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Mecânica

Calor pode ser travado no lugar, sem se espalhar

Redação do Site Inovação Tecnológica - 12/08/2019

Calor pode ser travado no lugar, sem se espalhar
A imagem termal embaixo mostra que, quando a configuração é girada a 0,5 rpm, a parte mais quente (branca) do anel está fixa na parte inferior após vários segundos de movimento. A referência à direita mostra que a parte mais quente se moveu ao redor do anel, acompanhando o movimento.
[Imagem: 10.1126/science.aaw6259]

Travando o calor

O calor pode ser "travado" em uma posição fixa, de onde ele não escapa nem mesmo se você o deixar lá por muito tempo.

Normalmente, uma fonte de calor se difunde através de um material condutor até se dissipar por convecção, por condução ou por radiação, como onda.

Agora, Ying Li e seus colegas da Universidade Nacional de Cingapura usaram o princípio da "simetria anti-paridade-tempo (APT)" para mostrar que é possível confinar o calor em uma pequena região de um anel de metal, sem que ele se espalhe ao longo do tempo.

Esse novo fenômeno poderá ser usado para controlar a difusão de calor de maneiras sofisticadas e otimizar a eficácia em máquinas e equipamentos que precisam de refrigeração.

Calor preso no lugar

"Imagine uma gota de tinta fluindo em uma corrente. Após um curto período de tempo você veria a tinta se espalhar e fluir na direção da corrente. Agora imagine se essa gota de tinta permanecesse do mesmo tamanho e na mesma posição conforme a água fluisse em torno dela. Efetivamente isso é o que nós conseguimos com a propagação do calor em nosso experimento," explicou o professor Cheng-Wei Qiu.

O experimento consiste em dois anéis de metal postos para girar em sentidos opostos, intercalados com uma fina camada de graxa. O movimento de rotação dos anéis age como o fluxo da corrente no exemplo da gota de tinta. Quando o calor é injetado em um ponto do sistema, a energia térmica é capaz de permanecer na posição porque um anel rotativo é "acoplado" ao anel que gira no sentido oposto pelos princípios da simetria APT.

"Pela teoria da mecânica quântica, você pode calcular a velocidade necessária para os anéis. Muito lento ou muito rápido, e você vai quebrar a condição," detalhou Qiu. Quando as condições são quebradas, o sistema age de forma convencional, e o calor é levado adiante enquanto o anel gira.

Uso em equipamentos mecânicos

Dos motores dos automóveis aos computadores, a remoção eficiente de calor é uma exigência de inúmeros sistemas. Atualmente, a maioria das tecnologias é resfriada com um fluxo constante de líquido, que remove o calor por convecção.

Embora a configuração experimental use anéis metálicos de contra-rotação, o mesmo princípio poderia ser aplicado a outras configurações de fluxos. "A percepção é que a circulação vai simplesmente tirar o calor, mas nem sempre é necessariamente tão simples," comentou o pesquisador.

A equipe está agora tentando aumentar o tamanho do experimento. "No momento, nossa configuração está na faixa de centímetros, queremos ampliá-la até o tamanho de motores reais ou sistemas de engrenagens. Os sistemas de engrenagens frequentemente têm mecanismos de contra-rotação similares que geram calor, então desejamos aplicar a teoria para dissipar este calor de forma mais eficiente," disse Qiu.

Bibliografia:

Artigo: Anti-parity-time symmetry in diffusive systems
Autores: Ying Li, Yu-Gui Peng, Lei Han, Mohammad-Ali Miri, Wei Li, Meng Xiao, Xue-Feng Zhu, Jianlin Zhao, Andrea Alù, Shanhui Fan, Cheng-Wei Qiu
Revista: Science
Vol.: 364, Issue 6436, pp. 170-173
DOI: 10.1126/science.aaw6259






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