Elektrik akımı ve silikat cam ile çalışan bilim insanlarından oluşan bir ekip, camın temel fizik yasasına meydan okumasından sonra adeta şok oldular.
Elektrik akımını bir materyalden geçirdiğinizde oluşturduğu sıcaklık Joule yasasına göre tanımlanır. Materyal homojen olduğunda, sıcaklığın her zaman eşit durumda dağılmış olduğu tekrar tekrar gözlemlenmiştir.
Fakat bu son yapılan deneyde böyle olmamıştır. Silikat camın sadece ama sadece bir bölümü ısınarak erimiş ve hatta buharlaşmıştır. Üstelik bunu malzemenin kaynama noktasından çok daha düşük bir sıcaklıkta yapmıştır.
Saf silikat camın kaynama noktası 2.230 santigrat derecedir. Deney esnasında, araştırmacıların kaydettiği en yüksek sıcaklık homojen bir silikat cam parçası içinde 1.868,7 santigrat derecedir.
Lehigh Üniversitesi’nden mühendis ve malzeme bilimci Heanshu Jaino “Sadece standart Joule ısısı olarak gördüğümüz bu duruma, yapılan hesaplamalar bir açıklama getirmedi. Çok ılımlı koşullar altında bile, Joule yasasının öngördüğünden binlerce derece yüksek sıcaklık gerektiren cam buharı gözlemledik ! ” dedi.
Corning Incorporated şirketinden Jain ve meslektaşları, bir önceki çalışma makalesinde ,bu fenomen hakkındaki araştırmalarından söz ettiler. 2015 yılındaki bir raporlarında, bir elektrik alanının, camın yumuşama sıcaklığını birkaç yüz dereceye kadar azaltabildiğini bildirdiler. Buna “elektrik alan kaynaklı yumuşama” dediler.
Bu , kesinlikle kendine özgü bir fenomendi ve bu yüzden başka bir deney daha yaptılar. Bir fırına cam parçaları koydular ve 100 den 200 volta kadar hem direk hem de alternatif akım uyguladılar.
Daha sonra, akımı ileten anodun cama temas ettiği noktadan ince bir buhar parçası yayıldı.
Jain, “Deneyimizde, kullandığımız cam, pozitif tarafın yanındaki camın geri kalan kısımdan ve bin dereceden daha fazla ısındı. Başlangıçta camın tamamen homojen olduğu göz önüne alındığında bu çok şaşırtıcıydı,” dedi.
Bu Joule yasasına gör biraz uçuk görünüyor ve bu yüzden ekip bunu daha yakından araştırdı – ve camın başlangıçta olduğu kadar homojen olmadığını tespit etti. Elektrik alanı anoda yakın küçük bir bölümde ,camın nano ölçekte kimyasını ve yapısını değiştirmişti.
Bu bölge, termal kaçak noktasına gelinceye kadar camın geri kalanından daha hızlı bir şekilde ısınmaktadır. (Sıcaklıktaki bu artış , geri besleme döngüsünde sıcaklığı daha da arttırmaktadır.)
Görünen o ki, yapısal değişimin ve dramatik ısının bu noktasında, malzemenin geri kalanı katı kalırken küçük bir cam alanı erime noktasına ulaşmaktadır.
Araştırmacılar makalelerinde,“Elektronik olarak iletken metallerin ve yarı iletkenlerin aksine, iyonik iletken camın ısıtılması, nano ölçekli bir alkali oluşumu ile zamanla son derece homojen olmakta – başka yerlerde katı halde kalırken bile anodun yanında camın eridiği bölge buharlaşır,” diye belirttiler.
Başka bir deyişle materyal artık homojen değildir. Bunun anlamı, cam ısıtma deneyi tam da Joule yasasını nasıl uyguladığımıza bağlı olarak değişmiyor.
Bu güne kadar, elektrik akımı uygulaması ile bir malzemenin aslında homojenliğini kaybedebileceğini bilmedik. Bu heyecan verici bir sonuç .( Mesele şu ki, hiç kimse daha önce bu kadar yüksek sıcaklıkta camı ısıtmayı denememişti.)
Evrenin fizik kuralları halen yerinde duruyor, bir parça cam bu kuralları değiştirmiş değil. Fakat bu etkiyi de göz önünde bulundurarak Joule yasasında , biraz değişiklik yapılması gerekebilir.
Ve ,tabiki bu bize başka şekillerde de yardımcı olabilecek bir başka anlayış.
Jain , “Joule yasasının hakkını teslim etmenin de yanı sıra, cam ve seramik malzemelerin üretimi ve imalatında yeni teknolojiler geliştirmek için sonuçlar kritik öneme sahip, ” dedi
Makale aslı : https://www.nature.com/articles/s41598-019-39431-8 sitesinde yayınlanmıştır.
Çeviri: İbrahim Özkaraca