Блог компании ua-hosting.company. Одним из фундаментальных фактов является то, что вода испаряется при нагревании. Если в солнечный летний день поставить стакан воды на освещенную солнцем поверхность, то со временем воды в стакане станет явно меньше. Но, как уже не раз доказывала наука, даже самые явные и простые процессы могут оказаться куда сложнее.

Ученые из Массачусетского технологического института (Кембридж, США) заметили, что вода в гидрогелях испаряется намного быстрее, чем должна была, при том или ином уровне нагрева. Они провели ряд опытов, которые показали, что испарение возможно и без нагрева за счет света, т. е. фотонов.

Как именно свет заставляет воду испаряться, как ученые смогли это установить, и какое практическое применение полученных в ходе экспериментов знаний? Ответы на эти вопросы мы найдем в докладе ученых.

Основа исследования

Испарение воды под действием солнечного света — одно из наиболее распространенных явлений в природе и повседневной жизни, имеющее как фундаментальное, так и практическое значение в науке и технике. Поскольку вода поглощает мало солнечного света в видимом спектре, поглощающие материалы, такие как технический углерод, используются для поглощения солнечного света и нагрева воды для термического испарения. Было замечено, что скорость солнечного испарения с использованием пористых поглотителей превышает теоретический предел теплового испарения, но механизм этого явления оставался загадкой.

В рассматриваемом нами сегодня труде ученые провели ряд экспериментов, результаты которых стали основой для гипотезы о прямом светоиндуцированном испарении, при котором фотон отщепляет кластеры воды от границ раздела вода-пар, минуя обычный процесс термического испарения, который называют фотомолекулярным эффектом. В ходе опытов было сделано несколько важных наблюдений:

• частично смоченные гидрогели поглощают свет видимого спектра, несмотря на то, что составляющие их материалы не поглощают свет в том же диапазоне длин волн;
• скорость испарения воды из гидрогелей без дополнительных поглощающих материалов при освещении видимым светом, например, светодиодами (LED), превышает тепловой предел;
• самая высокая скорость испарения наблюдается при использовании зеленого светодиода, когда вода меньше всего поглощает свет, в то время как измеренное поглощение не показывает значительной зависимости от длины волны в видимом спектре;
• пар над гидрогелем под светом холоднее, чем без света, а распределение температуры показывает область насыщения;
• спектры пропускания паровой фазы над испаряющей поверхностью под действием светодиодного излучения демонстрируют новые особенности и сдвиг пиков по сравнению с отсутствием светодиодного освещения.

Фотомолекулярный эффект имеет сходство с фотоэлектрическим эффектом, но с двумя существенными отличиями: во-первых, он происходит в спектре, где объемная вода не поглощает; во-вторых, один фотон может отколоть кластер молекул воды, что может привести к тому, что скорость испарения превысит тепловой предел.