperatura granular también disminuye", explica el profesor Dr.Thorsten Pöschel, de la Cátedra de simulación multiescala de sistemas de partículas en FAU. "Esta ley de enfriamiento, también conocida como la ley de Haff, se conoce desde 1983 y es uno de los hallazgos clave de la cinética de los gases granulares".
La adhesión cambia las propiedades
Sin embargo, la ley de enfriamiento granular de Haff no considera un aspecto. Varias fuerzas, como la adhesión superficial o la carga electrostática, hacen que las partículas se adhieran entre sí en sistemas con partículas extremadamente pequeñas que miden solo unos pocos micrómetros. 'Las partículas crecen y suslas propiedades cambian debido a esta agregación. Al mismo tiempo, disminuyen en número en el sistema y, por lo tanto, también disminuye el número de grados de libertad para el movimiento de partículas ", explica el Dr. Thorsen Pöschel." Nuestra hipótesis era que la temperatura granular puede aumentartemporalmente debido a esto, a pesar de que la energía mecánica se pierde con cada colisión '.
Los nuevos métodos de simulación miran la ley anterior con más detalle
Pöschel y sus colegas, el físico Nikolai V. Brilliantov de la Universidad de Leicester Reino Unido y el informático Arno Formella de la Universidad de Vigo España pudieron demostrar la existencia de este efecto contraintuitivo en simulaciones complejas.Los investigadores utilizaron y desarrollaron métodos establecidos, como las matemáticas analíticas para la cinética de las propiedades del gas y el método de Monte Carlo, un método estocástico basado en la teoría de la probabilidad. Pöschel explica: "Al utilizar un nuevo sistema de ecuaciones cinéticas y la escala relevantemétodos, pudimos representar la dinámica de las agregaciones de partículas en gases granulares de manera confiable por primera vez. No hemos revisado la ley de Haff de ninguna manera, pero pudimos demostrar un efecto importante que hasta ahora se había ignorado ''.
Los hallazgos de los científicos podrían ayudar a aumentar la comprensión de las propiedades básicas de los gases granulares, como la aglomeración de hollín en los gases de combustión en la Tierra o en fenómenos astrofísicos como el polvo cósmico en los anillos planetarios en el espacio.
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Materiales proporcionado por Universidad de Erlangen-Nuremberg . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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