Δύο "λάθη" που είχαν παραβλεφθεί έως τώρα ανατρέπουν τους ισχύοντες νόμους του φαινομένου της εξάτμισης

Τετάρτη, Νοεμβρίου 24, 2010

Αναζήτηση Θέματος

Πρόσφατο πείραμα ανατρέπει τους νόμους της εξάτμισης, ανοίγοντας νέους δρόμους στην έρευνα για το κλίμα της Γης.

Το φαινόμενο της εξάτμισης συντελείται καθημερινά παντού στη φύση, ακόμη και στο ανθρώπινο σώμα. Εδώ και 130 χρόνια οι φυσικοί το θεωρούσαν απόλυτα γνωστό και κατανοητό. Πρόσφατα, όμως, πολωνοί ερευνητές εντόπισαν δύο «λάθη», και πιο συγκεκριμένα, δύο άγνωστες ως τώρα παραμέτρους στον μηχανισμό της εξάτμισης. Τα συμπεράσματά τους ενδέχεται να ανατρέψουν τα καθιερωμένα στη σύγχρονη Φυσική.

Η ανακάλυψη έγινε τυχαία. «Όχι, φυσικά και δεν υποπτευόμασταν ότι υπάρχει λάθος, με ένα τόσο παλιό θέμα δεν υποπτεύεσαι ότι κάτι μπορεί να μην πηγαίνει καλά» λέει μιλώντας στο «Βήμα» ο Ρόμπερτ Χόλιστ, καθηγητής στο Ινστιτούτο Φυσικής Χημείας της Πολωνικής Ακαδημίας Επιστημών και επικεφαλής της ομάδας ερευνητών που έφεραν την ανατροπή. «Συντάσσαμε έναν καινούργιο κώδικα για τη δυναμική των υγρών και θέλαμε να τον δοκιμάσουμε, γι' αυτό και επιλέξαμε ένα παλιό, γνωστό και απλό θέμα, την εξάτμιση».

Οι προσομοιώσεις στον υπολογιστή, όμως, επιφύλασσαν εκπλήξεις. «Ανακαλύψαμε ότι δύο πράγματα είχαν παραβλεφθεί» επισημαίνει. Το πρώτο ήταν η θερμοκρασία, η οποία τελικά δεν είναι σταθερή, όπως προβλέπει η θεωρία. «Η θερμοκρασία είναι σταθερή στην αρχή και στο τέλος της διαδικασίας, στην κατάσταση του υγρού και στην κατάσταση του ατμού δηλαδή, κατά τη διάρκειά της όμως, όταν συντελείται η μετάβαση από τη μια κατάσταση στην άλλη, είναι διαφορετική σε διάφορα τμήματα του συστήματος». Το δεύτερο ήταν η παρατήρηση μιας μηχανικής ισορροπίας. «Είδαμε ότι το σύστημα εξισορροπεί την πίεση με την ταχύτητα του ήχου», εξηγεί.

Πώς αυτό δεν είχε γίνει αντιληπτό εδώ και περισσότερο από έναν αιώνα; «Και εγώ αναρωτιέμαι γιατί δεν το είχαν δει. Και νομίζω ότι οι λόγοι είναι δύο ή μάλλον τρεις» απαντά ο καθηγητής. «Ο πρώτος έχει να κάνει με τα δεδομένα του James Clerk Maxwell, ενός από τα “είδωλα” της σύγχρονης επιστήμης, ο οποίος έκανε την πρώτη περιγραφή της διαδικασίας της εξάτμισης. Ο Μάξγουελ θεώρησε συμπερασματικά ότι η θερμοκρασία είναι σταθερή καθ΄ όλη τη διάρκεια της διαδικασίας. Και πολλοί τον ακολούθησαν». Η δεύτερη αιτία, όπως συμπληρώνει, αφορά τις μετρήσεις: επειδή πρέπει να ληφθούν υπ΄ όψη πολλές σταθερές, και ιδιαίτερα η σταθερά των αερίων που είναι μια από τις λιγότερο γνωστές στους επιστήμονες, οι πειραματικές μετρήσεις είναι δύσκολες, ενώ συνήθως γίνονται σε μεγάλα δείγματα, που «κρύβουν» αυτού του είδους τα δεδομένα. Ο τρίτος σκόπελος, τέλος, κρυβόταν σε αυτή καθαυτή την απλότητα της εξίσωσης της εξάτμισης. στην οποία το τετράγωνο της διαμέτρου ενός σταγονιδίου μειώνεται γραμμικά με τον χρόνο. «Ο νόμος της εξάτμισης είναι πολύ απλός και όταν οι νόμοι είναι απλοί, οι άνθρωποι δεν νοιάζονται και τόσο γι΄ αυτό που κρύβεται πίσω τους, δεν φαίνονται να έχουν ιδιαίτερα χαρακτηριστικά», τονίζει.

