「熱力學魔法」可讓熱量逆流

理論上講，這個裝置可以在不消耗任何能量的情況下，將沸水變成冰。

瑞士蘇黎世大學的物理學家發明了一種簡單裝置，它可以讓熱量在沒有外部電源的情況下，從冰冷的物體暫時流向溫暖的物體。有趣的是，這個過程似乎與熱力學的基本定律是矛盾的——熱力學第二定律指出，封閉自然系統的熵必隨時間推移而增加。簡而言之，熱量只能從較熱的物體流向較冷的物體。

蘇黎世大學物理系Andreas Schilling教授課題組決定「挑戰」一下這個定律：他們在沒有使用外部電源的情況下，成功將一塊9克重的銅塊從100℃以上的溫度冷卻到室溫以下。Schilling教授說：「理論上講，這個實驗裝置可以在不消耗任何能量的情況下，將沸水變成冰。」實驗中，研究人員使用了一種被稱為「玻爾貼」的組件。玻爾貼可以將電流轉變成溫差。在之前的研究中，Schilling等已經使用過玻爾貼。通過將玻爾貼與電感器相連接，可以產生一種振蕩熱電流，並改變兩個物體之間的熱流動方向。在這種情況下，熱量就會暫時從較冷的物體流向較熱的物體，從而使較冷的物體進一步被冷卻。這種「熱振蕩電路」的工作原理與電振蕩電路基本相同。

通過深入研究，Schilling團隊首次發現，熱振蕩電路也可以「被動」運行：一段時間以後，熱量從較冷的銅流向了22℃的熱槽。儘管如此，研究人員通過考量整個系統的熵變，證實其完全符合熱力學第二定律。受現有玻爾貼性能限制，Schilling等在實驗中記錄到了2攝氏度左右的溫差。Schilling表示，理想的玻爾貼可以在相同條件下將物體溫度冷卻至-47攝氏度。Schilling說：「玻爾貼技術非常簡單，大量熱物質或可因此實現無能耗冷卻。」

雖然無源熱電路有廣闊的應用空間，但Schilling認為其大規模應用之路還很漫長。現有玻爾貼效率偏低、電路涉及超導電感器等都對無源熱電路的推廣有所阻礙。然而，這種挑戰傳統認知的「熱力學魔法」，比單純的「原理證明」研究更有意義。

科界原創

編譯：雷鑫宇

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