การทำความเข้าใจเกี่ยวกับการนำไฟฟ้าของเหล็กต้องอาศัยความรู้อย่างลึกซึ้งว่าอิเล็กตรอนเคลื่อนตัวไปมารอบๆ อะตอมของเหล็กได้อย่างไร ในโลหะ เช่น เหล็ก อิเล็กตรอนเคลื่อนที่อิสระ ประจุไฟฟ้าและพลังงานความร้อน เหล็กนำไฟฟ้าและความร้อนได้ง่ายเพียงใดนั้นขึ้นอยู่กับว่าอิเล็กตรอนเหล่านี้สามารถเดินทางได้ง่ายเพียงใดที่อุณหภูมิและความดันที่พบบนพื้นผิวโลก ความต้านทานส่วนใหญ่ต่ออิเล็กตรอนเคลื่อนที่นั้นคิดว่ามาจากอะตอมของเหล็กเอง อิเล็กตรอนชนกับอะตอมของเหล็กที่สั่นสะเทือน ทำให้กระแสไฟฟ้าและความร้อนลดลง เหล็กในแกนกลางทำหน้าที่ต่างกันมาก แรงดันในแกนกลางบีบเหล็กให้มากกว่า 1.6 เท่าของความหนาแน่นปกติ และความร้อนที่มากพอจะทำให้อิเล็กตรอนมีความเร็วเพิ่มขึ้น
เรื่องราวดำเนินต่อไปหลังจากแถบด้านข้าง
ตัวป้องกันอันทรงพลัง
อี. ออตเวลล์
ในเดือนกรกฎาคม การวิเคราะห์หินโบราณชี้ให้เห็นว่าสนามแม่เหล็กแรงกล้าได้ปกป้องโลกมาอย่างน้อย 4.2 พันล้านปี การวัดค่าแม่เหล็กใหม่ (เพชรสีน้ำเงิน) ร่วมกับการศึกษาอื่น ๆ ที่แสดงให้เห็นว่าสนามแม่เหล็กของดาวเคราะห์ยังคงแรงอย่างต่อเนื่องตลอดประวัติศาสตร์ของโลก การแรเงาสีแทนแสดงถึงช่วงความแรงของสนามแม่เหล็กสมัยใหม่
แทนที่จะพยายามจำลองสภาพแกนกลางในห้องปฏิบัติการ
นักธรณีฟิสิกส์ Ronald Cohen และ Peng Zhang จากสถาบัน Carnegie Institution for Science และเพื่อนร่วมงานได้สร้างแบบจำลองดิจิทัลโดยละเอียดของเหล็กในแกนโลก ในขณะที่รุ่นก่อนหน้าใช้มุมมองที่เรียบง่ายว่าอิเล็กตรอนสามารถโต้ตอบกันได้อย่างไร ทีมของโคเฮนติดตามกิจกรรมของอิเล็กตรอนแต่ละตัวได้อย่างแม่นยำ
“เราดึงปืนใหญ่ออกมาและคำนึงถึงทุกปฏิสัมพันธ์ที่เป็นไปได้” โคเฮนกล่าว “เราทำการคำนวณแบบเดียวกับที่ใช้ทำนายคุณสมบัติในฟิสิกส์พลังงานสูงที่ Large Hadron Collider”
การจำลองของทีมเริ่มต้นด้วยอะตอมของเหล็กหลายร้อยอะตอมที่อุณหภูมิและความดันที่พบในแกนโลก โปรแกรมคอมพิวเตอร์จะทำการกระทืบแรงควอนตัมทั้งหมดที่กระทำระหว่างอะตอมของเหล็กและอิเล็กตรอนแต่ละอันก่อนที่จะดันอนุภาคทุกตัวไปข้างหน้าเล็กน้อยในเวลา กระบวนการนี้จะเกิดขึ้นซ้ำแล้วซ้ำอีกจนกว่าสแนปชอตเหล่านี้จะสร้างวิดีโอว่าอิเล็กตรอนเคลื่อนที่ไปอย่างไร อนุภาคจำลองจำนวนมหาศาลและการโต้ตอบที่ซับซ้อนระหว่างอนุภาคเหล่านี้ใช้เวลานานมากในการคำนวณ แม้แต่กับซูเปอร์คอมพิวเตอร์ การจำลองก็ไม่สามารถคำนวณค่าการนำไฟฟ้าที่แน่นอนได้ นักวิจัยทำการทดลองซ้ำแล้วซ้ำเล่าจนกว่าโปรแกรมจะสามารถประมาณค่าการนำไฟฟ้าของธาตุเหล็กได้ในปริมาณที่ไม่แน่นอนเพียงพอ
