Оказывается, что для испарения воды вовсе не обязательно использовать тепло. Учёные из Массачусетского технологического института (MIT) сделали удивительное открытие: испарение воды может происходить только под действием света, причём даже более эффективно, чем под действием тепла. Это открытие может улучшить наше понимание природных явлений или повысить эффективность систем опреснения воды.
Испарение происходит, когда молекулы воды у поверхности жидкости поглощают достаточно энергии, чтобы улетучиться в воздух в виде газа — водяного пара. Как правило, источником энергии является тепло, а в случае круговорота воды на Земле это тепло поступает в основном от солнечного света.
Однако в последние несколько лет различные группы учёных заметили несоответствия в экспериментах с водой, удерживаемой в гидрогелях. Оказалось, что вода испаряется с гораздо большей скоростью, чем это возможно, исходя из количества тепла, которому она подвергается, иногда втрое превышая теоретически возможную максимальную скорость.
Поэтому в новом исследовании учёные из MIT решили выяснить, как это может происходить. Проведя несколько базовых экспериментов, они предположили, что причиной избыточного испарения является сам свет. Эта идея удивительна, поскольку вода слабо поглощает свет — именно поэтому сквозь неё можно видеть на приличную глубину, если она чистая. Исследование опубликовано в журнале PNAS.
Для реальной проверки гипотезы учёные поместили образец гидрогеля в контейнер на весах, последовательно облучали его светом с разными длинами волн и измеряли количество массы, которое он теряет со временем в результате испарения. Оборудование тщательно контролировалось, а лампы экранировались, чтобы не допустить попадания тепла в систему и не испортить результаты.
И действительно, вода испарялась со скоростью, значительно превышающей допустимую по тепловому пределу. Степень испарения, по-видимому, зависела от длины волны света, достигая максимума при длине волны зеленого света. Эта зависимость от цвета ещё раз подтверждает, что она не связана с теплом.Испарение воды из гидрогеля под действием зеленого света, длина волны которого оказалась наиболее подходящей
Затем исследователи повторили эксперимент в темноте, используя электричество для подачи на гидрогель того же количества тепла, что и в световом эксперименте. Скорость испарения воды оставалась в пределах теплового предела и была значительно ниже той, которая достигалась при световом воздействии.
Авторы назвали новое явление «фотомолекулярным эффектом» и предположили, что фотоны света могут «отщеплять» кластеры молекул воды у поверхности жидкости. Хотя это явление пока наблюдалось только в тщательно контролируемых лабораторных условиях, исследователи утверждают, что оно может происходить и в природе, например в облаках или на поверхности моря, хотя в этих условиях основную работу, вероятно, выполняет тепло.
Команда также предполагает, что фотомолекулярный эффект может быть использован для повышения эффективности таких систем, как опреснение или испарительное охлаждение. Исследователи уже получили грант на изучение возможности его использования в опреснении воды с помощью солнечных батарей, что, по их оценкам, может повысить эффективность в три-четыре раза. Кроме того, они получили финансирование на изучение того, может ли этот эффект искажать климатические модели.
Источник новости: habr.com
