#Granada Científicos de la UGR aportan nuevos datos sobre una famosa ley de conducción del calor

Ley de Fourier
Ley de Fourier

 

 

La conocida como Ley de Fourier es la ley de conducción del calor que establece la proporcionalidad entre la corriente de calor y el gradiente de temperatura en un material

Investigadores de la Universidad de Granada (UGR) han aportado nuevos datos sobre la conocida como Ley de Fourier, la ley de conducción del calor que establece la proporcionalidad entre la corriente de calor y el gradiente de temperatura en un material.

Su trabajo, titulado A violation of universality in anomalous Fourier’s law y publicado recientemente en la prestigiosa revista Scientific Reports, del grupoNature, demuestra que la anomalía en la conductividad térmica de los materiales de baja dimensión no es universal como se pensaba hasta ahora, sino que depende de algunos detalles microscópicos del material.

Jean-Baptiste Joseph Fourier formuló su famosa ley de conducción del calor en su libro “Théorie Analytique de la Chaleur”, una ley que ha sido ampliamente estudiada y utilizada a lo largo de los últimos 200 años. Ahora, Pablo Hurtado y Pedro L. Garrido, profesores del departamento de Electromagnetismo y Física de la Materia y miembros del Instituto Carlos I de Física Teórica y Computacional de la UGR, han aportado nuevos datos sobre ella.

Desde hace algunos años se sabe que los materiales de baja dimensión (1d o 2d) presentan una anomalía en su conductividad térmica, que crece sin límite con el tamaño del sistema, lo que implica un transporte super-eficiente de la energía y conlleva un sinfín de aplicaciones. La explicación actual de esta anomalía sugiere que es universal, esto es, que su física es independiente de los detalles, dependiendo sólo de unas pocas características globales del sistema. Esta propiedad es una de las ideas más poderosas y fértiles de la física teórica, ya que explica por qué fenómenos aparentemente diferentes muestran la misma física y pueden ser comprendidos dentro del mismo marco teórico. Por ejemplo, la anomalía en la conductividad térmica se puede relacionar con otro problema aparentemente muy diferente: el crecimiento de superficies rugosas, descrito por la ecuación de Kardar-Parisi- Zhang.

Sin embargo, el estudio liderado por la UGR ha demostrado que la anomalía en la conductividad térmica de los materiales de baja dimensión no es universal, ya que depende de algunos detalles del material en el que se dé este fenómeno. Para llegar a esta conclusión, los investigadores han desarrollado un método de escala novedoso que demuestra que, a pesar de la violación de universalidad observada, existe una generalización de la Ley de Fourier para materiales de baja dimensión, que llamamos Ley de Fourier anómala, que describe de manera precisa el transporte de energía en estos sistemas, incluso en regímenes altamente no lineales e independientemente del tamaño del sistema.

El problema plantea un doble interés para los científicos: por un lado, permite entender la anomalía y la violación de la Ley de Fourier tanto a nivel fundamental como microscópico. Por otro lado, tiene gran interés tecnológico por las múltiples posibilidades que plantea para su aplicación en materiales de baja dimensión.

El ejemplo más característico es el grafeno, un material bidimensional formado por láminas mono-atómicas cristalinas de carbono, aunque hay multitud de ejemplos interesantes, desde cadenas moleculares y nanotubos de carbono, pasando por fibras poliméricas y nano-alambres, hasta ejemplos biológicos como la tela de araña. Todos estos materiales muestran conducción térmica anómala debido a su baja dimensionalidad efectiva, y sus aplicaciones son innumerables (fonónica, transistores, diodos e interruptores térmicos, etc.).

“Estos resultados son importantes porque, por un lado, cuestionan la teoría actual basada en la hidrodinámica fluctuante, señalando la existencia de nueva física, pero al mismo tiempo nos señalan y allanan el camino (sin duda más complicado de lo que esperábamos) para resolver este problema bicentenario”, apuntan los investigadores.

El texto de este artículo puede descargarse gratuitamente de la web de Nature:http://www.nature.com/articles/srep38823

Más información en la Universidad de Granada.

