Термодинамическая магия

Новая простая технология позволяет охлаждать без потребления энергии

0 873

Физики в Университете Цюриха разработали удивительно простое устройство, позволяющее временно передавать тепло от холодного к теплому объекту без внешнего источника питания. Интересно, что этот процесс изначально противоречит фундаментальным законам физики.

Если на кухонный стол поставить чайник с кипящей водой, он постепенно остынет. Тем не менее, его температура не будет ниже, чем температура стола. Именно этот повседневный опыт иллюстрирует один из фундаментальных законов физики — второй закон термодинамики, который гласит, что энтропия замкнутой природной системы должна возрастать со временем. Или, проще говоря: тепло может течь само по себе только от более теплого к более холодному объекту, а не наоборот.

Охлаждение ниже комнатной температуры

Результаты недавнего эксперимента, проведенного исследовательской группой профессора Андреаса Шиллинга на кафедре физики в Цюрихском университете (UZH), на первый взгляд бросают вызов второму закону термодинамики.

Исследователям удалось охладить кусок меди весом девять граммов с температуры свыше 100 ° C до температуры значительно ниже комнатной без внешнего источника питания. «Теоретически, это экспериментальное устройство может превращать кипящую воду в без использования энергии», — говорит Шиллинг.

Чтобы достичь этого, исследователи использовали элемент Пельтье, который обычно используется, например, для охлаждения мини-баров в гостиничных номерах. Эти элементы могут преобразовывать электрические токи в перепады температур. Исследователи уже использовали этот тип элемента в предыдущих экспериментах в связи с электрическим индуктором, чтобы создать колеблющийся тепловой ток, в котором поток тепла между двумя телами постоянно изменял направление.

В этом сценарии тепло также временно течет от более холодного к более теплому, так что более холодный объект дополнительно охлаждается. Этот вид «теплового колебательного контура» в действительности содержит «тепловой индуктор». Он функционирует так же, как электрический колебательный контур, в котором напряжение колеблется с постоянно меняющимся знаком.

Смотрите также  Qualcomm представил новый топовый процессор для смартфонов: Snapdragon 888
Термодинамическая магия: простая техника позволяет охлаждать горячие материалы ниже температуры окружающей среды без внешнего вмешательства, казалось бы, игнорируя законы физики
© A. Schilling

Законы физики остаются неизменными

До сих пор команда Шиллинга эксплуатировала эти тепловые колебательные контуры только с использованием источника энергии. Теперь исследователи впервые показали, что этот тип теплового колебательного контура также может работать «пассивно», то есть без внешнего источника питания.

По-прежнему происходили тепловые колебания, и через некоторое тепло передавалось непосредственно из более холодной меди в более теплую ванну с температурой 22°C без временного преобразования в другую форму энергии. Несмотря на это, авторам также удалось показать, что процесс не противоречит никаким законам физики. Чтобы доказать это, они рассмотрели изменение энтропии всей системы и показали, что оно увеличивается со временем — в полном соответствии со вторым законом термодинамики.

Хотя команда ученых зафиксировала разницу только около 2°C по сравнению с температурой окружающей среды в эксперименте, это было главным образом из-за ограничений производительности используемого коммерческого элемента Пельтье.

Согласно Шиллингу, теоретически было бы возможно достичь охлаждения до -47°C при тех же условиях, если бы можно было использовать «идеальный» элемент Пельтье, который еще предстоит изобрести: «С этой очень простой технологией любое количество горячего твердого, жидкого или газообразного материала может быть охлаждено до температуры значительно ниже комнатной без какого-либо энергопотребления «.

Пассивная тепловая цепь может использоваться так часто, как это нужно, без необходимости подключения ее к источнику питания. Однако ученые признают, что до широкомасштабного применения этой технологии еще далеко. Одна из причин заключается в том, что доступные в настоящее элементы Пельтье недостаточно эффективны. Кроме того, установка тока требует использования сверхпроводящих индукторов для минимизации электрических потерь.

Смотрите также  Ученые доказали, что вода имеет несколько жидких состояний

«Heat flowing from cold to hot without external intervention by using a ‘thermal inductor'» Science Advances, DOI: 10.1126/sciadv.aat9953 

Войти с помощью: 
Подписаться
Уведомление о
guest
0 Комментарий
Встроенные отзывы
Посмотреть все комментарии
0
Будем рады вашим мыслям, пожалуйста, прокомментируйте.x
()
x