La magia termodinamica che consente il raffreddamento senza consumo di energia / The thermodynamic magic that allows cooling without energy consumption

 La magia termodinamica che consente il raffreddamento senza consumo di energia / The thermodynamic magic that allows cooling without energy consumption

Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa

I risultati di un 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 termodinamica

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 ad un oggetto più freddo, e non viceversa.

Raffreddamento sotto la temperatura ambiente

I risultati di un 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 termodinamica. I ricercatori sono riusciti a raffreddare un pezzo di rame da nove grammi da oltre 100° C ad 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 ad 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 gruppo 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 ad 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 gruppo 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 ad 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. ”

ENGLISH

The results of an experiment conducted by Prof. Andreas Schilling's research group at the Department of Physics at the University of Zurich (UZH) appear at first glance to challenge the second law of thermodynamics

If you place a teapot of boiling water on the kitchen table, it will gradually cool down. However, its temperature should not drop below that of the table. It is precisely this daily experience that illustrates one of the fundamental laws of physics – the second law of thermodynamics – which states that the entropy of a closed natural system must increase over time. Or, more simply, put: heat can flow by itself from a hotter object to a colder object, and not vice versa.

Cooling below room temperature

The results of an experiment conducted by Prof. Andreas Schilling's research group at the Department of Physics at the University of Zurich (UZH) appear at first glance to challenge the second law of thermodynamics. The researchers managed to cool a nine-gram piece of copper from over 100°C to significantly lower than room temperature without an external power supply. “In theory, this experimental device could turn boiling water into ice, without using energy,” Schilling said.

Creation of oscillating heating currents

To achieve this, the researchers used a Peltier element, a component commonly used, for example, to cool minibars in hotel rooms. These elements can transform electric currents into temperature differences. The researchers had already used this type of element in previous experiments, in connection with an electrical inductor, to create an oscillating heat current in which the heat flow between two bodies continuously changed direction.

In this scenario, heat also flows temporarily from a colder object to a hotter one, so that the colder object cools further. This type of “thermal oscillating circuit” actually contains a “thermal inductor.” It works the same way as an oscillating electrical circuit, where the voltage oscillates with an ever-changing sign.

The laws of physics remain intact

Until now, Schilling's team had used one power source for these thermal oscillating circuits. The researchers have now demonstrated for the first time that this type of thermal oscillating circuit can also be used “passively”, i.e. without external power. The thermal oscillations continued to occur, and after some time, heat flowed directly from the colder copper to a warmer heat bath with a temperature of 22° C, without being temporarily transformed into another form of power.

Despite this, the authors were able to demonstrate that the process does not actually contradict the laws of physics. To prove this, they measured the change in entropy of the entire system and showed that it increased over time – fully in accordance with the second law of thermodynamics.

The potential application is still far away

The team recorded a difference of only 2°C compared to room temperature during the experiment, which was mainly due to the performance limitations of the commercial Peltier element used. According to Schilling, it would theoretically be possible to achieve cooling down to -47°C under the same conditions, if the “ideal” Peltier element – ​​yet to be invented – could be used: “With this very simple technology, large quantities of hot solid materials, liquids or gases could be cooled well below ambient temperature without any energy consumption.”

The passive thermal circuit could also be used as often as desired, without the need to connect it to a power supply. However, Schilling admits that large-scale application of the technique is still a long way off. One reason for this is that the Peltier elements currently available are not efficient enough. Furthermore, the current configuration requires the use of superconducting inductors to minimize electrical losses.

Established perceptions challenged

The UZH physicist considers the work more significant than a simple “proof of principle” study: “At first glance, the experiments appear to be a kind of thermodynamic magic which, therefore, challenges to some extent our traditional perceptions of the flow of heat. ”

Da:

https://reccom.org/raffreddamento-senza-consumo-di-energia/?fbclid=IwZXh0bgNhZW0CMTEAAR10MNnzGuh3HvPr_R4czX5Kb5rwv9QVZ6pZ8PkqxcABugKmnpxAOrhhCL0_aem_0ot1UjvuZWXFE8evJAyKxw