La teoría centenaria de Albert Einstein que explica cómo el calor se mueve a través de todo, desde termos hasta partes de un motor, ha sido ratificada por un hallazgo en el laboratorio Oak Ridge.

La transferencia de calor es fundamental para todos los materiales. Esta nueva investigación, publicada en la revista Science, exploró los aislantes térmicos, que son materiales que bloquean la transmisión de calor.

“Vimos evidencia de lo que Einstein propuso por primera vez en 1911: que la energía térmica salta aleatoriamente de átomo a átomo en los aislantes térmicos”, dijo en un comunicado Lucas Lindsay, teórico de materiales en Oak Ridge. “El salto es adicional al flujo de calor normal a través de la vibración colectiva de los átomos”.

El salto de energía aleatorio no se nota en los materiales que conducen bien el calor, como el cobre en el fondo de las ollas durante la cocción, pero puede detectarse en los sólidos que son menos capaces de transmitir calor.

Esta observación avanza en la comprensión de la conducción de calor en aislantes térmicos y ayudará al descubrimiento de nuevos materiales para aplicaciones de termoeléctricos que recuperan el calor residual a recubrimientos de barrera que evitan la transmisión de calor.

Lindsay y sus colegas utilizaron sofisticadas herramientas de detección de vibración para detectar el movimiento de los átomos y las supercomputadoras para simular el viaje del calor a través de un simple cristal basado en talio. Su análisis reveló que las vibraciones atómicas en la red cristalina eran demasiado lentas para transmitir mucho calor.

“Nuestras predicciones fueron dos veces más bajas de lo que observamos en nuestros experimentos. Inicialmente, estábamos desconcertados”, dijo Lindsay. “Esto condujo a la observación de que otro mecanismo de transferencia de calor debe estar en juego”.

Reducción de costes

Sabiendo que el segundo canal de transferencia de calor de salto de energía aleatorio existe, informará a los investigadores sobre cómo elegir materiales para aplicaciones de gestión de calor. Este hallazgo, si se aplica, podría reducir drásticamente los costos de energía, las emisiones de carbono y el calor residual.

Muchos materiales útiles, como el silicio, tienen un entramado de átomos químicamente unido. El calor generalmente se transporta a través de este enrejado por vibraciones atómicas u ondas de sonido. Estas ondas de calor se topan entre sí, lo que ralentiza la transferencia de calor.

“El material basado en talio que estudiamos tiene una de las conductividades térmicas más bajas de cualquier cristal”,dijo Lindsay. “Gran parte de la energía vibratoria se limita a átomos individuales, y la energía luego salta aleatoriamente a través del cristal”.

“Tanto las ondas sonoras como el mecanismo de salto de calor teorizado por primera vez por Einstein caracterizan un modelo de dos canales, y no solo en este material, sino en otros materiales que también demuestran una conductividad ultrabaja”, dijo el científico de materiales de Oak Ridge David Parker.

Por ahora, el salto de calor solo puede detectarse en excelentes aislantes térmicos. “Sin embargo, este canal de salto de calor bien puede estar presente en otros sólidos cristalinos, creando una nueva palanca para controlar el calor”, dijo.

Fuente: europapress.es