Στον ηλεκτρονικό υπολογιστή, όπου οι πολωνοί ερευνητές έκαναν την έρευνά τους, μπορεί να μελετήσει κανείς την εξάτμιση σε μερικά εκατομμύρια άτομα. «Ένα τέτοιο σύστημα είναι πολύ μικρό, ανήκει στη νανοκλίμακα, αλλά είναι αρκετά μεγάλο ώστε να δει κανείς οποιαδήποτε απόκλιση από τον γνωστό νόμο» λέει ο κ. Χόλιστ. Ως τώρα έχει μελετήσει με τους συνεργάτες του την εξάτμιση ενός υγρού στο κενό και μέσα στον δικό του ατμό. Στα επόμενα πειράματά τους θα μελετήσουν την εξάτμιση υγρών σε διαφορετικούς ατμούς- όπως, για παράδειγμα, την εξάτμιση του νερού στον αέρα. Χρησιμοποιούν μια ηλεκτρική «παγίδα» για να απομονώσουν μεμονωμένα σταγονίδια, τα οποία στη συνέχεια εξετάζουν με ακτίνες λέιζερ. «Με αυτόν τον τρόπο μπορούμε να δούμε την επίδραση της εξάτμισης σχεδόν σαν να τη βλέπουμε με γυμνό μάτι. Αυτό θα μας επιτρέψει να μάθουμε περισσότερα για την εξάτμιση ενός υγρού σε άλλους ατμούς, που είναι και η πιο διαδεδομένη στη φύση. Τα δύο βασικά πράγματα όμως δεν αλλάζουν, και αυτά είναι ότι η θερμοκρασία μεταβάλλεται κατά τη διάρκεια της διαδικασίας και ότι υπάρχει ένα είδος μηχανικής ισορροπίας», εξηγεί ο καθηγητής.

Οι προεκτάσεις της ανακάλυψης αυτής είναι πολλές, από τα μοντέλα για το κλίμα ως τη βιολογία και τη βιομηχανία των καλλυντικών. «Για τους βιολόγους είναι σημαντικό να ξέρουν πόσο γρήγορα ένας οργανισμός χάνει νερό», αναφέρει. Φέρνει ως παράδειγμα τη μελέτη ζωικών πληθυσμών αλλά και την εξολόθρευση εντόμων με ουσίες που αφαιρούν τα έλαια από την επιφάνεια του σώματός τους, ώστε τα υγρά τους να εξατμίζονται και να πεθαίνουν από αφυδάτωση. «Η εξάτμιση και η απώλεια νερού αφορά επίσης τις καλλυντικές κρέμες» προσθέτει. «Ξέρετε, οι κρέμες είναι έλαια αναμεμειγμένα με νερό και άλλα συστατικά και καλύπτοντας την επιδερμίδα, εμποδίζουν την εξάτμιση. Αν το δέρμα χάνει νερό, πολύ γρήγορα δημιουργεί ρυτίδες και καταστρέφεται, ακριβώς όπως καταστρέφεται μια έρημος. Γι΄ αυτό χρησιμοποιούμε έλαια, ώστε να εμποδίζουμε την εξάτμιση και να συγκρατούμε το νερό».

Το ζητούμενο, τώρα, με την περαιτέρω μελέτη και την πλήρη κατανόηση του μηχανισμού, είναι η εξεύρεση ενός γενικού τύπου της εξάτμισης ο οποίος θα επιτρέπει σωστές προβλέψεις για όλες τις ουσίες- κάτι το οποίο δεν υπάρχει σήμερα, αναγκάζοντας τους ειδικούς να καταφεύγουν σε επαναλαμβανόμενα πειράματα για κάθε διαφορετική ουσία. Αυτή θα είναι για τον κ. Χόλιστ και η μεγαλύτερη συμβολή των ερευνών του. «Μια εδραιωμένη γνώση, ένας τύπος της εξάτμισης που θα ισχύει σήμερα αλλά και σε χίλια χρόνια. Στους φοιτητές μου φέρνω ως παράδειγμα το μοντέλο του ιδανικού αερίου, που ήταν πολύ καλό τον 19ο αιώνα, όταν αναπτύχθηκε, εξακολουθεί να είναι πολύ καλό σήμερα και θα είναι πολύ καλό και σε χίλια χρόνια. Τα οικονομικά συστήματα αλλάζουν, οι κυβερνήσεις αλλάζουν, αλλά το μοντέλο του ιδανικού αερίου θα υπάρχει για πάντα».

Οι ωκεανοί και οι θάλασσες καλύπτουν περίπου το 70% της επιφάνειας της Γης και η εξάτμιση των νερών τους αποτελεί βασικό ρυθμιστικό παράγοντα για το κλίμα του πλανήτη. «Ο περισσότερος κόσμος μιλάει για το διοξείδιο του άνθρακα, οι υδρατμοί όμως αποτελούν το πιο σημαντικό αέριο στην ατμόσφαιρα που επηρεάζει το κλίμα. Αν δεν έχουμε καλή κατανόηση των μηχανισμών της εξάτμισης, δεν μπορούμε να κάνουμε σωστές εκτιμήσεις για την επίπτωση που μπορεί να έχει αυτή η διαδικασία στο κλίμα. Νομίζω ότι πρέπει να γίνουν πολλά προς αυτή την κατεύθυνση», αναφέρει ο κ. Χόλιστ.

Φαινόμενο της εξάτμισης - Evaporation

Φέρνει ως παράδειγμα τον τύπο Hertz - Knudsen, που χρησιμοποιείται για την περιγραφή της εξάτμισης του νερού στον αέρα και στον οποίο, εισάγοντας τα δεδομένα σύμφωνα με τις νέες ανακαλύψεις, διαπιστώθηκε απόκλιση σε συντελεστή ίσο με το δύο. «Θα πει κανείς τι είναι ένας συντελεστής ίσος με το δύο, ότι δηλαδή η δύναμη της εξάτμισης είναι δύο φορές μεγαλύτερη από ό,τι νόμιζα; Είναι όμως πολύ. Για να δώσω ένα παράδειγμα, χρησιμοποιήσαμε δεδομένα συναδέλφων μας στη δική μας προσομοίωση για να ελέγξουμε τον συντελεστή διάχυσης ενός αερίου, πώς δηλαδή κινούνται τα μόρια του αερίου, και βρήκαμε ότι κινούνται δέκα φορές πιο αργά. Το δέκα είναι μια τάξη μεγέθους, στη Φυσική αυτό είναι πολύ», αναφέρει.

Πηγή: tovima.gr (Άρθρο: Λαλίνα Φαφούτη)