 

Ciencia Andaluza: Ladrillos más económicos y resistentes

Ciencia Andaluza
Ladrillo – Pixabay – Ciencia Andaluza

Investigadores del departamento de Física aplicada de la Universidad de Huelva y de las Universidades Estatal Paulista y del Oeste Paulista de Brasil han conseguido nuevos materiales para la elaboración de ladrillos más resistentes a partir de una materia prima con muy bajo coste. El material se extrae directamente de las plantas de gestión de residuos de construcción sin necesitar apenas tratamiento y evita tener que invertir en material de relleno (gravas y arenas), o en cementadores (cemento o cal) para la fabricación de los nuevos bloques.

Actualmente, las exigencias de las normativas europeas y americanas fijan en 6 y 4 megapascales respectivamente, los mínimos que debe cumplir cualquier material que se utilice en construcción. El megapascal es la medida que utilizan para conocer la capacidad de carga para un ladrillo de pared. Sin embargo, los nuevos bloques ideados por los expertos consiguen una resistencia de más de 7 megapascales.

Además de su alta resistencia y menor coste, otra ventaja añadida es que aumenta la cantidad de materiales aprovechables en las plantas de gestión de residuos de la construcción. Hoy día, los materiales derivados del reciclado de tamaño inferior a 4,8 milímetros son desestimados para su uso, pero con la nueva técnica que plantean los expertos de Huelva se utiliza todo el material obtenido tras el proceso al no poner ningún tipo de limitación al tamaño de las partículas de las materias primas reutilizadas.

Fuente de la noticia y más información en Remedios Valseca / Fundación Descubre

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Ciencia Andaluza: se logra predecir la cantidad de energía que producen las centrales fotovoltaicas

Ciencia Andaluza
Ciencia Andaluza

El grupo de Grupo de Investigación y Aplicaciones de Inteligencia Artificial de la Universidad de Málaga ha desarrollado un modelo más preciso para predecir la cantidad de energía que recibirán las centrales fotovoltaicas, lo que permite conocer la electricidad que producirán. El método se basa en inteligencia artificial y reduce en un 25% el error de los actuales sistemas, basados en variables meteorológicas.

Hasta el momento, la radiación solar que llegará a la tierra se estima con imágenes de satélite y con distintos tipos de modelos físicos de la atmósfera, que tienen en cuenta parámetros como el nivel de nubosidad, la humedad o la inclinación del terreno. Una vez obtenida la información, se extrapola a otras situaciones similares, pero con un margen de error que puede llegar al 35%. Esto supone un problema para el sector eléctrico, ya que las empresas están obligadas a informar sobre la cantidad exacta de energía que producirán en sus instalaciones con una antelación de un día.

Más información en la fuente de la noticia: Remedios Valseca / Fundación Descubre 

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Ciencia Andaluza: Miden el impacto del accidente nuclear de Fukushima en el aire de Sevilla

Ciencia Andaluza
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El 11 de marzo de 2011 la central nuclear de Fukushima, la ciudad japonesa donde esta semana ha vuelto a ocurrir un terremoto, liberó multitud de elementos radiactivos a la atmósfera. Investigadores del Centro Nacional de Aceleradores (CNA), en Sevilla, han analizado ahora los que llegaron a la capital hispalense. En concreto, el yodo-131 y el yodo-129, cuyo periodo de desintegración (tiempo necesario para que se desintegren la mitad de los núcleos de una muestra) es, respectivamente, de 8 días y casi 16 millones de años.

A pesar de que la ‘vida’ del yodo-131 es mucho menor que la del yodo-129, el primero presenta una elevada toxicidad, de ahí que sea de gran interés su estudio tras accidentes nucleares. Aunque, precisamente por esa corta vida, una vez ha transcurrido cierto tiempo, ya no se puede evaluar el impacto de este nocivo isótopo, puesto que ya no es detectable.

De este hecho se ha partido para desarrollar el estudio, publicado en el Journal of Environmental Radioactivity, ya que conociendo la cantidad de yodo-129 de una zona se puede conocer la cantidad de yodo-131 que llegó a ese punto, aun habiendo pasado mucho tiempo. Se trata de reconstruir la señal del yodo-131 a partir de la del yodo-129, que permanece mucho tiempo después del accidente.

