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.

Se você colocar um bule de água fervente na mesa da cozinha, ele irá esfriar gradualmente. Contudo, sua temperatura não deve cair abaixo da tabela. É precisamente essa experiência 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, em outras palavras:o calor pode fluir por si só de um objeto mais quente para um mais frio, e não o contrário.

Resfriando abaixo da temperatura ambiente

Os resultados de uma experiência recente realizada 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 significativamente abaixo da temperatura ambiente sem uma fonte de alimentação externa. "Teoricamente, este dispositivo experimental poderia transformar água fervente em gelo, sem usar qualquer energia, "diz Schilling.

Criação de correntes de calor oscilantes

Para alcançar isto, 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 utilizado esse tipo de elemento em experimentos anteriores, em conexão com um indutor elétrico, para criar uma corrente de calor oscilante na qual o fluxo de calor entre dois corpos muda perpetuamente de direção. Neste 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 elétrico oscilante, em que a tensão oscila com um sinal em constante mudança.

As leis da física permanecem intactas

Até agora, A equipe de Schilling operou apenas esses circuitos oscilantes térmicos usando uma fonte de energia. Os pesquisadores agora mostraram pela primeira vez que este tipo de circuito oscilante térmico também pode ser operado "passivamente", ou seja, sem fonte de alimentação externa. As oscilações térmicas ainda ocorriam e, depois de um 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 foram capazes de mostrar que o processo não contradiz nenhuma lei da física. Para o provar, 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 distante

Embora a equipe tenha registrado 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 Peltier comercial usado. De acordo com Schilling, seria possível, em teoria, atingir resfriamento de até -47 ° C nas mesmas condições, se o elemento Peltier "ideal" - ainda a ser inventado - pudesse ser usado:"Com esta tecnologia muito simples, grandes quantidades de sólido quente, materiais líquidos ou gasosos podem ser resfriados 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. Contudo, Schilling admite que uma aplicação em larga escala da técnica ainda está muito longe. 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 do 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 assim, até certo ponto, nossas percepções tradicionais do fluxo de calor. "