Slider Altına

Termodinamik Mucize: Enerjisiz Soğutma

Düzenleyen: Prof. Dr. Seyhan Onbaşıoğlu, İstanbul Teknik Üniversitesi, Makina Fakültesi

Zürih Üniversitesi fizikçileri, ısının soğuk bir nesneden sıcak bir nesneye dışarıdan bir enerji kaynağı olmaksızın geçici olarak geçmesini sağlayan son derece basit bir cihaz geliştirdi. Bu işlem, ilk bakışta, fiziğin temel yasalarına aykırı göründüğünden, merak uyandırmakta.

İçinde kaynar su olan bir çaydanlığı mutfak masasına koyarsanız, su yavaş yavaş soğuyacaktır. Ancak suyun sıcaklığının masanın sıcaklığının altına düşmesi beklenemez. Günlük hayatta yaşadığımız bu deneyim, aslında fiziğin temel yasalarından birini, yani termodinamiğin ikinci yasasını ortaya koyuyor. Bu yasaya göre; izole sistemlerin entropisi asla azalmaz, aksine zamanla artması gerekir. Ya da daha basit bir şekilde ifade edecek olursak: Isı kendi başına sadece sıcak nesneden soğuk olana geçer, tersi mümkün değildir.

Oda sıcaklığının altına soğutma

Zürih Üniversitesi (UZH) Fizik Bölümünden Prof. Andreas Schilling ve araştırma grubu tarafından yapılan yeni bir deneyin sonuçları, termodinamiğin ikinci yasasına meydan okuyor gibi görünüyor. Araştırmacılar 100 ° C’nin üstünde bir sıcaklığa sahip dokuz gramlık bakır parçasının sıcaklığını, ek bir enerji kaynağı kullanmadan oda sıcaklığının altına düşürmeyi başardı. Schilling “Teorik olarak aynı işlem, kaynamış suyu herhangi bir enerji kullanmadan dondurabilir” diyor.

Salınımlı ısı akımları oluşturma

Bunu başarmak için araştırmacılar, örneğin otel odalarındaki minibarları soğutmak için yaygın olarak kullanılan Peltier elemanlarından yararlandı. Bu elemanlar, elektrik akımını sıcaklık farklılığına dönüştürebiliyor. Araştırmacılar, daha önce yapılan deneylerde bu tür bir soğutucuyu, bir elektrik indüktörüne bağlı olarak, iki cisim arasındaki ısı akışının sürekli olarak yön değiştirdiği salınımlı bir ısı akımı oluşturmak için kullanmıştı. Bu senaryoda, ısı soğuk nesneden sıcak bir nesneye geçici olarak akıyor, böylece soğuk nesne daha da soğuyordu. Bu tür bir “termal salınımlı devre”, bir “termal indüktör” içeriyor. Bu tür termal salınımlı devreler, tıpkı elektrik salınımlı devrelerde voltajın sürekli işaret değiştirerek salınması ile aynı şekilde çalışır.

Fizik yasaları bozulmadan kalıyor

Şimdiye kadar Schilling’in ekibi bu termal salınımlı devreleri sadece bir enerji kaynağı kullanarak çalıştırmıştı. Şimdi ise araştırmacılar bu tür bir termal salınımlı devrenin, ilk kez, pasif bir şekilde, yani herhangi bir dış enerji kaynağı olmadan çalıştırılabileceğini gösterdi. Termal salınımlar yine meydana geldi ve bir süre sonra ısı, soğuk bakırdan daha sıcak olan (22°C) ısı banyosuna, herhangi bir başka enerji türüne geçici olarak  dönüşmeden aktarıldı. Buna rağmen, araştırmacılar sürecin aslında herhangi bir fizik kanunuyla çelişmediğini gösterebildi. Bunu kanıtlamak için tüm sistemin entropisindeki değişime dikkat edildi ve termodinamiğin ikinci yasasına uygun olarak zaman içinde arttığı görüldü.

Henüz günlük kullanıma uygun değil

Ekip, deneydeki ortam sıcaklığına kıyasla sadece 2 °C’lik bir sıcaklık farkı kaydetmiş olsa da, bunun sebebi kullanılan ticari Peltier soğutucusunun performansının sınırlı olmasıydı. Schilling -henüz icat edilmemiş olan- ideal Peltier soğutucusu ile aynı koşullarda -47° C’ye kadar sıcaklık farkının mümkün olduğunu söylüyor. Schilling, “Böyle bir soğutucu sayesinde bu basit deney çok miktarda sıcak katı, sıvı ya da gaz maddeyi, hiçbir enerji kullanmadan oda sıcaklığının çok altına düşürmek mümkün olabilir” diyor.
Pasif termal devre, bir enerji kaynağına bağlamaya gerek kalmadan, istenilen sıklıkta kullanılabiliyor. Ancak Schilling, bu tekniğin geniş ölçekli uygulamalarının henüz mümkün olmadığını itiraf ediyor.
Bunun nedeni, mevcut Peltier soğutucularının yeterince verimli olmaması. Ayrıca, mevcut kurulum, elektrik kayıplarını en aza indirmek için süper iletken indüktörlerin kullanılmasını gerektiriyor.

Yerleşik algılara meydan okudu

UZH fizikçileri, çalışmayı yalnızca bir “prensip kanıtı” çalışmasından daha önemli görüyor. Schilling, “İlk bakışta, deneyler bir tür termodinamik sihir gibi görünüyor, bu da ısı akışıyla ilgili geleneksel algılarımıza bir dereceye kadar meydan okuyor.”

Kaynak
https://www.media.uzh.ch/en/Press-Releases/2019/Thermodynamic-Magic.html
 



Video İçerik

Performansa Dayalı Deprem Tasarımı Yaklaşımı

Sempozyum