ที่อุณหภูมิถึงระหว่างการทดลองในห้องปฏิบัติการก่อนหน้านี้ การจำลองของ Cohen เห็นด้วยกับการคาดการณ์ค่าการนำไฟฟ้าของเหล็กที่สูงขึ้นก่อนหน้านี้ อย่างไรก็ตาม เมื่ออยู่เหนือระดับ 1,700 องศา การโต้ตอบที่ถูกมองข้ามได้เข้ามาเป็นศูนย์กลาง นอกจากอิเล็กตรอนที่กระจัดกระจายจากอะตอมของเหล็กที่สั่นสะเทือนแล้ว อิเล็กตรอนที่ได้รับพลังงานความร้อนจะข้ามเส้นทางบ่อยขึ้นและเริ่มชนกัน ที่สภาวะแกนกลาง การกระเจิงของอิเล็กตรอน-อิเล็กตรอนนี้มีความสำคัญพอๆ กับการกระเจิงของเหล็กอิเล็กตรอน การเพิ่มนี้ทำให้ความต้านทานไฟฟ้าเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่าซึ่งลดการนำความร้อนเหลือประมาณ 105 W/(m•K) ประมาณครึ่งหนึ่งของค่าประมาณปี 2012 นักวิจัยรายงานเมื่อวันที่ 29 มกราคมธรรมชาติ
“นักธรณีฟิสิกส์สามารถใช้ตัวเลขของเราและทำให้ธรณีฟิสิกส์ทำงานได้” โคเฮนกล่าว “พวกเขาสามารถอธิบายประวัติศาสตร์ของไดนาโมของโลกได้ในแบบที่พวกเขาต้องการและทำมาหลายปีแล้ว”
การประมาณค่าการนำไฟฟ้าแบบใหม่นี้สามารถทำให้ไดนาโมทำงานได้จริง Olson และเพื่อนร่วมงานรายงานในฉบับเดือนมิถุนายนของPhysics of the Earth and Planetary Interiors การใส่ตัวเลขใหม่เข้ากับการจำลองการไหลของความร้อนผ่านภายในโลก ส่งผลให้เกิดไดนาโมที่ขับเคลื่อนด้วยการพาความร้อนก่อนที่แกนในจะก่อตัวขึ้น ในสถานการณ์สมมตินี้ สนามแม่เหล็กจะยังคงเพิ่มความแข็งแกร่งควบคู่ไปกับการก่อตัวของแกนใน Aleksey Smirnov นักธรณีฟิสิกส์จาก Michigan Technological University ใน Houghton กล่าว
นักธรณีฟิสิกส์หลายคนมองโลกในแง่ดีอย่างระมัดระวังว่าค่าการนำความร้อนที่ต่ำกว่าใหม่สามารถช่วยแก้ปัญหาที่ยุ่งยากบางอย่างที่เกิดขึ้นในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาได้ อย่างไรก็ตาม การนำไฟฟ้าแบบใหม่นี้ยังคงเป็นเพียงทฤษฎีเท่านั้น ต้องการผลการทดลองเพื่อยืนยันการกระเจิงของอิเล็กตรอน – อิเล็กตรอนที่อุณหภูมิสูงขึ้น แต่จนถึงตอนนี้ก็ยากที่จะทำ
credit : norpipesystems.com bisyojyosenka.com ronaldredito.org shortstoryoflifeandstyle.com legendaryphotos.net glimpsescience.net themooseandpussy.com balkanmonitor.net syntagma7.org sierracountychamber.net
