Forklarer den stigende temperatur ved køling af granulatgasser

En matematiker fra Leicester har udviklet en teori til at forklare 'opvarmning ved køling', hvor temperaturen på en granulatgas stiger, mens den samlede energi falder - et ejendommeligt fænomen, der kan observeres både på Jorden og i rummet.

Granulære gasser er et af de få eksempler, hvor dette videnskabelige mysterium kan observeres. Disse systemer er meget udbredt i naturen i form af aerosoler og røg på jorden, eller i form af interstellært støv, planetringe og proto-planetariske skiver i rummet.

Den fantastiske 'opvarmning ved køling' effekt svarer til, rent fysisk, til en negativ varmekapacitet. Aggregering af granulære gasser er det andet objekt i verden, efter gravitationssystemer, som manifesterer denne forbløffende egenskab.

"Fra gymnasiet lærer vi, at temperatur betyder energi - jo højere temperatur, jo større energi. Hvis et system mister energi, temperaturen falder, "siger professor Nikolai Brilliantov fra University of Leicesters Institut for Matematik, der ledede forskningen. "Overraskende, dette er ikke altid sandt for granulære gasser. "

Den internationale gruppe af forskere har givet et vigtigt fingerpeg om, hvordan granulatgasser fungerer og demonstrerer denne mystiske kvalitet i et papir offentliggjort i tidsskriftet, Naturkommunikation , hvor de har opbygget et solidt matematisk fundament for fænomenet.

De har udarbejdet et nyt matematisk værktøj - generaliserede Smoluchowski -ligninger. Mens klassiske Smoluchowski -ligninger, som har været kendt i mere end et århundrede, beskæftiger sig kun med udviklingen af ​​agglomeratkoncentrationen de nye ligninger beskriver også udviklingen af ​​agglomeraternes temperatur.

Den direkte mikroskopiske modellering af systemet, ved omfattende computersimuleringer, har bekræftet eksistensen af ​​dette overraskende regime og andre forudsigelser af teorien.

Det har også vist sig, på trods af dets særegenhed, 'opvarmning ved køling' kan observeres for mange systemer under naturlige forhold. Imidlertid, mellempartikelkræfterne skal overholde en vigtig forudsætning-tiltrækningsstyrken bør stige med agglomeraternes størrelse.

"Forståelse af forskellige regimer for udviklingen af ​​aggregerende granulatgasser er vigtig for at forstå mange naturfænomener, hvor disse systemer er involveret, "tilføjer professor Brilliantov.