Чешским физикам удалось увидеть эффект увеличения теплопередачи в газе, запертом между двумя пластинами разной температуры, одна из которых модулировалась со временем. Ранее этот эффект был предсказан лишь теоретически, но никем не наблюдался. Его подтверждение поможет улучшить климатические модели, а также повысить эффективность теплоотвода.

Исследование опубликовано в Physical Review Letters.

При нагреве тела, как правило, расширяются, а их плотность уменьшается. По этой причине возникает конвекция в жидкостях и газах, когда в условиях тяготения нижняя часть среды становится горячее, чем верхняя. Это вызывает встречные потоки вещества, которые могут причудливым образом взаимодействовать. Сложный характер этого процесса очень хорошо иллюстрирует конвекция парафина в масле лавовой лампы.

Конвекция играет важную роль во множестве атмосферных и климатических явлений. В этом случае границы атмосферы сверху и снизу можно представить в виде плоскостей разных температур. Оказалось, что у такой простой задачи можно найти аналитическое решение в виде конвекции Рэлея — Бенара, для которой характерно возникновение упорядоченности.

Модель Рэлея — Бенара, однако, не учитывает множество факторов, в том числе то, что температура поверхности Земли испытывает суточные колебания. Недавно группа теоретиков показала, что этот фактор может ускорять эффективность теплообмена на четверть по сравнению со стационарным случаем. Это достаточно существенный эффект, поскольку его учет может изменить существующие климатические модели, однако пока ничего похожего экспериментаторы не наблюдали, либо наблюдали с ограниченной амплитудой для узкого диапазона частот.

Ладислав Скрбек (Ladislav Skrbek) из Карлова университета с коллегами из Института научной аппаратуры Академии Наук Чехии сообщили о том, что им удалось разрешить это противоречие с помощью новой установки, с бо́льшим, чем у их предшественников, количеством датчиков, а также с более эффективной системой контроля температуры верхней и нижней пластины.