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瑞士:苏黎世大学的物理学家开发了一种装置,理论上可以将沸水变成冰,而无需使用任何能源。

它允许热量在没有外部电源的情况下暂时从寒冷的物体流向温暖的物体。有趣的是,这个过程最初似乎与物理学的基本定律相矛盾。

研究人员设法在没有外部电源的情况下将 9g 的铜片从 100°C 以上冷却到显着低于室温。

“乍一看,这些实验似乎是一种热力学魔法,从而在一定程度上挑战了我们对热流的传统看法,”苏黎世大学物理系的 Andreas Schilling 教授解释说。

“理论上,这个实验装置可以在不消耗任何能量的情况下将沸水变成冰。”

为了实现这一目标,研究人员使用了 Peltier 热电冷却器,这是一种常用于冷却酒店房间迷你吧的组件。

研究人员在之前的实验中已经使用了这种类型的元件,与电感应器结合使用,以产生振荡的热电流,其中两个物体之间的热流不断改变方向。在这种情况下,热量会暂时从较冷的物体流向较热的物体,从而使较冷的物体进一步冷却。这种“热振荡电路”实际上包含一个“热感应器”。它的功能与电振荡电路相同,其中电压以不断变化的符号振荡。

到目前为止,Schilling 的团队只使用能源来操作这些热振荡电路。研究人员现在首次表明,这种热振荡电路也可以“无源”运行,即无需外部电源。热振荡仍然发生,一段时间后,热量直接从较冷的铜流到温度为 22°C 的较热的热浴中,而不会暂时转化为另一种形式的能量。

尽管如此,作者还能够证明该过程实际上并不违反任何物理定律。为了证明这一点,他们考虑了整个系统的熵变化,并表明它随着时间的推移而增加——完全符合热力学第二定律。

虽然与所达到的环境温度相比只有约 2°C 的差异,但这主要是由于所使用的商业 Peltier 元件的性能限制。根据 Schilling 的说法,如果可以使用尚未发明的“理想”珀尔帖元件,理论上可以在相同条件下实现高达 -47°C 的冷却。

“通过这种非常简单的技术,大量热的固体、液体或气体材料可以在不消耗任何能源的情况下冷却到远低于室温的温度,”他说。

无源热电路也可以根据需要经常使用,而无需将其连接到电源。然而,席林承认,该技术的大规模应用还有很长的路要走。其原因之一是目前可用的 Peltier 元件效率不够高。此外,电流设置需要使用超导电感器以最小化电损耗。

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