Panas selalu mengalir dari daerah bersuhu tinggi ke daerah bersuhu rendah – kita semua akrab dengan proses fisik yang dijelaskan oleh hukum kedua termodinamika dalam kehidupan kita sehari-hari. Misalnya, jika kita meletakkan secangkir kopi panas di atas meja, cairan tersebut perlahan-lahan mendingin karena panas berpindah secara difusi ke lingkungan yang lebih dingin. Pada titik tertentu ia mencapai suhu yang sama dengan udara di sekitarnya – kesetimbangan termal tercapai.

Perpindahan panas pada gas dan cairan didasarkan pada tumbukan molekul, yang pergerakannya juga meningkat karena kenaikan suhu, dan perpindahan energi yang terjadi. Proses ini biasanya terjadi secara perlahan dan ke segala arah.

Namun, para peneliti dari Massachusetts Institute of Technology (MIT) kini telah mengamati bentuk lain dari konduksi panas pada bahan sehari-hari: Dalam grafit dingin – misalnya dalam tong pensil – panas tidak berpindah secara difusi dari panas ke panas. wilayah dingin, melainkan dalam satu gelombang cepat. Artinya material yang dipanaskan mendingin dengan kecepatan gelombang suara.

Hingga saat ini, efek ini, yang disebut “suara kedua” karena sangat mirip dengan gelombang suara, hanya dapat diamati pada benda padat pada suhu sangat rendah yaitu empat hingga 14 Kelvin (-274 hingga -264 derajat Celcius) pada bismut, natrium fluorida, dan isotop helium-3 dapat dideteksi.

Para peneliti MIT mempublikasikan hasil penelitian mereka di jurnal Amerika “Science”.

Panas dapat merambat sebagai gelombang dalam grafit yang didinginkan

Para ilmuwan menyebut bunyi kedua sebagai sifat panas yang dapat merambat seperti gelombang suara dalam kasus yang jarang terjadi. Selama perpindahan seperti gelombang ini, panas berpindah dengan cepat dan dalam bentuk terkonsentrasi menjauh dari tempat asalnya dan mendingin dengan cepat.

Para peneliti kini mampu menghasilkan efek yang sangat langka ini pada sepotong grafit. Untuk melakukan ini, mereka mendinginkan mineral hingga -153 derajat Celcius dan menciptakan pola interferensi pada permukaannya menggunakan dua sinar laser bersilangan, yaitu area gelap dan terang bergantian. Area terang kemudian dipanaskan. Sekarang kita memperkirakan panas – seperti kopi panas kita – perlahan-lahan berpindah ke area bersuhu rendah dan mengaburkan pola interferensi – tetapi hal ini tidak terjadi pada potongan grafit.

Sebaliknya, para peneliti mengamati bahwa daerah dingin memanas dengan cepat dan daerah yang sebelumnya hangat menjadi dingin pada saat yang bersamaan. Ini berarti bahwa kesetimbangan termal tidak terbentuk, melainkan pembalikan pola termal.

“Ini benar-benar bertentangan dengan pengalaman kita sehari-hari dan transportasi termal yang umum terjadi di hampir semua material lainnya,” Duncan, salah satu penulis studi tersebut, mengatakan kepada MIT News. “Rasanya seperti suara kedua. Ketika saya melihat ini, saya harus duduk dan berpikir ‘ini tidak mungkin benar’. Namun saya mengulangi eksperimen tersebut dalam semalam untuk melihat apakah hal yang sama terjadi dan ternyata (efeknya) dapat direproduksi.”

Suara kedua untuk mendinginkan peralatan listrik

Para peneliti sekarang berharap secara teknis dapat menggunakan transportasi panas khusus ini di masa depan. Misalnya, masalah pendinginan komponen komputer yang memadai dapat diatasi dengan menggunakan pendingin grafit: ““Perangkat seperti komputer dan elektronik lainnya semakin kecil dan padat, namun hal ini juga membuat semakin sulit untuk menghilangkan panas yang dihasilkan,” kata Nelson, yang juga penulis studi tersebut.

Namun, agar suara kedua benar-benar dapat digunakan untuk tujuan teknis, efeknya harus terjadi pada suhu yang lebih tinggi – yaitu pada suhu kamar. Para peneliti menduga hal ini mungkin terjadi dengan graphene, versi grafit dua dimensi. Hal ini akan diselidiki di masa depan dengan bantuan eksperimen lebih lanjut.