Hvordan man termisk dækker et objekt

Kan du mærke varmen? Til et termisk kamera, som måler infrarød stråling, varmen, vi kan mærke, er synlig, som varmen fra en rejsende i en lufthavn med feber eller kulden fra et utæt vindue eller dør om vinteren.

I et papir udgivet i Proceedings of the Royal Society A:Matematisk, Fysisk og ingeniørvidenskab , en international gruppe af anvendte matematikere og fysikere, herunder Fernando Guevara Vasquez og Trent DeGiovanni fra University of Utah, rapportere en teoretisk måde at efterligne termiske objekter eller gøre objekter usynlige for termiske målinger. Og det kræver ikke en romulansk tilslagsindretning eller Harry Potters usynlighedskappe.

Metoden muliggør finjustering af varmeoverførsel, selv i situationer, hvor temperaturen ændres i tid, siger forskerne. En applikation kan være at isolere en del, der genererer varme i et kredsløb (sig f.eks. en strømforsyning) for at forhindre, at den forstyrrer varmefølsomme dele (f.eks. et termisk kamera). En anden anvendelse kan være i industrielle processer, der kræver nøjagtig temperaturkontrol i både tid og rum, f.eks. styring af afkøling af et materiale, så det krystalliserer på en bestemt måde.

Tilsløring eller usynlige enheder har længe været elementer i fiktive historier, men i de senere år har forskere og ingeniører undersøgt, hvordan man kan bringe science fiction til virkelighed. En tilgang, ved hjælp af metamaterialer, bøjer lyset på en sådan måde, at det gør et objekt usynligt.

Ligesom vores øjne ser objekter, hvis de udsender eller reflekterer lys, et termisk kamera kan se et objekt, hvis det udsender eller reflekterer infrarød stråling. I matematiske termer, et objekt kunne blive usynligt for et termisk kamera, hvis varmekilder placeret omkring det kunne efterligne varmeoverførsel, som om objektet ikke var der.

Nyheden i teamets tilgang er, at de bruger varmepumper frem for specialfremstillede materialer til at skjule objekterne. Et enkelt husstandseksempel på en varmepumpe er et køleskab:for at afkøle dagligvarer pumper det varme fra interiøret til det ydre. Brug af varmepumper er meget mere fleksibel end brug af omhyggeligt udformede materialer, Siger Guevara. For eksempel, forskerne kan få et objekt eller en kilde til at fremstå som et helt andet objekt eller en anden kilde. "Så i hvert fald set fra termiske målinger, "Guevara siger, "de kan få et æble til at fremstå som en appelsin."

Forskerne udførte det matematiske arbejde, der var nødvendigt for at vise, at, med en ring af varmepumper omkring et objekt, det er muligt termisk at skjule et objekt eller efterligne varmesignaturen for et andet objekt.

Værket forbliver teoretisk, Guevara siger, og simuleringerne antager en "sonderende" punkt varmekilde, der ville reflektere eller bøje rundt om objektet - den termiske ækvivalent af en lommelygte i et mørkt rum.

Temperaturen på den sonderende kilde skal være kendt på forhånd, en ulempe ved værket. Imidlertid er tilgangen inden for rækkevidde af den nuværende teknologi ved hjælp af små varmepumper kaldet Peltier-elementer, der transporterer varme ved at føre en elektrisk strøm over et metal-metal-kryds. Peltier -elementer er allerede meget udbredt i forbruger- og industrielle applikationer.

Forskerne forestiller sig, at deres arbejde kan bruges til nøjagtigt at kontrollere temperaturen på et objekt i rum og tid, som har applikationer til beskyttelse af elektroniske kredsløb. Resultaterne, siger forskerne, kan også anvendes på nøjagtig levering af lægemidler, da matematikken om varmeoverførsel og diffusion ligner dem for overførsel og diffusion af medicin. Og, tilføjer de, matematikken om, hvordan lys opfører sig i diffuse medier såsom tåge, kan også føre til applikationer i visuel tilsløring.

Ud over Guevara og DeGiovanni, Maxence Cassier, CNRS -forsker ved Fresnel Institute i Marseille, Frankrig og Sébastien Guenneau, CNRS -forsker, UMI 2004 Abraham de Moivre-CNRS, Imperial College London, London, Storbritannien var medforfatter til undersøgelsen.