@ 2012.12.24 , 16:16

磁场能改变热量流动

在发现了如何通过磁场控制两个物体之间的热量流动后,这个怪诞的世界变得更奇怪了。五十年前有人做出大胆预测,新一代电器能够直接利用热能,不再需要配备充电器。

物理学家Brian Josephson在1962年做出一项与经典物理相左的预测:在两个超导体之间放入一层极薄的绝缘体后,电子仍然能够在这两个分离的超导体之间流动,这个装置被称作 Josephson junctions。它启发了超导量子干涉器(superconducting quantum interference devices简称SQUIDs) 的研发,超级磁力计将会是这项技术的商业化产物。

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配图解释:红色与蓝色均为超导体,黄色是绝缘物质。电子却能够通过中间的绝缘体自由移动。箭头所示的磁场能够转换热量流动方向,使得热量能够从冷的一方(蓝色)传输一些到热的一方(红色)

上个星期,位于意大利比萨的NEST纳米研究所发布了他们的成果,一个包含温感电极的超级量子干涉器。它由两个Y型超导体合并成为一个环路,但是他们不直接相连接,中间夹着两个绝缘体。研究者只要改变环路中的磁场,装置中热量流动量就会改变。Giazotto说:“这个装置可以部分的改变热量传输方向,使得从相对低温的物体向高温物体传输热量变得可能。过去人们都认为热量是混乱的,对如何强加量子秩序表示疑问。让人惊奇的是,Josephson junctions 能做到这一点。”

违背物理法则

表面上这违反了热力学第二定律(http://zh.wikipedia.org/wiki/%E7%83%AD%E5%8A%9B%E5%AD%A6%E7%AC%AC%E4%BA%8C%E5%AE%9A%E5%BE%8B),实际上并没有。装置中的热量转移是从属于相变异。当记录单个电子所携带的热量时,热量的净流动还是从热的一端到冷的一端。

这种热量流动异常可以用“超导体相位”解释。SQUIDs产生一对波形。当两个波峰在环路中相遇时热量传输最强,当波峰与波谷相叠时热量传输最弱。通过磁场控制对应的相位,就能够修正热量的转移。

研究者们表示,这项技术也许能替代液体冷却剂,从开发出固态冷却技术。Scientific American


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