En este trabajo se han comparado la cantidad de yodo-129 y yodo-131 presente en muestras atmosféricas tomadas en Sevilla durante los meses de marzo y abril de 2011, cuando la nube radiactiva llegó desde Fukushima a España.

Para ello se regristraron medidas de la cantidad de yodo-129 en filtros de alto volumen (para partículas), de carbón activado (para yodo gaseoso) y en agua de lluvia durante los días previos y posteriores al accidente. El yodo-131 ya se midió en su momento en estas muestras, donde aparecía por la catástrofe nuclear. Normalmente los valores no son detectables. Hoy en día ya no es posible detectar el yodo-131 en estas muestras por su corta semivida.

La primera detección de yodo-131 después del accidente de Fukushima en España se tomó en filtros de alto volumen en Sevilla durante el período del 14 al 21 de marzo, seguido de Cáceres y Barcelona.

Más información en la web de la SINC

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Ciencia Andaluza: Demuestran por primera vez que existe una íntima relación entre sistemas magnéticos y ciertos estados de la actividad cerebral

Ciencia Andaluza
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Científicos de la Universidad de Granada han demostrado por primera vez que existe una íntima relación entre varios fenómenos emergentes en sistemas magnéticos, muy estudiados por los físicos de la materia condensada, y ciertos estados de la actividad cerebral.

Los investigadores, que han publicado su trabajo el la revista Neural Networks, han estudiado un modelo de cerebro constituido por una red neuronal balanceada con el 80% de sinapsis (unión entre neuronas) excitadoras (esto es, que favorecen la transmisión de información entre neuronas) y 20% de inhibidoras (que evitan que se transmita esa información).

Curiosamente, el objetivo inicial de los científicos de la UGR era estudiar cómo funciona el cerebro de los autistas, para lo que pretendían desarrollar un modelo matemático que permitiera analizar las conexiones neuronales de esta enfermedad.

Sin embargo, a medida que avanzaba su investigación pudieron demostrar matemáticamente y mediante simulaciones por ordenador la existencia en dicho sistema de un tipo de estado “vidrio de espín” que se corresponde con estados de actividad baja (Down) o actividad alta (UP) observados y descritos ampliamente en el córtex de los mamíferos, incluido el cerebro humano.

Los estados vidrios de espín (‘spin-glassstates’ en inglés) son sistemas magnéticos que han sido largamente descritos en los materiales magnéticos desordenados a baja temperatura y también aparecen en los modelos de redes neuronales artificiales.

 

Más información en la Universidad de Granada.

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Ciencia Andaluza: Nuevo equipo portátil de rayos X para analizar el patrimonio cultural

Ciencia Andaluza Rayos X
Ciencia Andaluza Rayos X

 

El Centro Nacional de Aceleradores, de la Universidad de Sevilla, ha puesto en marcha el primer equipo de microfluorescencia de rayos X confocal de España y el segundo del mundo dedicado al análisis no destructivo de cuadros y otros elementos del patrimonio histórico. Es un dispositivo portátil que permite distinguir in situ las capas pictóricas de una obra, así como entender mejor la técnica pictórica de su autor.

El desarrollo de técnicas no destructivas y no invasivas está presentando una gran evolución en los últimos años a la hora de estudiar obras de arte y el patrimonio cultural. Además, si los equipos son portátiles se pueden llevar estas técnicas a los propios museos, evitando el traslado de las obras a los laboratorios.

Ahora el Centro Nacional de Aceleradores, en Sevilla, ha diseñado un equipo µXRF-CONCHA, es decir, de microfluorescencia de rayos X confocal para el análisis del patrimonio cultural (Micro X-Ray Fluorescence Confocal for Cultural Heritage Analysis, en inglés), que obtiene datos sobre la composición química de una obra con la calidad e información propia de técnicas invasivas, pero sin la necesidad de tomar muestras.

 

Más información en la web del CNA de Sevilla

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Foto:  Wikipedia