Fotomoleculair effect: Licht zorgt er ook voor dat water verdampt
Moleculair effect: Licht zorgt ervoor dat het water verdampt – zonder enige warmte
Het is duidelijk dat afzonderlijke fotonen watermoleculen de lucht in kunnen transporteren. Onderzoekers van MIT hebben dit opgemerkt en in verschillende experimenten getest. Het is misschien mogelijk om een 80 jaar oud mysterie in de klimaatwetenschap op te lossen.
© Vladstar/stock.adobe.com (uittreksel)
Het fotomoleculaire effect treedt op overal waar zichtbaar licht op water valt. Dit betekent dat het wijdverspreid van aard zou moeten zijn – van wolkenvorming tot mistvelden tot oceanen en plantentranspiratie.
Soms doet de natuurkunde wonderen. Dit is ook in dit geval het geval: licht kan water niet in wijn veranderen, maar het kan het blijkbaar wel laten verdwijnen. Een team van onderzoekers van het Massachusetts Institute of Technology (MIT) heeft dit waargenomen in een zorgvuldig geplande reeks experimenten. Daarom is het niet alleen hitte die ervoor kan zorgen dat water verdampt; Fotonen die een oppervlak raken waar lucht en water elkaar ontmoeten, kunnen watermoleculen vrijgeven en deze laten stijgen. Dit fotomoleculaire effect, zoals de onderzoekers dit fenomeen noemen, In detail beschreven in het gespecialiseerde tijdschrift PNAS..
Waterverdamping is overal en wij mensen observeren en gebruiken het sinds ons bestaan. Van het zweet dat ons lichaam afkoelt, tot de dauw die verdampt in de ochtendzon, tot de stoommachine. Maar het lijkt erop dat er de hele tijd een belangrijk stukje van de puzzel ontbrak om het proces wetenschappelijk volledig te begrijpen.
Het feit dat zichtbaar licht er ook voor kan zorgen dat water verdampt, zou wijdverspreid in de natuur kunnen voorkomen en enorme gevolgen kunnen hebben voor fundamenteel onderzoek. Dit lost mogelijk een 80 jaar oud mysterie in de klimaatwetenschap op. Metingen hebben in het verleden meerdere keren aangetoond dat wolken meer zonlicht absorberen dan de conventionele natuurkunde voor mogelijk houdt. Het fotomoleculaire effect kan verklaren hoe het zichtbare deel van het zonlicht zowel wolken als thermische straling verwarmt, waardoor de vorming van wolken wordt beïnvloed. Dit zal op zijn beurt gevolgen hebben voor het berekenen van de gevolgen van de klimaatverandering voor de bewolking en de neerslag. Maar op basis van dit effect zijn ook nieuwe industriële toepassingen denkbaar, zoals droogsystemen op zonne-energie.
Ruim 14 verschillende testen en metingen
Er worden nieuwe bedrijven opgebouwd Onderzoeksresultaten uit 2023 op mij. Destijds had de groep onder leiding van Gang Chen, hoogleraar energietechniek aan het MIT, het effect voor het eerst waargenomen en daadwerkelijk beschreven – maar alleen onder zeer speciale omstandigheden, namelijk op het oppervlak van speciaal geprepareerde hydrogels. Nu laten de onderzoekers zien dat de hydrogel voor dit proces niet nodig is; Het komt voor op elk wateroppervlak dat wordt blootgesteld aan licht, of het nu een vlak oppervlak is zoals watermassa's of een gebogen oppervlak zoals waterdamp.
Omdat het effect onverwacht was, probeerde het team het bestaan ervan te bewijzen door middel van verschillende experimenten. In totaal voerden ze 14 verschillende tests en metingen uit om aan te tonen dat water inderdaad verdampt, zelfs als er geen sprake is van warmte. De belangrijkste indicator die herhaaldelijk naar voren kwam in verschillende experimenten was dat de luchttemperatuur gemeten boven het wateroppervlak afkoelt wanneer het water onder zichtbaar licht uit de testcontainer begint te verdampen. Deskundigen schrijven dat dit aantoont dat thermische energie niet de drijvende kracht kan zijn.
Experimenten wijzen uit dat het effect het sterkst is als het licht onder een hoek van 45 graden op het wateroppervlak valt. Ze zijn ook sterker als de fotonen transversaal magnetisch gepolariseerd zijn. Het piekt ook in groen licht, de kleur waarvoor water het meest transparant is, zodat moleculen er minder mee interageren.
“Wie had ooit gedacht dat we nog iets nieuws zouden leren over alledaagse fenomenen zoals waterverdamping?”Shannon Yee, hoogleraar werktuigbouwkunde
De naam “fotomoleculair effect” is een analogie met het foto-elektrische effect, dat in 1887 door Heinrich Hertz werd ontdekt en in 1905 door Albert Einstein werd verklaard. Dit effect was een van de eerste bewijzen dat licht ook deeltjeseigenschappen heeft. Net zoals het foto-elektrische effect elektronen vrijmaakt van materieatomen wanneer ze botsen met een foton, laat het foto-elektrische effect zien dat fotonen hele moleculen vanaf het oppervlak van een vloeistof kunnen lanceren, zeggen de onderzoekers.
“De observaties in het manuscript wijzen op een nieuw fysiek mechanisme dat ons denken over de kinetiek van verdamping radicaal verandert.” zegt Shannon Yee ook, een hoogleraar werktuigbouwkunde aan het Georgia Institute of Technology die niet bij dit werk betrokken was. “Wie had ooit gedacht dat we nog iets nieuws zouden leren over alledaagse fenomenen zoals waterverdamping?”
Sta Javascript toe om de volledige functionaliteit van Spektrum.de te behouden.