Os físicos descobriram repentinamente que a luz pode evaporar a água sem transferir calor.

Enquanto os telescópios espaciais perscrutam as origens do Universo e os laboratórios reproduzem os fenómenos do mundo quântico, acontece que perdemos algo importante debaixo dos nossos narizes. Uma experiência inesperada mostrou que a luz era capaz de evaporar a água sem transferir calor e o fazia de forma mais eficiente do que o aquecimento. Isto poderia levar a melhores plantas de dessalinização de água e poderia até mesmo mudar os padrões climáticos da Terra.

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Como todos sabem na escola, a evaporação da água ocorre quando moléculas próximas à superfície de um líquido absorvem energia suficiente para escapar para o ar na forma gasosa – na forma de vapor d’água. Cientistas do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT) descobriram que o calor não precisa necessariamente ser usado para evaporação. Você pode evaporar a água usando luz e de forma ainda mais eficiente do que usando calor.

O estudo desta questão foi motivado por inúmeras observações nos últimos anos, quando experimentos com hidrogéis mostraram uma discrepância entre a taxa de evaporação e o calor utilizado para isso. Na prática, a evaporação ocorreu visivelmente mais intensamente do que o aquecimento permitia. Algo estava claramente errado com a física do processo, e os cientistas ficaram interessados ​​nos mecanismos ocultos desse fenômeno, que parecia ter sido exaustivamente estudado ao longo de centenas de anos.

Experimentos básicos mostraram que a causa da intensa evaporação da água pode ser a luz, e não o calor (energia) que ela transfere. Neste caso, a água é transparente à luz visível, o que contradiz o resultado observado. Para testar a hipótese, os cientistas colocaram uma amostra do hidrogel em um recipiente em escala e irradiaram-na sequencialmente com luz de diferentes comprimentos de onda, durante os quais mediram a quantidade de massa perdida ao longo do tempo devido à evaporação. A amostra foi cuidadosamente isolada de equipamentos e lâmpadas para evitar transferência de energia térmica para a água.

As medições mostraram que a água realmente evaporou a uma taxa significativamente superior ao limite térmico permitido. A taxa de evaporação também dependia do comprimento de onda da luz, atingindo um máximo no comprimento de onda correspondente à luz verde. Esta dependência da cor confirma ainda que a taxa de evaporação não está relacionada com a transferência de calor.

A mesma experiência foi repetida no escuro com a amostra de hidrogel aquecida com eletricidade. A intensidade e a potência da corrente eram, em última análise, as mesmas de quando a amostra foi irradiada com luz. Desta vez, a física que conhecemos não falhou – o volume de água evaporada permaneceu dentro dos limites que conhecemos da escola de termodinâmica e foi visivelmente inferior ao que evaporou quando irradiado apenas com luz.

Os autores do estudo chamaram o novo fenômeno de “efeito fotomolecular” e sugeriram que os fótons de luz podem, por assim dizer, separar aglomerados de moléculas de água na superfície do líquido. Provavelmente algo semelhante acontece na natureza, embora os físicos nunca tenham suspeitado de tal processo. Os nossos modelos climáticos podem, portanto, estimar mal o impacto da luz solar nos oceanos e na cobertura de nuvens. A taxa de evaporação pode ser maior e isso terá consequências.

Os cientistas que comprovaram o efeito receberam uma bolsa para futuras pesquisas sobre o fenômeno. Também tem perspectivas práticas. Por exemplo, desta forma é possível criar centrais de dessalinização energeticamente mais eficientes do que as já disponíveis baseadas na evaporação térmica.