热量逆流“魔法”：沸水直接变成冰
理论上讲，这个装置可以在不消耗任何能量的情况下，将沸水变成冰。
瑞士苏黎世大学的物理学家发明了一种简单装置，它可以让热量在没有外部电源的情况下，从冰冷的物体暂时流向温暖的物体。有趣的是，这个过程似乎与热力学的基本定律是矛盾的——热力学第二定律指出，封闭自然系统的熵必随时间推移而增加。简而言之，热量只能从较热的物体流向较冷的物体。
苏黎世大学物理系Andreas Schilling教授课题组决定“挑战”一下这个定律：他们在没有使用外部电源的情况下，成功将一块9克重的铜块从100℃以上的温度冷却到室温以下。Schilling教授说：“理论上讲，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。”实验中，研究人员使用了一种被称为“玻尔贴”的组件。玻尔贴可以将电流转变成温差。在之前的研究中，Schilling等已经使用过玻尔贴。通过将玻尔贴与电感器相连接，可以产生一种振荡热电流，并改变两个物体之间的热流动方向。在这种情况下，热量就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被冷却。这种“热振荡电路”的工作原理与电振荡电路基本相同。
通过深入研究，Schilling团队首次发现，热振荡电路也可以“被动”运行：一段时间以后，热量从较冷的铜流向了22℃的热槽。尽管如此，研究人员通过考量整个系统的熵变，证实其完全符合热力学第二定律。受现有玻尔贴性能限制，Schilling等在实验中记录到了2摄氏度左右的温差。Schilling表示，理想的玻尔贴可以在相同条件下将物体温度冷却至-47摄氏度。Schilling说：“玻尔贴技术非常简单，大量热物质或可因此实现无能耗冷却。”
虽然无源热电路有广阔的应用空间，但Schilling认为其大规模应用之路还很漫长。现有玻尔贴效率偏低、电路涉及超导电感器等都对无源热电路的推广有所阻碍。然而，这种挑战传统认知的“热力学魔法”，比单纯的“原理证明”研究更有意义。
原创编译：雷鑫宇 责编：唐林芳
期刊来源：《科学进展》
期刊编号：2375-2548
原文链接：https://www.sciencedaily.com/releases/2019/04/190419165531.htm
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