L'evaporazione può spiegare perché i livelli dell'acqua scendono in una piscina piena, ma svolge anche un ruolo importante nei processi industriali che vanno dall'elettronica di raffreddamento alla generazione di energia. Gran parte della fornitura globale di elettricità è generata da impianti a vapore, che sono guidati dall'evaporazione.

Ma determinare quando e quanto velocemente un liquido si convertirà in vapore è stato ostacolato da domande su come e quanto la temperatura cambia nel punto in cui il liquido incontra il vapore, un concetto noto come discontinuità di temperatura. Queste domande hanno reso più difficile creare processi più efficienti utilizzando l'evaporazione, ma ora i ricercatori dell'Università di Houston hanno riportato risposte a ciò che accade in quell'interfaccia, affrontare 20 anni di risultati contrastanti. Il lavoro è stato segnalato nel Journal of Physical Chemistry C .

La discontinuità di temperatura è stata segnalata per la prima volta nel 1999 dai ricercatori canadesi G. Fang e C.A. Reparto, i quali notarono che non erano in grado di spiegare il fenomeno attraverso la meccanica classica. Il nuovo lavoro risolve questo mistero.

Hadi Ghasemi, Cullen Professore Associato di Ingegneria Meccanica presso UH, ha affermato che la nuova intesa elimina il "collo di bottiglia" che ha complicato le previsioni e le simulazioni dei processi che coinvolgono l'evaporazione.

"Abbiamo dimostrato la fisica di ciò che accade nello spazio di poche molecole all'interfaccia e sviluppato accuratamente una teoria sulla velocità di evaporazione, " Ha detto Ghasemi. "Questo ci ha permesso di spiegare tutti i risultati contrastanti che sono stati riportati negli ultimi 20 anni e di risolvere questo mistero".

Oltre a Ghasemi, i coautori del documento includevano il primo autore Parham Jafari, un dottorato di ricerca studente presso UH, e Amit Amritkar, un professore assistente di ricerca presso UH.

I ricercatori hanno affrontato per la prima volta la domanda in laboratorio, ma Ghasemi ha affermato di non essere in grado di ottenere la risoluzione spaziale necessaria per una risposta definitiva. Hanno usato un approccio computazionale per trovare le proprietà del liquido e del vapore entro la lunghezza di poche molecole.

La spiegazione, sviluppata utilizzando il metodo Direct Simulation Monte Carlo, consentirà agli scienziati di simulare in modo più accurato le prestazioni di tutti i sistemi basati sulla teoria dell'evaporazione.

"Con questa comprensione, possiamo sviluppare in modo più accurato simulazioni di prestazioni ed efficienza, oltre a progettare e prevedere il comportamento di sistemi avanzati, " ha detto Ghesemi.

Questo avrebbe applicazioni per l'energia, elettronica, fotonica e altri campi.

Come solo un esempio dell'importanza dell'evaporazione, Ghasemi ha osservato che l'80% dell'energia elettrica a livello globale è generata attraverso impianti a vapore, che funzionano in base a fenomeni di evaporazione.