A evaporação pode explicar porque os níveis de água caem em uma piscina cheia, mas também desempenha um papel importante em processos industriais que vão desde o resfriamento de eletrônicos até a geração de energia. Muito do fornecimento global de eletricidade é gerado por usinas a vapor, que são impulsionados pela evaporação.

Mas determinar quando e com que rapidez um líquido se converterá em vapor foi frustrado por questões sobre como - e quanto - a temperatura muda no ponto onde o líquido encontra o vapor, um conceito conhecido como descontinuidade de temperatura. Essas questões tornaram mais difícil criar processos mais eficientes usando evaporação, mas agora os pesquisadores da Universidade de Houston relataram respostas ao que acontece nessa interface, abordando 20 anos de resultados conflitantes. O trabalho foi relatado no Journal of Physical Chemistry C .

A descontinuidade da temperatura foi relatada pela primeira vez em 1999 pelos pesquisadores canadenses G. Fang e C.A. Ala, que notaram que eles não foram capazes de explicar o fenômeno através da mecânica clássica. O novo trabalho resolve esse mistério.

Hadi Ghasemi, Cullen Professor Associado de Engenharia Mecânica na UH, disse que o novo entendimento elimina o "gargalo" que complicou as previsões e simulações de processos que envolvem a evaporação.

"Demonstramos a física do que acontece dentro do espaço de algumas moléculas na interface e desenvolvemos com precisão uma teoria sobre a taxa de evaporação, "Ghasemi disse." Isso nos permitiu explicar todas as descobertas conflitantes que foram relatadas nos últimos 20 anos e resolver este mistério. "

Além de Ghasemi, os co-autores do artigo incluíram o primeiro autor Parham Jafari, um Ph.D. estudante na UH, e Amit Amritkar, um professor assistente de pesquisa no UH.

Os pesquisadores primeiro abordaram a questão no laboratório, mas Ghasemi disse que não foi possível obter a resolução espacial necessária para uma resposta definitiva. Eles usaram uma abordagem computacional para encontrar as propriedades do líquido e do vapor dentro do comprimento de algumas moléculas.

A explicação - desenvolvida usando o método de simulação direta de Monte Carlo - permitirá que os cientistas simulem com mais precisão o desempenho de todos os sistemas com base na teoria da evaporação.

"Com este entendimento, podemos desenvolver simulações de desempenho e eficiência com mais precisão, bem como projetar e prever o comportamento de sistemas avançados, "Disse Ghasemi.

Isso teria aplicações para energia, eletrônicos, fotônica e outros campos.

Como apenas um exemplo da importância da evaporação, Ghasemi observou que 80% da energia elétrica globalmente é gerada por usinas a vapor, que funcionam com base em fenômenos de evaporação.