Termodynamická magie umožňuje chlazení bez spotřeby energie.

Fyzici na univerzitě v Curychu vyvinuli překvapivě jednoduché zařízení, které umožňuje dočasný tok tepla ze studeného objektu na horký objekt bez externího zdroje energie. Zajímavé je, že proces se zpočátku zdá být v rozporu se základními zákony fyziky.

Pokud na kuchyňský stůl položíte konvici s vroucí vodou, postupně vychladne. Neočekává se však, že jeho teplota klesne pod teplotu uvedenou v tabulce. Právě tato každodenní zkušenost naznačuje druhý zákon termodynamiky, jeden ze základních zákonů fyziky, že entropie uzavřeného přirozeného systému musí v průběhu času narůstat. Nebo jednodušeji: teplo může proudit pouze z teplejšího objektu do chladnějšího, ne naopak.

Chlazení pod pokojovou teplotu.

Výsledky nového experimentu provedeného výzkumnou skupinou profesora Andrease Schillinga na katedře fyziky na univerzitě v Curychu (UZH) na první pohled zpochybňují druhý zákon termodynamiky. Vědcům se podařilo ochladit devět gramů mědi na teplotu výrazně nižší než teplota místnosti nad 100 ° C bez externího napájení. “Teoreticky by toto experimentální zařízení mohlo přeměnit vařící vodu na led bez použití energie,” říká Schilling.

Vytváření oscilačních tepelných proudů.

K dosažení tohoto cíle vědci použili Peltierův prvek, součást běžně používanou například k chlazení mini barů v hotelových pokojích. Tyto prvky mohou transformovat elektrické proudy na teplotní rozdíly. Vědci již tento typ prvku použili ve spojení s elektrickým induktorem v předchozích experimentech k vytvoření oscilačního tepelného proudu, při kterém tok tepla mezi dvěma tělesy neustále mění směr. V tomto scénáři také teplo dočasně proudí z chladnějšího objektu do teplejšího, čímž se chladnější předmět dále ochladí. Takový „obvod tepelné oscilace“ ve skutečnosti obsahuje „tepelný induktor“. Funguje stejným způsobem jako elektrický oscilační obvod, ve kterém napětí osciluje s neustále se měnícím signálem.

Fyzikální zákony zůstávají nedotčeny.

Schillingův tým dosud napájel tyto tepelné oscilační obvody pomocí zdroje napájení. Vědci nyní poprvé prokázali, že tento typ obvodu tepelné oscilace lze provozovat „pasivně“, tj. Bez externího napájení. Stále docházelo k tepelným oscilacím a po chvíli teplo proudilo přímo z chladnější mědi do teplejší lázně o 22 ° C, aniž by bylo dočasně přeměněno na jinou formu energie. Přesto autoři dokázali prokázat, že tento proces ve skutečnosti neodporuje žádným fyzikálním zákonům. Aby to dokázali, vyhodnotili změnu entropie celého systému a ukázali, že se s časem zvyšuje podle druhého zákona termodynamiky.

Potenciální aplikace je stále daleko

Přestože tým v experimentu zaznamenal pouze rozdíl asi 2 ° C ve srovnání s teplotou místnosti, bylo to hlavně kvůli výkonovým omezením použitého komerčního Peltierova prvku. Podle Schillinga, pokud by bylo možné použít „ideální“ Peltierův prvek, který dosud nebyl vynalezen, by bylo teoreticky možné dosáhnout ochlazení až na -47 ° C za stejných podmínek: „S touto velmi jednoduchou technologií“ Velké množství pevného materiálu, horkých kapalin nebo plynů, Lze jej ochladit na teplotu hluboko pod pokojovou teplotu bez jakékoli spotřeby energie. “

Pasivní tepelné obvody lze použít tolikrát, kolikrát je potřeba bez nutnosti připojení ke zdroji energie. Schilling však připouští, že rozsáhlá aplikace této techniky je stále daleko. Jedním z důvodů je, že aktuálně dostupné Peltierovy prvky nejsou dostatečně účinné. Současná konfigurace také vyžaduje použití supravodivých induktorů, aby se minimalizovaly elektrické ztráty.

Zavedené vnímání je zpochybněno

Fyzik UZH si myslí, že studie je důležitější než pouhá studie „důkazu principu“: „Na první pohled se experimenty zdají jako nějaký druh termodynamické magie a poněkud zpochybňují naše konvenční vnímání toku tepla.“

Zdroj příběhu:

Materiály poskytované University of Zurich. Poznámka: Obsah lze upravovat podle stylu a délky.