Чаша није требала кључати. Али јесте.
Тим физичара закуцао је мале коцке стакла у пећ са електричним напоном о томе шта бисте добили од утичнице у вашој кући. Било је довољно струје за загревање чаше, која је већ била прилично топла од амбијенталне топлоте пећи. Али није требало бити довољно струје да се чаша прокуха. Стакло не кључа док не достигне температуру хиљадама степени изнад онога што би струја требала да произведе. А ипак, у њиховој пећници, када је струја текла и створила електрично поље, физичари су видели танки "прасак паре" како се уздиже из узорка стакла.
Да би се то догодило, електрична струја би морала да се концентрише у једном делу чаше, испоручујући своју енергију неравномерно. Али постоји проблем: то је против закона.
Ево договора: Када електрична струја прође кроз једнолик материјал, требало би да равномерно загреје цео материјал. Научници овај Јоуле називају првим законом, по британском хемичару Јамесу Пресцотт Јоулеу, који га је открио почетком 1840-их. То је материјална чињеница са коренима у закону очувања енергије, једно од најосновнијих правила која управљају нашим универзумом. И виђамо га на послу сваки дан; Жаруље са жаруљама не би имале свој леп, чак ни сјај без Јоулеовог закона на послу.
Али чинило се да ова струја крши закон. Не само да се из неких делова чаше дизала пара, већ је врућа тачка (видљива на инфрацрвеној камери) лежерно плесала по њеној површини. Опет и опет у њиховим се експериментима појавиле вруће тачке.
„Ова је чаша једнолична на најмалобројнијој разини“, Химансху Јаин, научник за материјале са Универзитета Лехигх у Бетлехему у Пенсилванији и коаутор рада који описује феномен објављен 26. фебруара у часопису Натуре Сциентифиц Репортс.
Стакло је изолатор и не носи струју добро; колико год мала била, очекује се да већину те струје претвори у топлину. Конвенционално размишљање о првом закону Јоуле предвиђало би да електрична струја чашу равномерно загрева, узрокујући да се она споро топи и деформише, рекао је Јаин за Ливе Сциенце. И у већини околности управо се то догађа.
"Гледали смо омекшавање врућег стакла под електричним пољем," рекао је Јаин, "и то је ствар коју нико раније није учинио."
Испоставило се да је то неуједначено загревање бацало пуно енергије у близини аноде у чашу, тачку улаза за струју. Тако се стакло топило и испарило, чак и док је остало чврсто негде другде. Температуре у жариштима биле су много топлије од остатка чаше. У једном тренутку, једно подручје чаше загрејало се око 1400 Ф (1.400 Ц) за мање од 30 секунди.
Да ли је Јоулеов закон прекршен? Да и не, рекао је Јаин; макроскопски мислећи, изгледало је тако. Микроскопски гледано, одговор би био „не“ - једноставно се више није односио на чашу.
Према првом закону Јоуле-а, једнолично електрично поље требало би да равномерно загрева материјал. Али при високим температурама, електрично поље не загријава само стакло - већ мијења хемијску својство.
Електрична поља се крећу кроз стакло када се позитивно наелектрисани иони (атоми лишени негативно наелектрисаних електрона) испадну из положаја и носе набој преко стакла, рекао је Џаин. Најлакши јони се крећу први, носећи електричну струју.
Стакло је направљено од кисеоника, натријума и силицијума. Натријум, лагано везан лани јон, обавио је већину транспорта енергије. Једном када се довољно натријума померало, променио је хемијски састав чаше у близини аноде. И кад се хемија променила, чаша је више личила на два различита материјала, а Јоулеов закон више није био једнообразан. Настала је жаришта.
Нитко прије није примијетио учинак, рекао је Јаин, вјероватно зато што не пукне док чаша већ није прилично врућа. Материјал у овом експерименту није створио жаришта све док пећ није достигла око 31 ° Ц од око 600 Ф. То није баш вруће за стакло, али много је врелије од услова под којима ради већина електричних машина које користе стакло и струју.
За сада су научници схватили зашто чаша кључа када не би требало. А то је прилично узбудљиво само по себи.
Напомена уредника: Овај чланак је ажуриран како би показао да је Јоулеов закон кршен из једне перспективе, али не и друге, као и да би поправио хемијски састав чаше.
