Blogg

Termodynamisk magi möjliggör kylning utan strömförbrukning.

Fysiker vid universitetet i Zürich har utvecklat en överraskande enkel enhet som gör att värme kan strömma tillfälligt från ett kallt objekt till ett hett objekt utan en extern strömkälla. Intressant nog verkar processen initialt motsäga fysikens grundläggande lagar.

Om du lägger en vattenkokare med kokande vatten på köksbordet svalnar den gradvis. Dock förväntas temperaturen inte sjunka under den i tabellen. Det är just denna vardagliga upplevelse som indikerar termodynamikens andra lag, en av fysikens grundläggande lagar, som entropin i ett slutet naturligt system måste öka över tiden. Eller i enklare termer: värme kan bara flyta från ett varmare föremål till ett kallare, inte tvärtom.

Kylning under rumstemperatur.

Resultaten av ett nytt experiment utfört av professor Andreas Schillings forskargrupp vid Institutionen för fysik vid universitetet i Zürich (UZH) verkar vid första anblicken ifrågasätta den andra lagen om termodynamik. Forskarna lyckades kyla en bit av nio gram koppar till en temperatur som var betydligt lägre än rumstemperatur över 100 ° C utan extern strömförsörjning. “Teoretiskt sett kan denna experimentella anordning förvandla kokande vatten till is utan att använda energi”, säger Schilling.

Skapar oscillerande värmeströmmar.

För att uppnå detta använde forskarna Peltier-elementet, en komponent som vanligtvis används för att kyla minibarer i hotellrum, till exempel. Dessa element kan omvandla elektriska strömmar till temperaturskillnader. Forskare hade redan använt denna typ av element i kombination med en elektrisk induktor i tidigare experiment för att skapa en oscillerande värmeström där värmeflödet mellan två kroppar ständigt ändrar riktning. I det här scenariot flödar värmen tillfälligt också från ett kallare föremål till ett varmare, vilket kyler det svalare objektet ytterligare. En sådan “termisk oscillationskrets” innehåller faktiskt en “termisk induktor”. Det fungerar på samma sätt som en elektrisk svängningskrets där spänningen svänger med en ständigt föränderlig signal.

Fysikens lagar förblir intakta.

Fram till nu hade Schillings team drivit dessa termiska oscillerande kretsar med en strömförsörjning. Forskare har nu för första gången visat att denna typ av termisk svängningskrets kan drivas “passivt”, dvs utan extern strömförsörjning. Termiska svängningar inträffade fortfarande och efter ett tag strömmade värmen direkt från kallare koppar till ett varmare 22 ° C värmebad utan att tillfälligt omvandlas till en annan form av energi. Trots detta kunde författarna också visa att processen faktiskt inte stred mot några fysiklagar. För att bevisa det utvärderade de förändringen i hela systemets entropi och visade att det ökar med tiden enligt termodynamikens andra lag.

Potentiell tillämpning är fortfarande långt borta

Även om teamet bara registrerade en skillnad på cirka 2 ° C jämfört med rumstemperatur i experimentet, berodde detta främst på prestandabegränsningarna för det kommersiella Peltier-elementet som användes. Enligt Schilling, om det “ideala” Peltier-elementet, som ännu inte har uppfunnits, skulle kunna användas, skulle det teoretiskt vara möjligt att uppnå nedkylning till -47 ° C under samma förhållanden: “Med denna mycket enkla teknik” Stora mängder fast material, heta vätskor eller gaser, Den kan kylas till en temperatur långt under rumstemperatur utan energiförbrukning. “

Passiva termiska kretsar kan användas så många gånger som behövs utan att behöva anslutas till en strömkälla. Schilling medger dock att en storskalig tillämpning av tekniken fortfarande är långt borta. En anledning är att för närvarande tillgängliga Peltier-element inte är tillräckligt effektiva. Den nuvarande konfigurationen kräver också användning av supraledande induktorer för att minimera elektriska förluster.

Etablerade uppfattningar utmanade

UZH-fysikern tycker att studien är viktigare än bara en “proof-of-princip” -studie: “Vid första anblicken verkar experimenten som någon form av termodynamisk magi och utmanar något våra konventionella uppfattningar om värmeflöde.”

Berättelsekälla:

Material som tillhandahålls av Universitetet i Zürich. Obs! Innehållet kan redigeras efter stil och längd.

Botón volver arriba

Annonsblockerare upptäckt

Du måste ta bort AD BLOCKER för att fortsätta använda vår webbplats TACK