Математики из Массачусетского технологического института и Принстонского университета вывели формулу для определения максимального количества теплоты, которой обмениваются два объекта, разделенные расстоянием меньше ширины человеческого волоса. С использованием формулы можно будет рассчитывать процесс передачи тепла с учетом расстояния и характеристик материала, из которого сделаны объекты. Работа опубликована в журнале Physical Review Letters, о результатах рассказывает сайт MIT.
Чтобы вывести формулу, математики взяли за основу существующую модель, описывающую радиационный теплообмен при протекании электрического тока в обоих взаимодействующих объектах. Ученые добавили в модель два дополнительных ограничения: сохранение энергии — существует предел для количества поглощенной энергии; взаимообмен — каждый объект может рассматриваться в качестве источника или приемника тепла. Для этих условий исследователи вывели простое уравнение, чтобы вычислить верхнюю границу для количества тепловой энергии, которым тела могу обмениваться, находясь на расстоянии в нанометры друг от друга.
Уравнение можно применять к любой паре объектов, независимо от их формы. В качестве демонстрации ученые использовали формулу для расчета максимальной передачи тепла между двумя металлическими пластинами, расположенными на расстоянии нанометра друг от друга, и обнаружили, что они теоретически могут передавать на несколько порядков больше тепла, чем это возможно сейчас. Предварительные расчеты исследователи сделали еще по 20 веществам из таблицы Менделеева, преимущественно металлам.
Инженеры могут использовать формулу, чтобы определять наилучшее сочетание материалов и их положение друг относительно друга для оптимизации теплообмена в наноустройствах.
