Выпрямитель тепла, который напоминает демона Максвелла

Еще одно устройство, работающее по принципу демона Максвелла, было создано на основе нанотехнологий.

Если скорость теплопередачи у некоторого объекта меняется в зависимости от направления потока энергии, то в результате получается тепловой аналог электрического диода – тепловой диод.

Рис. 2

В университете Беркли работы в этом направлении (А.Зеттл, Ч.В.Чан) привели к выводу, что тепловой выпрямитель можно создать, построив одномерную проводящую систему, у которой на одном конце сосредоточено больше массы, чем на другом. В качестве базиса использовались нанотрубки: ведь из-за огромного соотношения между длиной и диаметром их практически можно считать одномерными объектами. Для тепловых потоков, во всяком случае.

Для опыта были использованы нанотрубками двух видов — из углерода и из нитрида бора, диаметром 10 и 40 нанометров.

Упрощённая схема теплового диода представлена на рис. 2. Решётку нанотрубки с одного конца закрывает конус из аморфного композита. Сама нанотрубка покрывается неравномерным слоем специально подобранного аморфного материала (C₉H₁₆Pt), который с одного конца был нанесён весьма щедро, а к другому плавно сходил на нет.

Такую нанотрубку закрепляли между электродами на основе кремния и платины — они служили попеременно то нагревательным элементом (на одном конце трубки), то термодатчиком (на другом).

Посылая тепло сначала от одного конца нанотрубки к другому, а потом — в противоположном направлении, исследователи каждый раз измеряли её теплопроводность.

Было установлено, что при передаче тепла по устройству от конца с большой массой к более лёгкому краю его теплопроводность на 7% больше, чем при передаче энергии в обратном направлении.

Литература:

1. Shoichi Toyabe, Takahiro Sagawa,Masahito Ueda,Eiro Muneyuki& Masaki Sano. Experimental demonstration of information-to-energy conversion and validation of the generalized Jarzynski equality. Nature PhysicsVolume:

6,Pages:

988–992Year published:

(2010)DOI:

2. Фейнман P., Характер физических законов. Библиотечка «КВАНТ», Выпуск 62. — М.: Наука, Изд. второе, исправленное, 1987