นักฟิสิกส์ทำให้น้ำร้อนเปลี่ยนเป็นเย็นจัดโดยไม่ใช้พลังงานจากภายนอกได้อย่างไร

นักฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัย Zurich ประเทศ Switzerland ได้พัฒนาอุปกรณ์ที่สามารถสร้างการไหลเวียนของพลังงานความร้อนให้ไหลจากวัตถุที่มีอุณหภูมิต่ำกว่าไปสูงกว่าได้โดยไม่ใช้ Power Supply

ผลการทำงานของอุปกรณ์ดังกล่าวค่อนข้างขัดกับกฎข้อที่ 2 ของเทอร์โมไดนามิกส์ ที่กล่าวว่า
“เอนโทรปีในระบบโดยธรรมชาติจะต้องมีการเพิ่มขึ้นเมื่อเวลาผ่านไป” หรือกล่าวคือ “ความร้อนจะไหลจากวัตถุที่มีอุณหภูมิสูงไปต่ำ” ไม่ใช่ในทางตรงกันข้าม

นักฟิสิกส์ทำได้อย่างไร

อุปกรณ์ดังกล่าวไม่ได้ใช้ Power Supply หรือแหล่งจ่ายไฟฟ้าเพิ่มเติม เหมือนกับเครื่องปรับอากาศที่ทำให้ห้องนอนเราเย็นลงได้ (เครื่องปรับอากาศต้องใช้ Power Supply หรือแหล่งจ่ายพลังงานภายนอกเข้ามาช่วย) แต่ในกรณีนี้อาศัย “วงจรการสั่นเชิงความร้อน (Thermal Oscillating Circuits)” ซึ่งทำหน้าที่เหมือนแหล่งพลังงานที่ทำให้ความร้อนในระบบที่ต้องการยังคงไหลเวียนต่อไปได้

Schilling หนึ่งในผู้นำวิจัยและทีมได้ทดลองติดตั้งอุปกรณ์ Thermal Oscillating Circuits กับถ้วยที่บรรจุน้ำร้อน เมื่อเวลาผ่านไปปกติน้ำร้อนจะกลายเป็นน้ำที่อุณหภูมิปกติ แล้วไม่มีการลดระดับอุณหภูมิอีก ตามที่เราพบได้ในชีวิตประจำวัน แต่อุปกรณ์ดังกล่าว Schilling อ้างว่าสามารถทำให้น้ำเย็นตัวลงอีกจนกระทั่งเป็นของแข็งที่อุณหภูมิต่ำกว่า 0 องศาเซลเซียส และเคลมอีกว่าทางทฤษฎีสามารถทำได้ถึง -47 องศาเซลเซียส

แต่กระบวนการเกิดขึ้นได้จำเป็นต้องใช้น้ำร้อนจัด > เก็บพลังงานความร้อนไว้ในรูปพลังงานไฟฟ้าโดยใช้ Peltier Device > ใช้พลังงานไฟฟ้านั้นไปทำให้น้ำเย็นตัวลงอีก
(อาศัยอุปกรณ์ที่เรียกว่า Peltier Device อ่านเกี่ยวกับอุปกรณ์เพิ่มเติมได้ในคอมเมนท์ครับ)

ไม่ขัดกับหลักเทอร์โมไดนามิกส์ แต่ให้ผลที่แตกต่าง

แต่ในสุดท้ายทีมวิจัยได้มาตรวจสอบอีกครั้ง ก็พบว่าอุปกรณ์ดังกล่าวก็ยังคงเป็นไปตามกฎข้อที่ 2 ของเทอร์โมไดนามิกส์ หรือกล่าวคือ เอนโทรปีของระบบยังคงสูงขึ้นอยู่ดีในภาพรวม

ทั้งนี้ผู้อ่านสามารถอ่าน Abstract และ Introduction งานวิจัยซึ่งค่อนข้างอธิบายไว้ได้อย่างละเอียดได้ที่ : https://advances.sciencemag.org/content/5/4/eaat9953
หรือ https://phys.org/news/2019-04-thermodynamic-magic-enables-cooling-energy.html

เกี่ยวกับ Peltier Device

“Peltier Device” บ้างก็เรียกว่า “Peltier heat pump” ร่วมด้วยครับ เป็นอุปกรณ์ที่ทำหน้าที่เหมือนตัวเร่งให้ความร้อนไหลเร็วขึ้น เท่าที่ Admin ดูจาก Youtube แนวทางการใช้อุปกรณ์ Peltier มี 2 แบบครับ

1. เร่งให้ความร้อนไหลจาก A > B โดยหวังให้ B ร้อนขึ้นเรื่อยๆ (Heating)
2. เร่งให้ความร้อนไหลจาก B > A โดยหวังให้ B เย็นขึ้นเรื่อยๆ (Cooling)

ดั้งเดิม Peltier Device ถูกสร้างโดยต้องมีการใส่กระแสไฟฟ้าเข้าไป กระบวนการ Heating หรือ Cooling ที่เราต้องการถึงจะเกิดขึ้น
เลยเรียกว่าแบบ “Actively”

แต่ทีมวิจัยต้องการให้เป็นแบบ “Passively” หรือไม่อาศัยกระแสไฟฟ้า โดยมีข้อจำกัด คือ ตัวประกอบใน Peltier Device ที่ต้องอาศัยตัวนำความร้อนที่ดีกว่า Peltier Device ที่ขายตามท้องตลาด เพื่อให้การถ่ายโอนพลังงานจากน้ำร้อนไป Peltier ดียิ่งขึ้น