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Wissenschaftler haben kürzlich den schnellsten Warmwasserbereiter der Welt entwickelt, der über genügend Leistung verfügt, um Wasser von Raumtemperatur auf zu erwärmen. 100.000 Grad Celsius in weniger als a Zehntel Pikosekunde oder Millionstel einer Millionstel Sekunde .
In a neue Studie Ultraschnelle nichtthermische Erwärmung von Wasser durch einen Röntgen-Freie-Elektronen-Laser Forscher haben Wassermoleküle mit starken Röntgenstrahlen gestrahlt, um einen exotischen Wasserzustand zu erzeugen - einen Zustand, über den Wissenschaftler mehr wissen möchten. Ihre Forschung, die im SLAC National Accelerator Laboratory des Energieministeriums durchgeführt wurde, hilft Wissenschaftlern, das besser zu verstehenbesondere Eigenschaften, die mit Wasser bei Temperaturen beobachtet werden, die weit über seinem Plasmapunkt liegen.
Sauerstoff rot und Wasserstoff weiß werden in der Simulation einige Sekundenbruchteile nach dem Experiment gezeigt. Bereits nach 69 Femtosekunden im Experiment wird das Wasser fast vollständig in seine Unterpartikel aufgeteilt.
Konventionelle Heizungen und Mikrowellenherde
Öfen und Öfen gehören zu den traditionelleren Heizmethoden, die normalerweise verwendet werden. Seit Tausenden von Jahren heizen Menschen Objekte, indem sie einfach die Wärme eines Objekts auf ein anderes übertragen. Heute hat die Mikrowelle den Prozess mit einer besonders interessanten Technik modernisiert - Strahlung - speziell Mikrowellenstrahlung .
Mikrowellen sind eine Form von elektromagnetische Strahlung wird unter anderem häufig in Radio-, Fernseh- und Mobilfunkgeräten verwendet. Trotz des alarmierenden Namens sind Mikrowellen nicht ionisierend, was bedeutet, dass sie Atome nicht von ihren Elektronen befreien können.
In einem Mikrowellenherd arbeiten die Wellen mit einer Frequenz, die von Wassermolekülen leicht absorbiert wird. Einzelne Moleküle absorbieren die Wellen und lassen sie vibrieren. Die Energie, die sie gewinnen, wird dann von den Molekülen absorbiert, die das vibrierende Zielmolekül umgeben. Die Energiewird dann im gesamten Objekt verteilt, wodurch die Gesamttemperatur steigt.
Wie der schnellste Warmwasserbereiter der Welt funktioniert
Trotz relativ geringer Fortschritte bei den Heiztechnologien seit der Mikrowelle deuten die jüngsten Fortschritte auf einen völlig neuen Ansatz zum Erhitzen von Wasser hin. Obwohl der Ansatz auf bisher in der Wissenschaft bekannten Technologien beruht, untersucht er eine völlig neue Methode zum Erhitzen von Wasser erheblich schneller als alles andere zuvor.
Das System basiert jedoch auf einem Mechanismus, der zunächst dem einer herkömmlichen Mikrowelle ähnelt. Zunächst werden elektromagnetische Wellen in diesem Fall Röntgenstrahlen auf ein Gewässer gerichtet, das die Energie leicht absorbiert.
„Es ist sicherlich nicht die übliche Art, Wasser zu kochen“ sagte leitender Forscher Caleman vom Zentrum für Freie-Elektronen-Laser-Wissenschaft CFEL an DESY und der Universität Uppsala Schweden. „Normalerweise werden die Moleküle beim Erhitzen von Wasser immer stärker geschüttelt.“
kein gewöhnliches System
Das Besondere an der neuen Technik ist, wie sich das Wasser weiter erwärmt. Wenn die Temperatur schnell ansteigt, werden die Elektronen in den Molekülen zu angeregt, als dass der Kern sie festhalten könnte. Ab einem bestimmten Punkt werden die Elektronen aus dem Atom freigesetztdas Paar aus Wasserstoff und einzelnen Sauerstoffpartikeln als positive Ladungen zurücklassen.
Der Vorgang wird im gesamten Gewässer zufällig wiederholt, wodurch sich schnell eine positive Ladung aufbaut. Die positiven Ladungen im überhitzten Wasser stoßen sich heftig ab und zwingen sich gegenseitig in entgegengesetzte Richtungen. Das Ergebnis ist eine massive Energiefreisetzung in Form vonHitze.
„Unsere Heizung ist grundlegend anders“, bestätigter Caleman . „Die energetischen Röntgenstrahlen stanzen Elektronen aus den Wassermolekülen und zerstören so das Gleichgewicht der elektrischen Ladungen. Plötzlich spüren die Atome eine starke Abstoßungskraft und beginnen sich heftig zu bewegen.“
In weniger als 75 Millionstel eines Milliardstels von einer Sekunde oder 0,000 000 000 000 075 Sekunden das Wasser wechselt die Phase von flüssig zu Plasma. Der Wechsel ist jedoch so schnell, dass das Wasser nicht wie bei herkömmlichen Kochtechniken zuerst in Dampf abkochen kann.
„Während sich das Wasser von Flüssigkeit in Plasma umwandelt, bleibt es in der Dichte von flüssigem Wasser, da die Atome noch keine Zeit hatten, sich signifikant zu bewegen.“ sagte Co-Autor Olof Jönsson von der Universität Uppsala. „Es hat ähnliche Eigenschaften wie einige Plasmen in der Sonne und der Gasriese Jupiter, aber eine geringere Dichte. In der Zwischenzeit ist es heißer als der Erdkern.“
Die Wichtigkeit, die Hitze an zu halten
Wissenschaftler hoffen, durch ihre Forschung ein tieferes Verständnis dafür zu erlangen, wie Wasser mit der Welt um sie herum interagiert. Obwohl es sich um ein besonders Nischengebiet handelt, basiert es auf einer Substanz, ohne die wir nicht existieren können.
„Wasser ist wirklich eine seltsame Flüssigkeit, und ohne seine besonderen Eigenschaften wären viele Dinge auf der Erde nicht so, wie sie sind, insbesondere das Leben.“
„Die Studie gibt uns ein besseres Verständnis dafür, was wir mit verschiedenen Proben machen“ erklärte Co-Autor Nicusor Timneanu von der Universität Uppsala. „Seine Beobachtungen sind auch wichtig für die Entwicklung von Techniken zur Abbildung einzelner Moleküle oder anderer winziger Partikel mit Röntgenlasern.“
Obwohl es üblich ist, ist Wasser lebenswichtig. Jedes Wissen über eine solche lebenswichtige Versorgung könnte sich eines Tages als von unschätzbarem Wert erweisen.
„Wasser ist wirklich eine seltsame Flüssigkeit, und ohne seine besonderen Eigenschaften wären viele Dinge auf der Erde nicht so, wie sie sind, insbesondere das Leben“ Jönsson betont .
Via : DESY News