Los físicos de la Universidad de Zúrich han desarrollado un dispositivo increíblemente simple que permite que el calor fluya temporalmente de un objeto frío a uno cálido sin una fuente de alimentación externa. Curiosamente, el proceso inicialmente parece contradecir las leyes fundamentales de la física.
Si pones una tetera de agua hirviendo sobre la mesa de la cocina, se enfriará gradualmente. Sin embargo, no se espera que su temperatura caiga por debajo de la de la mesa. Es precisamente esta experiencia cotidiana la que ilustra una de las leyes fundamentales dela física, la segunda ley de la termodinámica, que establece que la entropía de un sistema natural cerrado debe aumentar con el tiempo o, más simplemente: el calor puede fluir solo de un objeto más cálido a un objeto más frío, y no al revésredondo.
Enfriamiento por debajo de la temperatura ambiente
Los resultados de un experimento reciente llevado a cabo por el grupo de investigación del profesor Andreas Schilling en el Departamento de Física de la Universidad de Zurich UZH parecen desafiar a primera vista la segunda ley de la termodinámica. Los investigadores lograron enfriar unpieza de cobre de nueve gramos desde más de 100 ° C hasta significativamente por debajo de la temperatura ambiente sin una fuente de alimentación externa. "Teóricamente, este dispositivo experimental podría convertir el agua hirviendo en hielo, sin usar energía", dice Schilling.
Creando corrientes de calor oscilantes
Para lograr esto, los investigadores usaron un elemento Peltier, un componente comúnmente usado, por ejemplo, para enfriar los minibares en habitaciones de hotel. Estos elementos pueden transformar las corrientes eléctricas en diferencias de temperatura. Los investigadores ya habían usado este tipo de elemento en experimentos anteriores, en conexión con un inductor eléctrico, para crear una corriente de calor oscilante en la que el flujo de calor entre dos cuerpos cambia de dirección perpetuamente. En este escenario, el calor también fluye temporalmente de un objeto más frío a un objeto más cálido para que el objeto más frío se enfríeAdemás, este tipo de "circuito oscilante térmico" en efecto contiene un "inductor térmico". Funciona de la misma manera que un circuito oscilante eléctrico, en el que el voltaje oscila con un signo que cambia constantemente.
Las leyes de la física permanecen intactas
Hasta ahora, el equipo de Schilling solo había operado estos circuitos de oscilación térmica utilizando una fuente de energía. Los investigadores ahora han demostrado por primera vez que este tipo de circuito de oscilación térmica también puede funcionar "pasivamente", es decir, sin fuente de alimentación externa.Todavía se producían oscilaciones térmicas y, después de un tiempo, el calor fluía directamente del cobre más frío a un baño de calor más cálido con una temperatura de 22 ° C, sin transformarse temporalmente en otra forma de energía. A pesar de esto, los autores también pudieron mostrarque el proceso en realidad no contradice ninguna ley de la física. Para probarlo, consideraron el cambio en la entropía de todo el sistema y mostraron que aumentó con el tiempo, de acuerdo con la segunda ley de la termodinámica.
aplicación potencial todavía muy lejos
Aunque el equipo registró una diferencia de solo alrededor de 2 ° C en comparación con la temperatura ambiente en el experimento, esto se debió principalmente a las limitaciones de rendimiento del elemento comercial Peltier utilizado. Según Schilling, en teoría sería posible lograrenfriamiento de hasta -47 ° C en las mismas condiciones, si se pudiera usar el elemento Peltier "ideal", aún por inventar: "Con esta tecnología muy simple, grandes cantidades de materiales sólidos, líquidos o gaseosos calientes podríanse enfríe a muy por debajo de la temperatura ambiente sin ningún consumo de energía "
El circuito térmico pasivo también se puede usar con la frecuencia que se desee, sin la necesidad de conectarlo a una fuente de alimentación. Sin embargo, Schilling admite que una aplicación a gran escala de la técnica aún está muy lejos. Una razón para estoes que los elementos Peltier actualmente disponibles no son lo suficientemente eficientes. Además, la configuración actual requiere el uso de inductores superconductores para minimizar las pérdidas eléctricas.
Percepciones establecidas desafiadas
El físico de la UZH considera que el trabajo es más significativo que un simple estudio de "prueba de principio": "A primera vista, los experimentos parecen ser una especie de magia termodinámica, desafiando en cierta medida nuestras percepciones tradicionales del flujo decalor."
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Materiales proporcionado por Universidad de Zurich . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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