Михаил Груздев Грандмастер

Как была создана «лампочка» с КПД больше 100%?

А как же закон сохранения энергии? Он что, уже не работает? Физические законы поменялись? И вообще, насколько мне известно, не может быть в природе вечного двигателя!

tarczas, Shutterstock.com

Спокойно! В эксперименте, опубликованном в научном журнале Physical Review Letters, закон сохранения энергии никак не нарушался. Да и «лампочкой» там была не привычная лампа накаливания, а устройство, по принципу свечения похожее одновременно на полупроводниковый светодиод и полупроводниковый лазер.

Необычный эффект превышения 100% коэффициента полезного действия получался лишь «при самых низких уровнях мощности излучения и в то же время при относительно высокой температуре прибора».

В лаборатории электроники Массачусетского технологического института, где и проводились данные эксперименты, ученые и студенты построили полупроводниковый источник света. Новый излучатель работает аналогично обычным светодиодам, внешнее электрическое возбуждение порождает в полупроводниковом устройстве пары электрон-дырка, которые и генерируют фотоны, т. е. видимый человеческим глазом свет. Пока ничего сенсационного и сногсшибательного. Но данный источник света показал в некоторых случаях так называемую излучательную эффективность (отношение мощности подводимого электрического тока к мощности излучения света) в 230%! Света выдавалось более чем в два раза больше, чем подводилось электричества! Вот это и стало причиной сенсации в научном и околонаучном мире.

Далее прибор начинал сильно охлаждаться (вот и действие закона сохранения, природу обмануть всё же не удалось) и КПД опять становился менее 100%. И всё же на сегодняшний день это самый эффективный источник конверсии электрического тока в видимое излучение.

Почему это происходит? А вот почему. Излучатель из Массачусетского технологического института, которому и названия-то ещё не придумали, конвертирует в излучение не только электричество от источника питания, но и энергию теплоты окружающей среды. Причём чем выше температура окружающей среды, тем меньше электричества надо для поддержания свечения этой своеобразной «лампочки». И при прямом подсчёте КПД (отношения мощности электричества к мощности излучения) оказывается иногда выше единицы.

Правда, возникает столь странный комбинированный режим работы только при очень низком уровне излучения, а также при малых значениях тока и напряжения. Пока счёт идёт лишь на пиковатты, триллионные доли ватта. В описанном выше эксперименте к полупроводниковому кристаллу была подведена мощность 30 пиковатт, а максимальное излучение, замеренное в ходе эксперимента, составило 69 пиковатт. При этом кристалл охладился почти на 10 градусов по Цельсию.

Так что до внедрения в промышленное исполнение «диоды из MIT», как названо это чудо в научной периодике, ещё пока очень далеко. Особенно в качестве «лампочки Ильича», т. е. источника освещения.

Однако создатели прибора полагают, что его усовершенствование может привести к появлению не столько светодиодных светильников, сочетающих в себе лампочку и кондиционер в одном флаконе, сколько эффективный способ охлаждения больших интегральных схем, составляющих основу всей современной полупроводниковой электроники. Смотрите, какой прикол: включается электричество и каждая работающая микросхема светит себе огоньками и попутно сама же себя охлаждает. Т. е. функция индикатора и кондиционера «в одном флаконе», без затрат электрической энергии, всё равно работает. Ну и, как следствие, снижение затрат на вентиляцию и другие виды охлаждения этой самой сложной электроники.

Рынок больших интегральных схем, которым требуется эффективное охлаждение, уже давно перешагнул за триллион долларов, и неудивительно, что к «диодным экспериментам MIT» уже выстроились в очередь частные инвесторы, просто горячо желающие потратить свои (да и чужие тоже) деньги на продолжение подобных экспериментов.

Обновлено 18.04.2012
Статья размещена на сайте 6.04.2012

Комментарии (6):

Чтобы оставить комментарий зарегистрируйтесь или войдите на сайт

Войти через социальные сети:

  • Конечно, некорректно говорить о КПД в связи с подводимой и отдаваемой мощностями. Пример - лазер. Мощность подводимая к источнику накачки может быть к примеру 20 Ватт, а мощность вспышки лазера - 200 Ватт. "Кпд" - 1000 процентов? Нет, конечно, просто подводимая мощность накапливается установкой сравнительно долго, а вспышка может длиться в 1000 раз меньшее время.
    КПД - есть отношение энергии на входе и выходе. Вот если посчитать энергию переданную в накопитель и энергию вспышки - все с КПД станет на место, КПД лазера будет меньше 100 процентов на величину потерь в самой установке.

