違反熱力學定律? 科學家開發出不用任何能量就能冷卻物體的裝置

熱力學定律非常簡單,通常,來自熱物體的熱量會流到冷物體,直到它們達到相同的溫度,使系統達到平衡狀態。Science Advances報導,蘇黎世大學(University of Zurich,UZH)的物理學家開發了一種令人驚訝的簡單設備,可以暫時允許熱量從冷物體流到熱物體,換句話說,該團隊承認,該設備似乎違反了熱力學第二定律。

該團隊成功在沒有外接電源的情況下,將一塊9克銅片從超過100°C冷卻到室溫2°C。為了達成目標,他們使用了帕爾帖元件(Peltier element)以及電感,帕爾帖元件是一種沒有移動部件卻持久耐用的設備,通常會用在迷你吧和自動填水瓶裡,電感是由磁場變化產生的電流。

使用一層一層的交替型半導體,帕爾帖元件將熱能從裝置的一側傳遞到另一側。當施加電流時,裝置可以產生「熱振盪電路」(thermal oscillating circuit),能量會在物體之間流動,從熱到冷,冷到熱。 當物體接近室溫時,磁場能幫助使溫度變稍微冷一點。

UZH物理系教授Andreas Schilling表示,「理論上,這實驗裝置不使用任何能量就可以將開水變成冰。」

這聽起來很像一台永動機,但研究人員表示,從數學上來說,系統中的熵會隨著時間而增加,這表示它在技術上符合物理定律,所以它不會變成完全不用能量。

該團隊僅實現了低於室溫2°C的冷卻,但Schilling表示,理論上可以實現高達-47°C(-52.6°F)的冷卻。 不過,這只是理論,因為這樣做需要一個尚未發明的「理想」帕爾帖元件以及超導材料,來減少能量損失。

儘管如此,它的潛在工業應用還是非常巨大。

Schilling表示,「利用這種非常簡單的技術,在不會消耗任何能量的情況下,可以冷卻大量的熱固體、液體或氣體材料到室溫以下。 初步來看,這實驗似乎是一種熱力學的魔術,在某種程度上挑戰了我們對熱流的傳統看法。」

該研究已發表在phys.org上。

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