Teoricamente, este dispositivo experimental poderia transformar a água fervente em gelo, sem usar qualquer energia. Crédito: Andreas Schilling, UZH

Novo dispositivo desafia as leis da Termodinâmica

 

Mágica termodinâmica permite resfriamento sem consumo de energia.

Físicos da Universidade de Zurique desenvolveram um dispositivo incrivelmente simples que permite que o calor flua temporariamente de um objeto frio para um quente sem uma fonte de alimentação externa. Curiosamente, o processo inicialmente parece contradizer as leis fundamentais da física.

O dispositivo é surpreendentemente simples, descrito sexta-feira no Journal Science Advances, que eles dizem temporariamente permite que o calor flua de um objeto frio para um quente. Em outras palavras, a equipe reconhece que o dispositivo parece desafiar a segunda lei da termodinâmica.

Se você colocar um bule de água fervendo na mesa da cozinha, ele irá esfriar gradualmente. No entanto, a temperatura não deve cair abaixo da temperatura da mesa. É exatamente esse experimento cotidiana que ilustra uma das leis fundamentais da física – a segunda lei da termodinâmica – que afirma que a entropia de um sistema natural fechado deve aumentar com o tempo. Ou, mais simplesmente, o calor pode fluir por si só de um objeto mais quente para um mais frio, e não o contrário.

Resfriamento abaixo da temperatura ambiente

Os resultados de um experimento recente realizado pelo grupo de pesquisa do Prof. Andreas Schilling no Departamento de Física da Universidade de Zurique (UZH) parecem à primeira vista desafiar a segunda lei da termodinâmica. Os pesquisadores conseguiram resfriar um pedaço de cobre de nove gramas de mais de 100 °C para um nível significativamente abaixo da temperatura ambiente sem uma fonte de alimentação externa.

“Teoricamente, este dispositivo experimental poderia transformar a água fervente em gelo, sem usar qualquer energia”

Prof. Andreas Schilling no Departamento de Física da Universidade de Zurique (UZH)

Criando correntes de calor oscilantes

Magia Termodinâmica: Uma técnica simples permite resfriar materiais quentes abaixo da temperatura ambiente sem intervenção externa, aparentemente desafiando as leis da física. Créditos: A. Schilling

Para conseguir isso, os pesquisadores usaram um elemento Peltier, um componente comumente usado, por exemplo, para resfriar minibares em quartos de hotel. Esses elementos podem transformar correntes elétricas em diferenças de temperatura. Os pesquisadores já haviam usado esse tipo de elemento em experiências anteriores, em conexão com um indutor elétrico, para criar uma corrente de calor oscilante na qual o fluxo de calor entre dois corpos perpetuamente mudava de direção. Nesse cenário, o calor também flui temporariamente de um objeto mais frio para um mais quente, de modo que o objeto mais frio é resfriado ainda mais. Este tipo de “circuito oscilante térmico” contém um “indutor térmico”. Funciona da mesma forma que um circuito oscilante elétrico, no qual a tensão oscila com um sinal em constante mudança.

Leis da física permanecem intactas

Até agora, a equipe de Schilling operara apenas esses circuitos oscilantes térmicos usando uma fonte de energia. Os investigadores mostraram agora, pela primeira vez, que este tipo de circuito oscilante térmico pode também ser operado “passivamente”, isto é, sem fornecimento de energia externa. As oscilações térmicas ainda ocorriam e, depois de algum tempo, o calor fluía diretamente do cobre mais frio para um banho de calor mais quente, com uma temperatura de 22 ° C, sem ser temporariamente transformado em outra forma de energia. Apesar disso, os autores também conseguiram mostrar que o processo não contradiz as leis da física. Para provar isso, eles consideraram a mudança na entropia de todo o sistema e mostraram que ela aumentava com o tempo – totalmente de acordo com a segunda lei da termodinâmica.

Aplicação potencial ainda muito longe

Embora a equipe registrou uma diferença de apenas cerca de 2 ° C em comparação com a temperatura ambiente no experimento, isso se deveu principalmente às limitações de desempenho do elemento comercial de Peltier usado. Segundo Schilling, seria possível, em teoria, resfriar até -47 ° C sob as mesmas condições, se o elemento “ideal” de Peltier – ainda a ser inventado – pudesse ser usado: “Com essa tecnologia muito simples, grandes quantidades de sólidos, líquidos ou materiais gasosos quentes podem ser resfriadas até bem abaixo da temperatura ambiente sem qualquer consumo de energia. “

O circuito térmico passivo também pode ser usado quantas vezes desejar, sem a necessidade de conectá-lo a uma fonte de alimentação. No entanto, Schilling admite que uma aplicação em larga escala da técnica ainda está muito distante. Uma razão para isso é que os elementos Peltier atualmente disponíveis não são eficientes o suficiente. Além disso, a configuração atual requer o uso de indutores supercondutores para minimizar as perdas elétricas.

Percepções estabelecidas desafiadas

O físico UZH considera o trabalho mais significativo do que um mero estudo de “prova de princípio”: “À primeira vista, os experimentos parecem ser uma espécie de magia termodinâmica, desafiando, em certa medida, nossas percepções tradicionais do fluxo de calor. “

O circuito térmico passivo também pode ser usado quantas vezes desejar, sem a necessidade de conectá-lo a uma fonte de alimentação. No entanto, Schilling admite que uma aplicação em larga escala da técnica ainda está muito distante. Uma razão para isso é que os elementos Peltier atualmente disponíveis não são eficientes o suficiente. Além disso, a configuração atual requer o uso de indutores supercondutores para minimizar as perdas elétricas.

Percepções estabelecidas desafiadas

O físico UZH considera o trabalho mais significativo do que um mero estudo de “prova de princípio”: “À primeira vista, os experimentos parecem ser uma espécie de magia termodinâmica, desafiando, em certa medida, nossas percepções tradicionais do fluxo de calor. “

Com informações da Science Advances e da Universidade de Zurique