Un equipo de científicos ha descubierto una excepción a una ley científica que lleva en vigor más de 200 años que rige cómo se difunde el calor a través de materiales sólidos. 

Esta ley responde al nombre de ley de Fourier que funciona de la siguiente manera: a medida que las moléculas vibran y los electrones se mueven, el calor se difunde desde el extremo más caliente al más frío a una velocidad que es proporcional a la diferencia de temperatura y al área a través de la cual fluye el calor. 

Ahora, 200 años después, este grupo de investigadores liderado por el físico de polímeros KaiKai Zheng de la Universidad de Massachusetts ha descubierto que es un modelo que no funciona a escala nanométrica, tal y como apuntan desde Science Alert.

Para ser exactos, han detectado que, a nivel macroscópico, la ley de Fourier se descompone y ya no predice cómo de rápido o lento se moverá el calor a través de un material sólido. 

El descubrimiento ha llegado gracias a que, siendo translúcidos, estos materiales dejan pasar algunas longitudes de onda de luz.

Esto ha llevado al equipo de Zheng a formarse la siguiente hipótesis: además del calor que se difunde a través de estos materiales sólidos, su translucidez también podría permitir que la energía térmica viaje a través de los materiales en forma de radicación térmica. 

"Esta investigación comenzó con una pregunta simple", explica Steve Granick, un científico de materiales también en la Universidad de Massachusetts. "¿Qué pasa si el calor pudiera transmitirse [a través de sólidos] por otro camino, no solo el que la gente había asumido?"

Para poner a prueba esta pregunta, los científicos pusieron materiales a prueba dentro de una cámara de vacío hecha a medida para eliminar la posibilidad de que el calor se disipara de los materiales a través del aire. 

"Encontrar violaciones [en la ley de Fourier] a escalas macroscópicas sería sorprendente, ya que esto iría más allá del pensamiento estándar de los libros de texto", escriben los investigadores en su artículo, reflexionando sobre su pensamiento antes de los experimentos.

Una vez en la cámara, utilizaron 3 métodos para calentar los materiales y ver cómo se propagaba el calor: un sensor de temperatura colocado directamente en la superficie del material; midiendo el cambio de color de un recubrimiento sensible a la temperatura pintado sobre la muestra; y una cámara infrarroja.

"Los datos muestran que el calentamiento [ocurrió] más rápido de lo que se puede atribuir a la difusión", apuntan los investigadores, "indicando que la radiación contribuye significativamente al flujo de calor durante los primeros tiempos después de un pulso de calor, aunque la contribución relativa de la radiación disminuye a medida que la difusión se vuelve dominante en momentos posteriores."

"No es que la ley de Fourier esté equivocada", aclara Granick, "solo que no explica todo lo que vemos cuando se trata de la transmisión de calor."

El equipo sugiere que los materiales translúcidos irradian calor internamente porque las imperfecciones estructurales actúan como absorbedores y fuentes de calor, permitiendo que el calor se propague de un punto a otro en lugar de difundirse lentamente.

Añaden que sus hallazgos podrían ayudar a los ingenieros a diseñar nuevas estrategias para el manejo del calor en materiales translúcidos, ahora que su estudio proporciona una comprensión ampliada de cómo se propaga el calor en sólidos, aproximadamente 200 años después de que este fenómeno fuera descrito por primera vez en términos matemáticos.