В настоящий момент широко используются в основном два метода охлаждения: компрессионный и термоэлектрический. Эти методы, а также и другие известные, используют принцип теплового насоса, т.е. тепло забирается от одного объекта и передается другому (на задней стенке холодильника всегда стоит радиатор, который отдает тепло отобранное с холодильной камеры окружающему воздуху). Таким образом, чтобы охладить что-либо, мы обязаны что-то нагреть.
Получается какое-то «неравноправие», нагреть мы можем очень просто и без сопутствующего охлаждения чего-либо, (греем мы в основном не тепловыми насосами), а вот охладить без нагревания чего-то - нет. Почему?
При нагревании мы увеличиваем кинетическую энергию молекул и атомов нагреваемого вещества. А неужели не существует способа уменьшения этой кинетической энергии охлаждаемого объекта, без увеличения ее - на другом объекте? Давайте поразмыслим. Чтобы охладить объект необходимо уменьшить, "затормозить" колебания молекул вещества. Может быть с помощью определенных магнитных и электрических полей это можно сделать?
Оказывается можно. Но для этого необходимо, что бы молекулы охлаждаемого вещества имели дипольный электрический момент. А это всем нам известная вода. Она имеет очень большой дипольный момент (вспомните ее диэлектрическую проницаемость, она равна 81). Для наглядности молекулу воды представляют в виде удлиненной "палочки" на концах которой, расположены разноименные заряды. Вот ее и выберем для теоретического эксперимента.
Возьмем неметаллическую емкость в виде кубика и заполним ее водой. В исходном состоянии все молекулы воды совершают хаотические колебания во всевозможных направлениях по трем координатам, а также возможны и вращательные движения. Амплитуда этих колебаний и есть температура воды.
Представим теперь, что мы приложили на две противоположные грани нашего кубика электрическое поле. Что произойдет? Если поле довольно сильное, практически все молекулы переориентируются в этом поле и выстроятся вдоль электрических силовых линий. Но с температурой ничего не произойдет, ведь молекулы только переориентировались и продолжают колебаться по всем трем координатам, и им это делать электрическое поле не мешает.
А вот теперь представим, что мы в этом кубике, на те же грани, на которые подали электрическое поле, приложим еще и магнитное поле. Давайте рассмотрим, что произойдет с молекулами воды. А вот теперь их движения станут очень ограниченными. Давайте проанализируем это, (см. рисунок): Все молекулы воды выстроились вдольэлектрических силовых линий, вдоль оси X .
Силовые линии магнитного поля направлены также как и линии электрического поля. Теперь при тепловом движении дипольной молекулы воды перпендикулярно силовым линиям магнитного поля, вдоль оси Y (например - вектор V), будет возникать момент сил F1, F2 (сила Лоренса), пытающихся развернуть молекулу в горизонтальной плоскости (см. рисунок). При движении молекулы в горизонтальной плоскости, вдоль оси Z , будет возникать момент сил в вертикальной плоскости. Но электрическое поле будет всегда препятствовать повороту молекулы, а следовательно и тормозить любое движение молекулы перпендикулярно линиям магнитного поля.
Следовательно, в молекуле воды осталась только одна степень свободы – это колебание вдоль силовых линий, приложенных полей, это ось X . По всем остальным координатам движение будет тормозиться. А с этого следует, что температура воды должна резко уменьшиться.
Для дальнейшего понижения температуры необходимо еще затормозить колебания и вдоль оси силовых линий. Для этого необходимо периодически, с определенной частотой, чередовать прикладывание магнитного поля параллельно оси электрического (ось X), с перпендикулярным направлением (например - вдоль оси Y) . При перпендикулярном приложении магнитного поля по отношению к электрическому, будет происходить торможение движения молекул вдоль оси электрического поля (ось X).
Таким образом, мы сможем затормозить колебания молекул по всем возможным направлениям, а следовательно и охладить объект. На это будет затрачена энергия электрических и магнитных полей, и греть окружающий воздух нам не придется, как это происходит в классических холодильниках.
И еще очень интересный момент: Практически все пищевые продукты, требующие охлаждения и заморозки включают в себя в большом количестве воду, а это значит, что их можно замораживать напрямую и очень быстро. Заморозка будет происходить сразу по всему объему, а не путем охлаждения через поверхность, как это используется сейчас. Эффект будет как в микроволновой печке, только наоборот. Она ведь разогревает очень быстро только по той причине, что продукт греется сам и сразу по всему объему.
Следовательно, появляется возможность почти мгновенного охлаждения и заморозки.