Para fisikawan di Universitas Zurich telah mengembangkan sebuah perangkat sederhana yang dapat mengalirkan panas dari tempat yang lebih dingin menuju benda yang lebih panas tanpa menggunakan listrik. Menariknya, pada awalnya proses ini tampak bertentangan dengan hukum dasar fisika.
Jika kita menaruh sebuah teko berisi air panas di atas meja, secara bertahap teko tersebut akan mendingin. Namun, suhunya diperkirakan tidak akan lebih kecil di bawah suhu mejanya. Kejadian sehari-hari ini menggambarkan salah satu dari hukum dasar fisika — hukum kedua termodinamika — yang menyatakan bahwa entropi sebuah sistem tertutup akan meningkat seiring waktu. Atau, lebih sederhananya: Panas akan mengalir dengan sendirinya dari benda yang lebih panas ke benda yang lebih dingin, dan bukan sebaliknya.
Namun, hasil yang telah dicapai berdasarkan percobaan yang telah dilakukan oleh kelompok riset Andreas Schilling dari Universitas Zurich (UZH), untuk pertama kalinya bertentangan dengan hukum kedua termodinamika. Mereka berhasil mendinginkan sembilan gram tembaga dari suhu 100 °C lebih menuju angka di bawah suhu kamar tanpa menggunakan listrik.
“Secara teoretis, peralatan eksperimental ini dapat mengubah air mendidih menjadi es tanpa menggunakan energi apa pun,” kata Schilling.
Para peneliti menggunakan elemen Peltier, semacam komponen yang biasa digunakan, misalnya, untuk mendinginkan minibar di kamar hotel. Elemen-elemen ini dapat mengubah arus listrik menjadi perbedaan suhu. Para peneliti telah menggunakan elemen jenis ini dalam percobaan sebelumnya, sehubungan dengan induktor listrik, untuk menciptakan arus panas berosilasi di mana aliran panas antara dua benda berubah arah secara terus-menerus.
Dalam skenario ini, panas juga mengalir sementara dari benda yang lebih dingin ke benda yang lebih panas sehingga benda yang lebih dingin menjadi lebih dingin lagi. Jenis “rangkaian osilasi termal” ini pada dasarnya mengandung “induktor termal”. Fungsinya dengan cara yang sama seperti sirkuit berosilasi listrik, di mana tegangan berosilasi dengan isyarat yang terus berubah.
Sampai sekarang, tim Schilling masih mengoperasikan sirkuit osilasi termal ini menggunakan sumber energi. Para peneliti sekarang telah menunjukkan untuk pertama kalinya bahwa rangkaian osilasi termal semacam ini juga dapat dioperasikan “secara pasif”, yaitu tanpa memerlukan listrik.
Osilasi termal masih terjadi dan setelah beberapa saat, panas mengalir secara langsung dari tembaga yang lebih dingin ke penangas panas yang lebih panas dengan suhu 22 °C, tanpa diubah dulu sementara menjadi bentuk energi lain.
Meskipun demikian, penulis juga dapat menunjukkan bahwa proses tersebut sebenarnya tidak bertentangan dengan hukum fisika. Untuk membuktikannya, mereka mempertimbangkan perubahan entropi sistem secara keseluruhan dan menunjukkan bahwa itu akan meningkat seiring waktu — yang sepenuhnya sesuai dengan hukum kedua termodinamika.
Meskipun tim mencatat perbedaan hanya sekitar 2 °C dibandingkan dengan suhu di sekitar selama percobaan, hal ini terutama disebabkan oleh keterbatasan dari kinerja elemen Peltier yang digunakan. Menurut Schilling, secara teori dimungkinkan untuk mencapai pendinginan hingga -47 °C dalam kondisi yang sama, jika sebuah elemen Peltier yang lebih “ideal” —tetapi belum ditemukan — dapat digunakan: “Dengan teknologi yang sangat sederhana ini, sejumlah besar bahan padat, cair atau gas panas dapat didinginkan hingga jauh di bawah suhu kamar tanpa mengonsumsi energi.”
Sirkuit termal pasif juga dapat digunakan sesering yang diinginkan, tanpa perlu menghubungkannya ke catu daya. Namun, Schilling mengakui bahwa tehnik ini masih jauh untuk diterapkan dalam skala besar. Salah satu alasannya adalah bahwa elemen Peltier yang tersedia saat ini tidak cukup efisien. Selain itu, saat ini pengaturannya membutuhkan penggunaan induktor superkonduktor untuk meminimalkan kerugian listrik.
Penelitian ini telah diterbitkan di Science Advance.
