Cientistas desenvolveram um dispositivo que pode quebrar os princípios da lei de radiação térmica de Kirchhoff, interrompendo a relação tradicional entre eficiência de absorção e emissão em um objeto. Essa nova abordagem pode aumentar a eficiência dos sistemas de coleta de energia e afetar as tecnologias de camuflagem.
Se você pegar um objeto e colocá-lo no sol, ele começará a esquentar. Isso ocorre porque está absorvendo energia dos raios solares e convertendo essa energia em calor. Se você deixar esse objeto do lado de fora, ele continuará esquentando, mas apenas até certo ponto. Afinal, um banhista deitado na praia não pega fogo.
Como os objetos (ou pessoas) absorvem energia (luz do sol), eles também emitem energia (radiação infravermelha ou calor). Isso é algo que você pode ter experimentado ao passar por uma parede de blocos em uma tarde de verão e sentir o calor emanando dela.
Entendendo a Lei de Kirchhoff
A conexão entre a capacidade de um objeto de absorver e emitir energia na forma de radiação eletromagnética – suas eficiências de absorção e emissão – há muito é explicada por algo conhecido como lei de Kirchhoff da radiação térmica. A lei, um conceito desenvolvido por Gustav Kirchhoff em 1860, que afirma que as eficiências de absorção e emissividade são iguais em cada comprimento de onda e ângulo de incidência. (Uma explicação mais detalhada da lei de Kirchhoff pode ser encontrada aqui.)
Quebrando a Lei de Kirchhoff
Um novo dispositivo desenvolvido no laboratório de Harry Atwater, o professor Howard Hughes de física aplicada e ciência dos materiais, quebra essa relação normalmente estreita entre as eficiências absorvidas e emitidas de um objeto. A invenção também pode ter implicações importantes para sistemas sustentáveis de coleta de energia e o desenvolvimento de certos tipos de camuflagem.
“A lei de Kirchhoff foi mantida por mais de 150 anos e, embora propostas teóricas para sua violação tenham sido apresentadas antes, esta é a primeira prova experimental de que essa lei pode ser quebrada”, diz Atwater.
Olhando para o futuro da absorção de energia
O estudante de pós-graduação em engenharia elétrica Komron Shayegan, principal autor da nova pesquisa, explica ainda:
“A igualdade ditada pela lei de Kirchhoff tem sido um princípio orientador no projeto de dispositivos que absorvem e emitem energia na forma de radiação, porque ao projetar e medir as propriedades de absorção de um material, obtemos as propriedades emissivas de graça. No entanto, houve uma mudança recente ao projetar emissores/absorvedores, ou seja, estamos tentando ir além de uma simples igualdade de um para um entre a emissividade e a absortividade de um corpo.
“Uma motivação por trás da dissociação dos dois está nos sistemas de coleta de energia. Por exemplo, se um objeto coletor de energia, como um fotovoltaico (painel solar), está reemitindo parte de sua energia absorvida de volta para a fonte de energia (o Sol) como calor, essa energia é perdida para propósitos humanos. Em teoria, se o fotovoltaico – ou outro objeto coletor de energia – reemitisse a radiação absorvida para longe da fonte e em direção a outro objeto coletor de energia, seria possível alcançar eficiências de conversão de energia mais altas.
“Nosso estudo mostra que é possível quebrar a igualdade da lei de Kirchhoff da radiação térmica com um dispositivo colocado em um campo magnético moderado. O próprio dispositivo combina um material que possui uma forte resposta de campo magnético com uma estrutura padronizada que aumenta a absorção e a emissão em comprimentos de onda infravermelhos. O que é particularmente empolgante é que podemos observar o efeito simplesmente aquecendo o dispositivo acima da temperatura ambiente e comparando diretamente a eficiência emissiva com a eficiência absortiva”.
Publicado em 05/08/2023 12h35
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