Zürih Üniversitesi‘ndeki fizikçiler; ısının soğuktan sıcak bir nesneye, harici bir güç kaynağı olmadan, geçici olarak akmasını sağlayan, inanılmaz derecede basit bir cihaz geliştirdiler. Şaşırtıcı bir şekilde, işlem başlangıçta fiziğin temel yasalarına aykırı görünüyor.
İşlemi açıklamak için küçük bir örnek: Mutfak masasına bir demlik kaynar su koyulduğunda, yavaş yavaş soğuduğu gözlemlenir. Bununla birlikte, sıcaklığının masaya düşmesi beklenmez. Bu durum; günlük bir kapalı doğal sistemin entropisinin zaman içinde artması gerektiğini belirten, fiziğin temel yasalarından birini (termodinamiğin ikinci yasası) ortaya koyan günlük deneyimdir. Daha basit bir ifadeyle: Isı kendiliğinden sadece ılıktan soğuk bir nesneye akabilir, yani tersi yönde akmayabilir.
Oda Sıcaklığının Altında Soğutma
Zürih Üniversitesi (UZH) Fizik Bölümünde Prof. Andreas Schilling’in araştırma grubu tarafından yapılan son deneyin sonuçları; Termodinamiğin İkinci Yasası’na meydan okuyor. Araştırmacılar; harici bir güç kaynağı olmadan, dokuz gramlık bir bakır parçasını 100°C’nin üzerinde oda sıcaklığının önemli derecede altına kadar soğutmayı başardılar.
Schilling: “Teorik olarak, bu deneysel cihaz, kaynamış suyu herhangi bir enerji kullanmadan buza çevirebilir.”
Salınımlı Isı Akımları Oluşturma
Bunu başarmak için araştırmacılar; örneğin otel odalarında minibarları soğutmak için yaygın olarak kullanılan bir bileşen olan Peltier* öğesini kullandılar. Bu elemanlar elektrik akımlarını sıcaklık farklılıklarına dönüştürebilir. Araştırmacılar; daha önce yapılan deneylerde bu tür bir elemanı, bir elektrik indüktörle bağlantılı olarak, iki cisim arasındaki ısı akışının sürekli olarak yön değiştirdiği, salınımlı bir ısı akımı oluşturmak için kullanmıştı. Bu senaryoda, ısı ayrıca; bir soğuktan daha sıcak bir nesneye geçici olarak akar. Böylece soğuk nesne daha da soğur. Bu tip “termal salınım devresi” aslında bir “termal indüktör” içeriyor. Gerilimin sürekli değişen bir işaret ile salındığı bir elektrik salınım devresi gibi çalışır.
Fizik Yasaları Bozulmadan Kalıyor
Şimdiye kadar, Schilling’in ekibi sadece bu termal salınım devrelerini bir enerji kaynağı kullanarak, çalıştırmıştı. Araştırmacılar; ilk kez bu tür bir termal salınım devresinin “pasif” olarak da çalıştırılabileceğini, yani harici bir güç kaynağına gerek duymadığını göstermiştir. Termal salınımlar güç kaynaksız, her şekilde yine de meydana geldi ve bir süre sonra, geçici olarak başka bir enerji formuna dönüştürülmeden, doğrudan soğuk bakırdan 22°C’lik bir sıcaklığa sahip daha sıcak bir ısı banyosuna aktı. Buna rağmen, yazarlar da sürecin aslında herhangi bir fizik kanunuyla çelişmediğini gösterebildi. Bunu kanıtlamak için, tüm sistemin entropisindeki değişimi göz önüne aldılar ve zamanla, Termodinamiğin İkinci Kanunu’na uygun olarak arttığını gösterdiler.
Potansiyel Uygulama İçin Hala Uzun Bir Yol Var
Ekip, deneydeki ortam sıcaklığına kıyasla sadece yaklaşık 2°C’lik bir fark kaydedebildi. Bunun nedeni kullanılan ticari Peltier elemanının perforans sınırlamalarından kaynaklanıyordu. Schilling’e göre, eğer “ideal” Peltier elemanı (henüz icat edilmedi) kullanılabilseydi; teorik olarak aynı koşullar altında -47°C’ye kadar soğutma elde etmek mümkün olacaktı.
UZH Fizikçisi Schilling, çalışmayı yalnızca bir “prensip kanıtı” çalışmasından daha önemli görmektedir.
Schilling: “İlk bakışta, deneyler bir tür termodinamik sihir gibi görünmektedir. Bu nedenle bir dereceye kadar, ısı akışının geleneksel algılarımıza meydan okumaktadır. “
*Termoelektrik Soğutma: Termoelektrik soğutucular, bir nesnenin sıcaklığını çevre sıcaklığının altına düşürürken, çevredeki sıcaklık ne olursa olsun, nesne sıcaklığını dengede tutarlar. Peltier ısı transferi elemanlarının aktif bir soğutma sistemi olup, miliwatt’tan kilowatt’a kadar değişen bir yelpazedeki uygulamalar için kullanılabilir.
