Dioda termiczna

Termin „ dioda termiczna ” jest czasami używany w odniesieniu do urządzenia (prawdopodobnie nieelektrycznego), które umożliwia preferencyjny przepływ ciepła w jednym kierunku. Lub termin ten może być użyty do opisania diody elektrycznej ( półprzewodnikowej ) w odniesieniu do efektu termicznego lub funkcji. Lub termin ten może być używany do opisania obu sytuacji, w których dioda elektryczna jest używana jako pompa ciepła lub chłodnica termoelektryczna.

Jednokierunkowy przepływ ciepła

Dioda termiczna w tym znaczeniu jest urządzeniem, którego opór cieplny jest inny dla przepływu ciepła w jednym kierunku niż dla przepływu ciepła w drugim kierunku. To znaczy, gdy pierwszy zacisk diody termicznej jest gorętszy niż drugi, ciepło przepływa łatwo z pierwszego do drugiego, ale kiedy drugi zacisk jest gorętszy niż pierwszy, z drugiego do pierwszego będzie przepływać niewielka ilość ciepła.

Taki efekt po raz pierwszy zaobserwował w interfejsie miedź - tlenek miedziawy przez Chaunceya Starra w latach trzydziestych XX wieku. Od 2002 roku proponowano modele teoretyczne wyjaśniające ten efekt. W 2006 roku zbudowano pierwsze mikroskopijne półprzewodnikowe diody termiczne. W kwietniu 2015 roku włoscy naukowcy z CNR ogłosili opracowanie działającej diody termicznej, publikując wyniki w Nature Nanotechnology .

Syfony termiczne mogą działać jako jednokierunkowy przepływ ciepła. Rury cieplne działające grawitacyjnie również mogą mieć ten efekt.

Efekt termiczny lub funkcja diody elektrycznej

Urządzenie czujnikowe osadzone w mikroprocesorach używane do monitorowania temperatury matrycy procesora jest również znane jako „dioda termiczna”.

To zastosowanie diody termicznej opiera się na właściwości diod elektrycznych do zmiany napięcia na niej liniowo w zależności od temperatury. Wraz ze wzrostem temperatury napięcie przewodzenia diod maleje. Mikroprocesory o dużej częstotliwości taktowania napotykają na duże obciążenia termiczne. Do monitorowania limitów temperatury stosowane są diody termiczne. Zazwyczaj umieszcza się je w tej części rdzenia procesora, w której występuje najwyższa temperatura. Powstające na nim napięcie zmienia się wraz z temperaturą diody. Wszystkie nowoczesne procesory AMD i Intel, a także procesory graficzne AMD i Nvidia mają wbudowane diody termiczne. Ponieważ czujnik znajduje się bezpośrednio na matrycy procesora, zapewnia większość lokalnych i odpowiednich odczytów temperatury procesora i karty graficznej. Diody krzemowe mają zależność temperaturową -2mV na stopień Celsjusza. W ten sposób temperaturę złącza można określić, przepuszczając zadany prąd przez diodę, a następnie mierząc napięcie na niej wytworzone. Oprócz procesorów ta sama technologia jest szeroko stosowana w dedykowanych układach scalonych czujników temperatury.

Termoelektryczna pompa ciepła lub chłodnica

Istnieją dwa rodzaje. Wykorzystuje się półprzewodniki lub mniej wydajne metale, czyli termopary , działające na zasadzie efektu Peltiera-Seebecka . Drugi opiera się na lampach próżniowych i zasadach emisji termionowej .

Urządzenia Peltiera

silnik cieplny działający wstecz jak lodówka , taki jak urządzenie Peltiera (dioda)

Postępy

Od 2009 roku zespół z MIT pracuje nad konstrukcją diod termicznych, które zamieniają ciepło na energię elektryczną w niższych temperaturach niż wcześniej. Można to wykorzystać do budowy silników lub do produkcji energii elektrycznej. Sprawność obecnych diod termicznych wynosi około 18% w zakresie temperatur 200-300 stopni Celsjusza.

Zobacz też

Linki zewnętrzne