    • Евгений Лавришев, я как раз хотел попросить кого-нибудь популярно объяснить работу лазера. Там есть какая-то тонкость, когда энергия не накапливается, а сразу передаётся дальше сквозь кристалл и при этом, дескать, за счёт внутренней энергии атомов кристалла увеличивается светимость луча. А как работают лазерные указки? Я находил такую на полу маркета(без упаковки), производит впечатление,особенно в сумерках, ночью.

      • Сергей Дмитриев, все правильно. Так, как в моем комменте, работают импульсные лазеры (твердотельные, газовые, жидкостные). Их мощность вспышки может достигать десятков и сотен киловатт.
        Указки - это сравнительно новый тип лазерных излучателей - полупроводниковые. Светят непрерывно. Накопления тут нет. Оптическая мощность невелика - единицы ватт у самых продвинутых. При этом через кристалл проходит значительный ток. Мощность подводимая к кристаллу намного превышает оптическую. Соответственно и отношение энергии подведенной к кристаллу к энергии излучаемой им, далеко не 100 процентов. Такие лазеры, больше греют, чем светят.

  • Олег Антонов Аксакал 19 апреля 2012 в 12:14 отредактирован 19 апреля 2012 в 12:32

    Эффект Пельтье открыт, если мне не изменяет память, в середине 19 века, проявление эффекта Пельтье у полупроводников известно почти с самого начала использования полупроводников, а элементы Пельтье, разработать которые обещают создатели прибора, давно используются именно для охлаждения электронной аппаратуры (в специальных случаях) и в автохолодильниках.
    Только штуки эти крайне неэкономичные. Ведь не случайно все получилось «при самых низких уровнях мощности излучения и в то же время при относительно высокой температуре прибора».
    Количество теплоты, поглощаемое по эффекту Пельтье, линейно зависит от силы тока и температуры, а количество выделяемой теплоты по закону Джоуля-Ленца зависит квадратично и только от силы тока. В некоторой области, близкой к началу координат, линейная функция проходит выше квадратичной, поэтому эффект Пельтье преобладает, особенно если температура высока. Но стоит немного увеличить силу тока - и все начинает греться, как и положено. Так что если не будет прорыва в виде открытия еще какого-либо физического эффекта, этот путь бесперспективный. Хотя сам по себе гибрид полупроводникового элемента Пельтье и светоизлучающего полупроводника очень интересен.

    А уж заголовок в лучшем стиле "желтых" сайтов.
    Известный киноактер Иванов заболел редчайшей смертельной болезнью!!!!
    Сегодня мы встретили на съемочной площадке актера Иванова со странными красными пятнами на лице. Иванов рассказал, что снимается в фантастическом фильме и его герой заразился космическим вирусом. Суть фильма в том, что герой должен вылечиться за 24 часа или умереть. Смотрите в мае!!!!

    • Да, скорее всего все так и есть. Какой нибудь частный случай эффекта Пельтье. Точно не вспомню, но по моему в электронике уже в 80-х годах применялись охлаждаемые полупроводниковыми холодильниками полупроводниковые лазеры для волоконной оптики. Излучающий кристалл лазера припаивался к элементу Пельтье. Дальше, конечно, тепло приходилось отводить от элемента традиционными радиаторами. Но такая гибридная схема охлаждала лазер эффетивнее, чем просто радиатор. Особенно там, где обдув радиатора неприемлем. (Малогабаритные не обслуживаемые регенераторы на оптических линиях связи в труднодоступных местах)

  • Не слышал, любопытно. Но на таких величинах и погрешности измерения всплывают, и всевозможные наводки (или в шахте делали эксперимент, где ловят нейтрино?). Да и сами физические процессы непонятны.

    Оценка статьи: 5

  • Комментарий скрыт