La magia termodinamica che consente il raffreddamento senza consumo di energia

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Se metti una teiera di acqua bollente sul tavolo della cucina, si raffredderà gradualmente. Tuttavia, la sua temperatura non dovrebbe scendere al di sotto di quella del tavolo. È proprio questa esperienza quotidiana che illustra una delle leggi fondamentali della fisica – la seconda legge della termodinamica – che afferma che l’entropia di un sistema naturale chiuso deve aumentare nel tempo. O, più semplicemente, mettere: il calore può fluire da solo da un oggetto più caldo a un oggetto più freddo, e non viceversa.

Raffreddamento sotto la temperatura ambiente

I risultati di un recente esperimento condotto dal gruppo di ricerca del Prof. Andreas Schilling presso il Dipartimento di Fisica dell’Università di Zurigo (UZH) sembrano a prima vista sfidare la seconda legge della termodinamicaI ricercatori sono riusciti a raffreddare un pezzo di rame da nove grammi da oltre 100° C a una temperatura significativamente inferiore alla temperatura ambiente senza un alimentatore esterno. “In teoria, questo dispositivo sperimentale potrebbe trasformare l’acqua bollente in ghiaccio, senza usare energia“, ha affermato Schilling.

Creazione di correnti di riscaldamento oscillanti

Per raggiungere questo obiettivo, i ricercatori hanno utilizzato un elemento Peltier, un componente comunemente usato, ad esempio, per raffreddare i minibar nelle camere d’albergo. Questi elementi possono trasformare le correnti elettriche in differenze di temperatura. I ricercatori avevano già utilizzato questo tipo di elemento in esperimenti precedenti, in connessione con un induttore elettrico, per creare una corrente di calore oscillante in cui il flusso di calore tra due corpi cambiava continuamente direzione. In questo scenario, il calore scorre anche temporaneamente da un oggetto più freddo a uno più caldo, in modo che l’oggetto più freddo si raffreddi ulteriormente. Questo tipo di “circuito oscillante termico” in effetti contiene un “induttore termico“. Funziona allo stesso modo di un circuito elettrico oscillante, in cui la tensione oscilla con un segno in continua evoluzione.

Le leggi della fisica rimangono intatte

Fino ad ora, il team di Schilling aveva utilizzato una fonte di energia per questi circuiti oscillanti termici. I ricercatori hanno ora dimostrato per la prima volta che questo tipo di circuito oscillante termico può anche essere utilizzato “passivamente, cioè senza alimentazione esterna. Le oscillazioni termiche si sono continuate a verificare e, dopo un po ‘di tempo, il calore scorreva direttamente dal rame più freddo a un bagno di calore più caldo con una temperatura di 22° C, senza essere temporaneamente trasformato in un’altra forma di energia. Nonostante questo, gli autori sono stati in grado di dimostrare che il processo non è in realtà in contraddizione con le leggi della fisica. Per dimostrarlo, hanno misurato il cambiamento di entropia dell’intero sistema e hanno dimostrato che è aumentato nel tempo – pienamente in accordo con la seconda legge della termodinamica.

La potenziale applicazione è ancora lontana

Il team durante l’esperimento ha registrato una differenza di solo 2° C rispetto alla temperatura ambiente, cosa dovuta principalmente ai limiti prestazionali dell’elemento Peltier commerciale utilizzato. Secondo Schilling, sarebbe teoricamente possibile ottenere un raffreddamento fino a -47 ° C nelle stesse condizioni, se l’elemento Peltier “ideale” – ancora da inventare – potesse essere utilizzato: “Con questa tecnologia molto semplice , grandi quantità di materiali solidi caldi, liquidi o gassosi potrebbero essere raffreddati ben al di sotto della temperatura ambiente senza alcun consumo di energia.”



Il circuito termico passivo potrebbe anche essere usato tutte le volte che lo si desidera, senza la necessità di collegarlo a un alimentatore. Tuttavia, Schilling ammette che un’applicazione su larga scala della tecnica è ancora molto lontana. Una ragione di ciò è che gli elementi di Peltier attualmente disponibili non sono abbastanza efficienti. Inoltre, l’attuale configurazione richiede l’uso di induttori superconduttori per minimizzare le perdite elettriche.

Percezioni stabilite contestate

Il fisico della UZH considera il lavoro più significativo di un semplice studio di “prova di principio“: “A prima vista, gli esperimenti sembrano essere una specie di magia termodinamica che, quindi, sfida in una certa misura le nostre tradizionali percezioni del flusso di calore. ”

Fonte: Università di Zurigo

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