Quando um objeto é exposto ao Sol, ele aquece à medida que absorve a energia dos raios solares e a converte em calor. No entanto, esse aquecimento tem um limite, pois objetos também emitem energia, principalmente na forma de radiação infravermelha ou calor. A Lei de Kirchhoff da radiação térmica, concebida por Gustav Kirchhoff em 1860, estabelece que a eficiência de absorção e a emissividade são iguais para cada comprimento de onda e ângulo de incidência.
Em um marco inovador, pesquisadores conseguiram criar um material que desafia essa lei, rompendo a tradicional relação entre as eficiências de absorção e emissão de energia. Essa descoberta pode ter implicações significativas para sistemas sustentáveis de geração de energia e o desenvolvimento de camuflagens específicas.
(Imagem: Shayegan)
Quebra de Simetria na Lei de Kirchhoff
A quebra na Lei de Kirchhoff foi alcançada por meio de um metamaterial fabricado a partir do semicondutor InAs (arseneto de índio), que apresenta uma resposta significativa a um campo magnético.
No entanto, a chave para esse efeito reside na estrutura criada, em vez da composição química do material: Uma estrutura fina composta por ranhuras que modificam tanto o modo de absorção quanto o de reflexão da radiação eletromagnética. Essas estruturas ressonantes têm sido empregadas para filtrar e amplificar a absorção de infravermelho em detectores térmicos, bem como para capturar a luz em células solares.
Embora o funcionamento do dispositivo dependa de um campo magnético externo para romper a simetria entre absorção e reemissão, o conceito exibe um potencial considerável para aplicações práticas, como a coleta de energia ou a reciclagem de calor.
“Uma das motivações subjacentes à separação entre absorção e reemissão está nos sistemas de coleta de energia. Por exemplo, em um cenário onde um dispositivo de coleta de energia, como um painel solar, reemite parte da energia absorvida de volta para a fonte de energia (o Sol) como calor, essa energia é desperdiçada para usos humanos. Teoricamente, se o dispositivo fotovoltaico – ou outro coletor de energia – redirecionasse a radiação absorvida para longe da fonte e em direção a outro coletor de energia, poderíamos alcançar eficiências mais elevadas na conversão de energia,” explicou Komron Shayegan, o criador e construtor do dispositivo.
Lei de kirchhoff
As leis de Kirchhoff são dois princípios básicos que são usados para analisar circuitos elétricos. Elas foram formuladas pelo físico alemão Gustav Kirchhoff em 1845.
A primeira lei de Kirchhoff, também conhecida como lei dos nós, afirma que a soma das correntes que entram em um nó é igual à soma das correntes que saem do nó. Isso significa que a carga não pode ser criada ou destruída, então a quantidade de carga que entra em um nó deve ser igual à quantidade de carga que sai do nó.
A segunda lei de Kirchhoff, também conhecida como lei das malhas, afirma que a soma das quedas de tensão em um circuito fechado é igual à soma das fontes de tensão no circuito. Isso significa que a energia não pode ser criada ou destruída, então a energia fornecida por uma fonte de tensão deve ser igual à energia dissipada pelos resistores no circuito.
As leis de Kirchhoff são ferramentas valiosas para analisar circuitos elétricos. Elas podem ser usadas para calcular a corrente em qualquer parte de um circuito, a tensão em qualquer parte de um circuito e a potência dissipada por qualquer parte de um circuito.
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