Respaldan teoría de Einstein de cómo se mueve el calor en los sólidos

Nuevos hallazgos de investigadores del Oak Ridge National Laboratory (ORNL) del Departamento de Energía de los Estados Unidos han respaldado una teoría propuesta por primera vez por Albert Einstein en 1911 que explica cómo el calor se mueve a través de los sólidos.

En un estudio publicado en la revista Science, los científicos examinaron una clase de materiales conocidos como aislantes térmicos, que bloquean la transferencia de calor, un proceso natural fundamental.

“Vimos evidencia de lo que Einstein propuso por primera vez en 1911: que la energía térmica fluye aleatoriamente de átomo a átomo en los aislantes térmicos”, dijo en un comunicado Lucas Lindsay, científico de materiales de ORNL.

“El salto es adicional al flujo de calor normal a través de la vibración colectiva de los átomos”.

En materiales que conducen calor fácilmente, este salto de energía aleatorio no es muy notable, dijeron los investigadores. Sin embargo, se puede ver en aquellos que son menos capaces de transmitir calor.

Los hallazgos ayudarán a los científicos a comprender mejor cómo viaja el calor en los aislantes térmicos. Esto podría conducir al desarrollo de nuevos materiales que recuperan el calor desperdiciado o previenen la transmisión de calor.

Estos materiales tienen el potencial de reducir drásticamente los costos de energía y las emisiones de carbono, dijo el equipo de ORNL.

Para hacer su descubrimiento, los investigadores utilizaron equipos avanzados de detección de vibraciones y supercomputadoras para detectar el movimiento de los átomos y simular cómo se mueve el calor a través de un cristal fabricado con el elemento químico talio, un aislante térmico.

Descubrieron que la vibración de los átomos en el cristal, que están ordenados en una red cristalina, no contenía suficiente energía para transmitir mucho calor.

Sin embargo, todavía observaron evidencia de transferencia de calor que no se tuvo cuenta en sus predicciones.

“Nuestras predicciones fueron dos veces más bajas de lo que observamos en nuestros experimentos. Inicialmente, estábamos desconcertados”, dijo Lindsay. “Esto condujo a la observación de que otro mecanismo de transferencia de calor debe estar en juego”.

Este “otro mecanismo” es el salto de calor descrito por Einstein.

En la actualidad, este proceso solo puede ser detectable en materiales altamente aislantes, dijo Lindsay, pero también puede estar presente en otros sólidos cristalinos, lo que creará nuevas oportunidades para controlar el calor.