Izquierda:la celda L=30 cm de alto con relación de aspecto G=D/L=1 RBC con placas superior e inferior de 28 mm de espesor D=30 cm de diámetro hechas de cobre recocido térmicamente de conductividad térmica λp =2210Wm −1 K −1 y capacidad térmica cp =0.144Jkg −1 K −1 en TÉl =(TT +TB )/2≈5K , donde TT y TB son las temperaturas típicas de las placas superior e inferior. Desde la placa superior, la mayor parte del calor se elimina a través de la cámara de intercambio de calor hacia el recipiente de helio líquido que se encuentra sobre ella. La temperatura de la placa superior TT (t) se ajusta aproximadamente por la presión en la cámara de intercambio de calor y se ajusta y modula de manera más precisa por el calentador distribuido uniformemente pegado en la ranura en espiral en el lado superior de la placa superior. Un calentador similar entrega calor constante o modulado armónicamente a la placa inferior. La temperatura del flujo convectivo en los lugares que se muestran (distancias en milímetros) se mide con pequeños sensores de Ge (numerados del 1 al 12) y la de las placas con los sensores de Ge finamente calibrados Tt1 , Tt2 , Tb1 y Tb2 incrustado en ellos; vea la fotografía en la parte superior derecha, que muestra sus posiciones y la arboleda del calentador en espiral. Crédito:Cartas de revisión física (2022). DOI:10.1103/PhysRevLett.128.134502
Un equipo de investigadores del Instituto de Instrumentos Científicos que trabaja con un colega de la Universidad Charles, ambos en la República Checa, ha demostrado que el calor fluye de manera más eficiente cuando la temperatura del material a través del cual fluye oscila, en lugar de permanecer constante. En su artículo publicado en la revista Physical Review Letters, el grupo describe los experimentos que realizaron con el calentamiento y enfriamiento de helio en un recipiente y su relevancia para una teoría propuesta hace apenas dos años.
En 1916, el físico John William Strutt, tercer barón de Rayleigh, mostró un ejemplo de flujo de calor oscilante. Llenó un recipiente con un fluido y luego colocó un serpentín caliente debajo y una placa de enfriamiento encima. Esto obligó al líquido a subir y bajar en el recipiente. El efecto se conoce como convección de Rayleigh-Bénard:se puede ver en la acción de las lámparas de lava. Hace dos años, un equipo de la Universidad de Twente propuso que el flujo de calor en un sistema de convección Rayleigh-Bénard sería más eficiente si el calor proveniente de la base fuera oscilante. En este nuevo esfuerzo, los investigadores han demostrado que esta teoría es correcta.
El trabajo consistió en crear un contenedor con un dispositivo de calentamiento en la parte inferior que pudiera moverse a través de un gradiente de temperatura con el tiempo. Y al igual que Strutt, colocaron un dispositivo de enfriamiento en la parte superior. Sin embargo, a diferencia de Strutt, utilizaron un gas en lugar de un líquido, en su caso, helio. También llevaron a cabo sus experimentos a temperaturas más frías que la temperatura ambiente. Para obtener más información sobre el impacto de tales oscilaciones en el calor que fluye a través del sistema, realizaron varias ejecuciones durante las cuales la velocidad de las oscilaciones osciló entre 0,006 y 0,2 Hz.
Descubrieron que, como se predijo, una fuente de calor oscilante movía el calor a través del sistema de manera más eficiente, hasta un 25 % más. La teoría anterior sugería que la mejora en la eficiencia surge debido a una desestabilización entre los límites de los líquidos en la cámara, lo que permite que las áreas líquidas en ellos se muevan entre sí más fácilmente.
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