Termodynamisk magi muliggør afkøling uden energiforbrug

Fysikere ved universitetet i Zürich har udviklet en utrolig enkel enhed, der tillader varme at strømme midlertidigt fra en kold til en varm genstand uden en ekstern strømforsyning. Spændende nok, processen ser i første omgang ud til at modsige fysikkens grundlæggende love.

Hvis du lægger en tekande kogende vand på køkkenbordet, det vil gradvist afkøle. Imidlertid, dens temperatur forventes ikke at falde til under tabellen. Det er netop denne hverdagsoplevelse, der illustrerer en af ​​de fysiske grundlove - termodynamikkens anden lov - der siger, at entropien i et lukket natursystem skal stige med tiden. Eller, mere enkelt sagt:Varmen kan kun strømme af sig selv fra en varmere til en koldere genstand, og ikke omvendt.

Afkøling under stuetemperatur

Resultaterne af et eksperiment for nylig udført af forskergruppen hos Andreas Schilling ved Institut for Fysik ved Zürich Universitet (UZH) ser ved første øjekast ud til at udfordre termodynamikkens anden lov. Det lykkedes forskerne at afkøle et ni gram stykke kobber fra over 100 ° C til betydeligt under stuetemperatur uden en ekstern strømforsyning. "Teoretisk set denne eksperimentelle enhed kunne gøre kogende vand til is, uden at bruge energi, "siger Schilling.

Oprettelse af oscillerende varmestrømme

For at opnå dette, forskerne brugte et Peltier -element, en almindeligt anvendt komponent, for eksempel, at afkøle minibarer på hotelværelser. Disse elementer kan omdanne elektriske strømme til temperaturforskelle. Forskerne havde allerede brugt denne type element i tidligere forsøg, i forbindelse med en elektrisk induktor, at skabe en oscillerende varmestrøm, hvor varmestrømmen mellem to kroppe konstant ændrede retning. I dette scenario, varme strømmer også midlertidigt fra en koldere til en varmere genstand, så den koldere genstand køles yderligere ned. Denne form for "termisk oscillerende kredsløb" indeholder i virkeligheden en "termisk induktor". Det fungerer på samme måde som et elektrisk oscillerende kredsløb, hvor spændingen svinger med et tegn i konstant forandring.

Fysikkens love forbliver intakte

Indtil nu, Schillings team havde kun betjent disse termiske oscillerende kredsløb ved hjælp af en energikilde. Forskerne har nu for første gang vist, at denne form for termisk oscillerende kredsløb også kan betjenes "passivt", dvs. uden ekstern strømforsyning. Termiske svingninger forekom stadig, og efter et stykke tid, varme strømmede direkte fra det koldere kobber til et varmere varmebad med en temperatur på 22 ° C, uden midlertidigt at blive omdannet til en anden form for energi. På trods af dette, forfatterne kunne også vise, at processen faktisk ikke modsiger fysiske love. For at bevise det, de overvejede ændringen i hele systemets entropi og viste, at det steg med tiden - fuldt ud i overensstemmelse med termodynamikkens anden lov.

Potentiel applikation er stadig langt væk

Selvom teamet kun registrerede en forskel på ca. 2 ° C i forhold til den omgivende temperatur i forsøget, dette skyldtes hovedsageligt ydelsesbegrænsningerne for det kommercielle Peltier -element, der blev brugt. Ifølge Schilling, det ville i teorien være muligt at opnå afkøling på op til -47 ° C under de samme betingelser, hvis det "ideelle" Peltier -element - endnu ikke opfundet - kunne bruges:"Med denne meget enkle teknologi, store mængder varmt fast stof, flydende eller gasformige materialer kunne afkøles til et godt stykke under stuetemperatur uden energiforbrug. "

Det passive termiske kredsløb kan også bruges så ofte som ønsket, uden at skulle tilslutte den til en strømforsyning. Imidlertid, Schilling indrømmer, at en storstilet anvendelse af teknikken stadig er langt væk. En grund til dette er, at de Peltier -elementer, der i øjeblikket er tilgængelige, ikke er effektive nok. Desuden, den nuværende opsætning kræver brug af superledende induktorer for at minimere elektriske tab.

Etablerede opfattelser udfordret

UZH-fysikeren betragter arbejdet mere betydningsfuldt end blot et "principielt bevis" studie:"Ved første øjekast, eksperimenterne synes at være en slags termodynamisk magi, og udfordrer derved i nogen grad vores traditionelle opfattelser af varmestrømmen. "