News

"На теория, нашето устройство може да превърне кипящата вода в лед, без да изразходва енергия. На пръв поглед това "невъзможно" поведение на системата може да се разглежда като някаква форма на "термодинамична магия". Има сериозни пропуски в нашето разбиране за това как се движи топлината", казва Андреас Шилинг от Университета в Цюрих (Швейцария).

Както всеки гимназиален ученик знае, топлината може да се движи в посока от по-горещи обекти към по-студени. Обратното е възможно само ако се изразходва допълнителна енергия, както се случва във всички хладилни агрегати.

Подобно "еднопосочно" поведение на топлината, както смятат физиците, се дължи на факта, че с течение на времето неподредеността на Вселената, състояние, което учените наричат ентропия, непрекъснато нараства. Този принцип, формулиран, като втория закон на термодинамиката, се счита за един от крайъгълните камъни на физиката в продължение на няколко века.

През последните няколко години изследователите започват да забелязват, че интерпретациите на втория закон на термодинамиката не винаги съвпадат с резултатите от експериментите. Например, преди три години руски учени откриват, че този закон може да не действа на квантово ниво, а техните западни колеги създават своеобразни термични "изправители", които блокират топлинното движение, независимо от температурната разлика между обектите.

Шилинг и колегите му откриват друг пример как този закон може да бъде нарушен, като наблюдават как се движи топлината през така наречения елемент на Пелтие. Това е "сандвич" от два различни по материал проводници, при който при подаване на електрически ток, едната страна се нагрява, а другата се охлажда.

_{Елемент на Пелтие (public domain)}

Швейцарските учени свързват елемента на Пелтие с друго електрическо устройство, способно да съхранява топлината и да я отдава, когато токът спре. Комбинирането му с елемента на Пелтие на свой ред ще принуди топлината постоянно да тече между тях, като променя последователно посоката на движение, точно както хармоничните колебания възникват във верига от кондензатор и индуктивна бобина.

Първоначално, както отбелязва Шилинг, учените експериментират с тази инсталация, без да нарушават правилата на термодинамиката, като подават ток към елемента на Пелтие. След известно време те решават да проверят какво ще се случи, ако го изключат от мрежата.

За изненада на физиците, това не спира термичните колебания, но по специален начин влияе върху начина, по който се движи топлината в инсталацията. Както се оказва, при определена конфигурация на системата, тези трептения помагат на топлината да се движи в едната посока и пречат на движението й в обратна посока.

Благодарение на това Шилинг и неговите колеги успяват да охладят диск от мед, загрят до 100 градуса по Целзий, до почти отрицателни температури, свързвайки го с друг метален прът. Според физика, нещо подобно може да се направи с други материали, включително и с кипяща вода, ако ефективността на елемента Пелтие се увеличи 2,5 пъти.

Този процес, както подчертават учените, не нарушава втория закон на термодинамиката. Спадът на температурата и движението на топлината в "погрешната" посока не намаляват нивото на ентропия в системата - тя продължава да расте с охлаждането на системата и изчезването на топлинните колебания.

Както отбелязват физиците, за нарушаването на принципите може да се говори само в случай, че такава инсталация може да охлади медна плоча или чаша вода до температура по-ниска от минус 47 градуса по Целзий.

За тази цел обаче ще е необходим "идеалният" елемент на Пелтие, сглобен от свръхпроводници или други екзотични материали, които все още не са създадени и тествани, заключават учените.