Diodo termico

El término "diodo térmico" puede referirse a:

• a (posiblemente no eléctrico) dispositivo que permite que el calor fluya preferencialmente en una dirección;
• un diodo eléctrico (semiconductor) en referencia a un efecto térmico o función;
• o puede describir ambas situaciones, donde se utiliza un diodo eléctrico como bomba de calor o enfriador termoeléctrico.

Flujo de calor unidireccional

En este sentido, un diodo térmico es un dispositivo cuya resistencia térmica es diferente para el flujo de calor en una dirección que para el flujo de calor en la otra dirección. Es decir, cuando el primer terminal del diodo térmico está más caliente que el segundo, el calor fluirá fácilmente del primero al segundo, pero cuando el segundo terminal está más caliente que el primero, fluirá poco calor del segundo al primero..

Chauncey Starr observó por primera vez este efecto en una interfaz cobre-óxido cuproso en la década de 1930. A partir de 2002 se propusieron modelos teóricos para explicar este efecto. En 2006 se construyeron los primeros diodos térmicos microscópicos de estado sólido. En abril de 2015, investigadores italianos del CNR anunciaron el desarrollo de un diodo térmico funcional y publicaron los resultados en Nature Nanotechnology.

Los sifones térmicos pueden actuar como un flujo de calor unidireccional. Los tubos de calor que funcionan por gravedad también pueden tener este efecto.

Efecto o función térmica del diodo eléctrico

Un dispositivo sensor integrado en microprocesadores que se utiliza para controlar la temperatura de la matriz del procesador también se conoce como "diodo térmico".

Esta aplicación del diodo térmico se basa en la propiedad de los diodos eléctricos de cambiar el voltaje linealmente según la temperatura. A medida que aumenta la temperatura, los diodos' El voltaje directo disminuye. Los microprocesadores que tienen una alta frecuencia de reloj enfrentan cargas térmicas elevadas. Para controlar los límites de temperatura se utilizan diodos térmicos. Por lo general, se colocan en la parte del núcleo del procesador donde se encuentra la temperatura más alta. El voltaje desarrollado a través de él varía con la temperatura del diodo. Todas las CPU AMD e Intel modernas, así como las GPU AMD y Nvidia, tienen diodos térmicos en el chip. Como el sensor está ubicado directamente en la matriz del procesador, proporciona la mayoría de las lecturas de temperatura de CPU y GPU locales y relevantes. Los diodos de silicio dependen de la temperatura de -2 mV por grado Celsius. Por lo tanto, la temperatura de la unión se puede determinar haciendo pasar una corriente determinada a través del diodo y luego midiendo el voltaje desarrollado a través de él. Además de los procesadores, la misma tecnología se utiliza ampliamente en los circuitos integrados de sensores de temperatura dedicados.

Bomba de calor termoeléctrica o refrigerador

Hay dos tipos. Se utilizan semiconductores, o metales menos eficientes, es decir, termopares, que funcionan según los principios del efecto Peltier-Seebeck. El otro se basa en tubos de vacío y los principios de emisión termoiónica.

Dispositivos Peltier

• un motor de calor trabajando hacia atrás como un refrigerador, como un dispositivo Peltier (diode)

Avances

A partir de 2009, un equipo del MIT está trabajando en la construcción de diodos térmicos que convierten el calor en electricidad a temperaturas más bajas que antes. Esto se puede utilizar en la construcción de motores o en la producción de electricidad. La eficiencia de los diodos térmicos actuales es de aproximadamente el 18% en el rango de temperatura de 200 a 300 grados Celsius.