Los físicos de la Universidad de Zúrich han desarrollado un dispositivo sorprendentemente simple que permite que el calor fluya temporalmente de un objeto frío a uno caliente sin una fuente de alimentación externa. Curiosamente, el proceso inicialmente parece contradecir las leyes fundamentales de la física.

Si pone una tetera con agua hirviendo sobre la mesa de la cocina, se enfriará gradualmente. Sin embargo, no se espera que su temperatura descienda por debajo de la de la tabla. Es precisamente esta experiencia cotidiana la que ilustra una de las leyes fundamentales de la física, la segunda ley de la termodinámica, que establece que la entropía de un sistema natural cerrado debe aumentar con el tiempo. O, Dicho de manera más simple:el calor puede fluir por sí mismo solo de un objeto más cálido a uno más frío, y no al revés.

Enfriamiento por debajo de la temperatura ambiente

Los resultados de un experimento reciente llevado a cabo por el grupo de investigación del profesor Andreas Schilling en el Departamento de Física de la Universidad de Zúrich (UZH) parecen a primera vista desafiar la segunda ley de la termodinámica. Los investigadores lograron enfriar una pieza de cobre de nueve gramos de más de 100 ° C a una temperatura significativamente inferior a la ambiente sin una fuente de alimentación externa. "Teóricamente, este dispositivo experimental podría convertir el agua hirviendo en hielo, sin gastar energía, "dice Schilling.

Creando corrientes de calor oscilantes

Lograr esto, los investigadores utilizaron un elemento Peltier, un componente de uso común, por ejemplo, para enfriar minibares en habitaciones de hotel. Estos elementos pueden transformar corrientes eléctricas en diferencias de temperatura. Los investigadores ya habían utilizado este tipo de elemento en experimentos anteriores, en conexión con un inductor eléctrico, para crear una corriente de calor oscilante en la que el flujo de calor entre dos cuerpos cambia constantemente de dirección. En este escenario, el calor también fluye temporalmente de un objeto más frío a uno más cálido, de modo que el objeto más frío se enfría más. Este tipo de "circuito térmico oscilante" contiene en efecto un "inductor térmico". Funciona de la misma forma que un circuito eléctrico oscilante, en el que el voltaje oscila con un signo que cambia constantemente.

Las leyes de la física permanecen intactas

Hasta ahora, El equipo de Schilling solo había operado estos circuitos oscilantes térmicos utilizando una fuente de energía. Los investigadores ahora han demostrado por primera vez que este tipo de circuito térmico oscilante también se puede operar "pasivamente". es decir, sin fuente de alimentación externa. Aún se produjeron oscilaciones térmicas y, después de un tiempo, el calor fluyó directamente desde el cobre más frío a un baño de calor más cálido con una temperatura de 22 ° C, sin transformarse temporalmente en otra forma de energía. A pesar de esto, los autores también pudieron demostrar que el proceso en realidad no contradice ninguna ley de la física. Probarlo, consideraron el cambio en la entropía de todo el sistema y demostraron que aumentaba con el tiempo, totalmente de acuerdo con la segunda ley de la termodinámica.

La aplicación potencial aún está muy lejos

Aunque el equipo registró una diferencia de solo 2 ° C en comparación con la temperatura ambiente en el experimento, esto se debió principalmente a las limitaciones de rendimiento del elemento comercial Peltier utilizado. Según Schilling, En teoría, sería posible lograr un enfriamiento de hasta -47 ° C en las mismas condiciones, si el elemento Peltier "ideal", aún por inventar, pudiera usarse:"Con esta tecnología muy simple, grandes cantidades de sólido caliente, los materiales líquidos o gaseosos podrían enfriarse a una temperatura muy por debajo de la temperatura ambiente sin ningún consumo de energía ".

El circuito térmico pasivo también se puede utilizar tantas veces como se desee, sin necesidad de conectarlo a una fuente de alimentación. Sin embargo, Schilling admite que una aplicación a gran escala de la técnica está todavía muy lejos. Una razón de esto es que los elementos Peltier actualmente disponibles no son lo suficientemente eficientes. Es más, la configuración actual requiere el uso de inductores superconductores para minimizar las pérdidas eléctricas.

Percepciones establecidas desafiadas

El físico de la UZH considera que el trabajo es más significativo que un simple estudio de "prueba de principio":"A primera vista, los experimentos parecen ser una especie de magia termodinámica, desafiando así hasta cierto punto nuestras percepciones tradicionales del flujo de calor ".