Uma equipa de cientistas, liderada por Himanshu Jain, da Universidade Lehigh, nos Estados Unidos, ficou surpreendida ao realizar uma experiência com vidro derretido que desafiou uma lei física básica.
Se passarmos uma corrente elétrica através de um material, a maneira pela qual a corrente gera calor pode ser descrita pela primeira Lei de Joule. Esta lei já foi observada repetidas vezes, com a temperatura a ser distribuída quando o material em causa é homogéneo ou uniforme.
No entanto, isso não aconteceu na experiência realizada por uma equipa de investigadores da Universidade Lehigh, nos Estados Unidos. Quando os cientistas aplicaram uma corrente elétrica num vidro de silicato, perceberam que apenas uma secção do vidro ficou tão quente que derreteu (e até evaporou).
Além disso, o vidro derreteu a uma temperatura muito mais baixa do que o ponto de ebulição do material. O ponto de ebulição do vidro de silicato puro é de 2.230 graus Celsius. A temperatura mais alta que os cientistas registaram numa peça homogénea de vidro durante esta experiência foi 1.868,7 graus Celsius.
O engenheiro de materiais Himanshu Jain afirmou que os cálculos da equipa não contribuíram para explicar este fenómeno e o motivo pelo qual aconteceu. “Mesmo sob condições muito moderadas, observamos fumaça de vidro que exigiria milhares de graus de temperatura mais alta do que a Lei de Joule poderia prever.”
Segundo o ScienceAlert, em 2015, a mesma equipa relatou que um campo elétrico poderia reduzir a temperatura na qual o vidro amolece em até algumas centenas de graus Celsius. O processo foi chamado de “amolecimento induzido por campo elétrico“. Como este é um fenómeno peculiar, os cientistas decidiram estudá-lo novamente.
Nesta experiência, colocaram pedaços de vidro dentro de um forno e aplicaram de 100 a 200 volts na forma de correntes alternadas e diretas nos materiais. De seguida, um jato fino de vapor emanou onde o ânodo que transportava a corrente entrou em contacto com o vidro.
“Em ambas as experiências, o vidro ficou mais de mil graus Celsius mais quente perto do lado positivo do que no resto do material, o que foi muito surpreendente, considerando que o vidro era totalmente homogéneo”, explicou Jain. As experiências pareciam, então, desafiar a Lei de Joule, e os cientistas precisavam de saber o que realmente se estava a passar.
A Física está a salvo
A equipa decidiu então estudar mais a fundo o fenómeno e descobriu que o vidro já não era tão homogéneo – pelo menos não tanto como no início da experiência. O campo elétrico alterou a sua química e estrutura em nanoescala, numa pequena secção próxima ao ânodo.
(dr)
Esta região aqueceu mais rapidamente do que o resto do vidro, a ponto de se tornar uma fuga térmica – onde um aumento na temperatura é capaz de subir ainda mais a temperatura. Isto significa que o fenómeno observado naquela secção do vidro foi resultado do facto de aquela pequena área ter atingido o ponto de fusão enquanto o resto do material permanecia sólido.
Uma vez que o material deixou de ser homogéneo, a experiência contrariou a Lei de Joule. O artigo científico foi recentemente publicado na Scientific Reports.
Os cientistas apontam que os livros de física talvez precisem de ser revistos, de modo a incorporar a capacidade até então desconhecida de um material perder a sua homogeneidade com a aplicação de uma corrente elétrica.
“Além de demonstrar a necessidade de qualificar a Lei de Joule, os resultados são críticos para o desenvolvimento de novas tecnologias para a fabricação de materiais de vidro e cerâmica”, concluiu Jain.
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