Новое исследование объяснило, почему солнечный свет испаряет воду эффективнее, чем обычный нагрев. Оказалось, дело в электрическом поле, которое создает свет.

Солнце всегда было лучшим «испарителем» — даже мощная плитка не справляется так хорошо, — говорит Саклайн Раза, ведущий автор работы и аспирант Университета Северной Каролины. — Но до сих пор никто точно не знал, почему. Мы выяснили, что ключевую роль играет электрическое поле.

Это часть большой научной работы, которая поможет создать более эффективные технологии испарения воды, — добавляет соавтор исследования Цзюнь Лю, профессор механики и аэрокосмической инженерии.

Чтобы разобраться, ученые смоделировали процесс испарения и начали менять параметры солнечного света.

Свет — это электромагнитная волна, и у нее есть колеблющееся электрическое поле, — объясняет Лю. — Когда мы убрали это поле, вода испарялась медленнее. А когда оно есть — гораздо быстрее. Чем сильнее поле, тем активнее идет испарение. Именно это отличает свет от обычного нагрева.

Но как именно поле влияет на воду?

При испарении молекулы воды могут улетучиваться поодиночке или целыми группами — кластерами, — говорит Раза. — Обычно происходит и то, и другое.

Электрическое поле особенно хорошо «отрывает» от воды целые кластеры, — продолжает Лю. — Это эффективнее, ведь на разрыв кластера (где много молекул) тратится не больше энергии, чем на одну молекулу.

Ученые проверили это на двух моделях: чистой воды и гидрогеля, пропитанного водой.

Гидрогель — пористый материал, который впитывает и удерживает воду, как губка. Используется в медицине, сельском хозяйстве и даже в подгузниках.

В чистой воде у поверхности почти нет кластеров, — поясняет Раза. — А в гидрогеле их много, потому что они образуются на границе с материалом. Чем больше кластеров у поверхности, тем быстрее идет испарение — электрическому полю есть что «отрывать».

Это первый случай, когда роль кластеров в испарении подтвердили компьютерным моделированием, — подчеркивает Лю.

Если понять механизм до конца, можно:

• Улучшить опреснение воды — сделать его дешевле и быстрее.
• Создать новые системы охлаждения — например, для электроники или зданий.
• Оптимизировать сельское хозяйство — снизить потери воды при поливе.

Отметим, что исследование опирается на моделирование, а не на реальные эксперименты. Хотя расчеты точные, в природе могут быть дополнительные факторы — влажность, примеси в воде, ветер. Без проверки «в поле» выводы остаются теоретическими.

Ранее российский ученый рассказал, как из экстремальной физики появляется новый бизнес.