Ученые применят холод для более быстрого нагрева

Самый быстрый способ нагреть некоторые материалы — это сначала охладить их. Данная идея параллельна эффекту Мпембы, когда горячая вода иногда замерзает быстрее, чем холодная.

Чтобы разогреть кусок пиццы, вы вряд ли захотите сначала охлаждать ее, но теоретическое исследование предполагает, что охлаждение, как первый шаг перед нагреванием, может быть самым быстрым способом разогрева некоторых материалов.

Концепция похожа на эффект Мпембы, который остается непонятным для ученых до сих пор, так как очень сложно воспроизвести эффект последовательно. Новое исследование — это «способ посмотреть на такие эффекты, как эффект Мпембы, с другой точки зрения», — говорит физик Андрес Сантос из Университета Эстремадуры в Бадахосе (Испания), который не принимал участия в исследовании.

Физики Амит Гал и Орен Раз из Научного института Вейцмана в Реховоте (Израиль), изучали теоретическую систему, называемую моделью Изинга — двумерную сетку атомов, магнитные полюса которых направлены вверх или вниз. В частности, они рассмотрели вариант модели Изинга, в котором соседние атомы направляли свои полюса в противоположные стороны. Такое поведение называется антиферромагнитным. И вот этой системе нагрев может происходить быстрее после фазы предварительного охлаждения.

Для того, чтобы новый эффект проявился, система должна иметь соответствующее свойство, отличное от равномерной температуры, на которое влияет предварительное охлаждение. В противном случае не было бы никакой разницы между системой, которая была предварительно охлаждена и подогрета, и системой, которая просто разогревается.

В случае антиферромагнитной модели Изинга исследователи рассмотрели свойство общей намагниченности, создаваемое всеми атомами, а также то, сколько магнитов направлено в противоположных направлениях. Охлаждение материала может изменить соотношение между этими двумя свойствами так, что нагрев будет впоследствии происходить гораздо быстрее.