Gevolg: verbeterde ontziltingsinstallaties. Link: https://news.mit.edu/2024/how-light-can-vaporize-water-without-heat-0423
Deze techniek is nieuw dd 23 april 2024! Dus dit is een ideaal onderwerp voor een ProfielWerkStuk PWS! Bouw een demonstratie van dit fenomeen (leg de lat niet te hoog: een demonstratie hoeft niet echt te werken, maar moet de werking visueel zichtbaar maken). Bovendien: de benodigde lasers voor een echt werkende proefopstelling zijn te gevaarlijk voor leerlingen om mee te werken.
Lees het onderzoek: https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2320844121 optimale golflengte: 530 nM.
Downloadlink: https://www.pnas.org/doi/suppl/10.1073/pnas.2320844121/suppl_file/pnas.2320844121.sapp.pdf
Liefst zou ik u een experiment tonen waarmee u zelf water kunt laten verdampen m.b.v. licht. Maar... ik zou nog niet weten hoe!
Benodigdheden (die je natuurlijk niet hebt):
- A high power 532 nm CW laser (CW = Continuous Wave), P = 1,4 W (dat is heel veel voor een laser)
- Objective lenses with focal lengths of 20 mm and 150 mm
Bron: https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2320844121
Fotomoleculair effect: Interactie van zichtbaar licht met de grensvlak van lucht en water
Betekenis We gebruiken 14 verschillende experimenten om het bestaan van het fotomoleculaire effect aan te tonen: fotonen in het zichtbare spectrum splitsen waterclusters af van lucht-watergrensvlakken. We gebruiken laser om enkele lucht-watergrensvlakken te bestuderen en tonen polarisatie, invalshoek en golflengteafhankelijke reacties, met een piek in groen waar bulkwater niet absorbeert. Raman- en infraroodabsorptiespectra en temperatuurverdeling in lucht tonen het bestaan van waterclusters onder licht. We suggereren dat het fotomoleculaire effect een mechanisme biedt om de lang bestaande puzzel van grotere gemeten zonneabsorptie van wolken dan theoretische voorspellingen op basis van optische constanten van bulkwater op te lossen en tonen aan dat zichtbaar licht wolken kan opwarmen. Ons werk suggereert dat fotomoleculaire verdamping veel voorkomt in de natuur.
Samenvatting:
Hoewel water bijna transparant is voor zichtbaar licht, tonen we aan dat de lucht-watergrensvlak sterk interageert met zichtbaar licht via wat we hypothetiseren als het fotomoleculaire effect. In dit effect splitsen transversaal-magnetische gepolariseerde fotonen waterclusters af van het lucht-watergrensvlak. We gebruiken 14 verschillende experimenten om het bestaan van dit effect en de afhankelijkheid ervan van de golflengte, invalshoek en polarisatie van zichtbaar licht aan te tonen. We tonen verder aan dat zichtbaar licht dunne mist opwarmt, wat suggereert dat dit proces van invloed kan zijn op het weer, het klimaat en de watercyclus van de aarde en dat het een mechanisme biedt om de lang bestaande puzzel van grotere gemeten wolkenabsorptie aan zonnestraling op te lossen dan de theorie zou kunnen voorspellen op basis van optische constanten van bulkwater. Onze studie suggereert dat het fotomoleculaire effect wijdverbreid in de natuur zou moeten plaatsvinden, van wolken tot mist, oceaan tot bodemoppervlakken en plantentranspiratie en ook kan leiden tot toepassingen in energie en schoon water.
Verdamping van water is alomtegenwoordig in de natuur en industriële technologieën. Het bekende mechanisme voor verdamping is "thermische verdamping", wat benadrukt dat de energie-input voor verdamping via warmte verloopt. Vanwege de zwakke absorptie van water door zichtbaar licht ( 1 , 2 ), is de eerste stap bij het gebruiken van zonne-energie om water te verdampen meestal door het om te zetten in warmte door middel van fotothermische processen via extra absorberende materialen ( 3 – 9 ). De aanpak van het laten drijven van een poreus materiaal op het wateroppervlak dat wordt blootgesteld aan zonnestraling voor verdamping, d.w.z. verdamping op de grensvlak van de zon ( 6 – 8 ), heeft geleid tot verrassende resultaten dat de verdampingssnelheid de thermische verdampingslimiet kan overschrijden ( 9 – 12 ). Op basis van experimenten met hydrogels stelden we de hypothese op dat zichtbaar licht direct watermoleculaire clusters kan afsplitsen en noemden dit proces het fotomoleculaire effect ( 13 ), naar analogie van het foto-elektrische effect ontdekt door Hertz ( 14 ) en verklaard door Einstein ( 15 ). Verdamping uit poreuze materialen is echter moeilijk te kwantificeren vanwege onbekende interne structuren. Hier gebruiken we een overvloed aan experimentele methoden om interacties van zichtbaar licht (met name lasers) met een enkele lucht-waterinterface te bestuderen. Onze experimenten tonen polarisatie, golflengte en invalshoekafhankelijkheid van het fotomoleculaire effect, dat piekt bij transversaal-magnetisch (TM) gepolariseerd groen licht bij een invalshoek van ~45°. We tonen ook aan dat zichtbaar licht mist kan opwarmen, wat suggereert dat het fotomoleculaire effect een theoretische basis biedt voor het oplossen van een 80 jaar oude puzzel over anomale wolkenabsorptie. Ons werk bevestigt het fotomoleculaire effect als een universeel fenomeen dat wijdverbreid in de natuur voorkomt.
TM-gepolariseerde laser: how can I determine whether my laser light is TM or TE polarized?
Benodigdheden:
532 nm CW laser xxx mW = 532 nanometer Continious Wave laser xxx milliWatt
NB: lasers zijn gevaarlijk voor onze ogen. Van een fel laserlicht is zelfs het licht dat weerkaatst op een oppervlak gevaarlijk. Het dragen van een bril met het juiste filter is noodzakelijk als je met open hoog vermogen lasers werkt. Vanwege het gevaar mogen lasers met een vermogen > 5mW niet in Nederland aan particulieren worden verkocht.