diodo térmico

El término " diodo térmico " puede referirse a:

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

En este sentido, un diodo térmico es un dispositivo cuya resistencia térmica difiere según la dirección del flujo de calor. 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, el flujo de calor será mínimo del segundo al primero.

Este efecto fue observado por primera vez en una interfaz cobre - óxido cuproso por Chauncey Starr 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. ^{[ 1 ]} En abril de 2015, investigadores italianos del CNR anunciaron el desarrollo de un diodo térmico funcional, ^{[ 2 ]} publicando los resultados en Nature Nanotechnology . ^{[ 3 ]}

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

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

Esta aplicación del diodo térmico se basa en la propiedad de los diodos eléctricos de variar linealmente su voltaje en función de la temperatura. A medida que aumenta la temperatura, disminuye el voltaje directo del diodo. Los microprocesadores con alta frecuencia de reloj experimentan altas cargas térmicas. Para monitorizar los límites de temperatura, se utilizan diodos térmicos. Estos suelen ubicarse en la parte del núcleo del procesador donde se alcanza la temperatura más alta. El voltaje desarrollado a través del diodo varía con su temperatura. Todas las CPU modernas de AMD e Intel, así como las GPU de AMD y Nvidia, incorporan diodos térmicos en el chip. Dado que el sensor se encuentra directamente en el chip del procesador, proporciona las lecturas de temperatura más locales y relevantes para la CPU y la GPU. Los diodos de silicio presentan una dependencia de la temperatura de -2 mV por grado Celsius. Por lo tanto, la temperatura de la unión se puede determinar haciendo pasar una corriente fija a través del diodo y midiendo el voltaje desarrollado a través de él. Además de en los procesadores, esta misma tecnología se utiliza ampliamente en circuitos integrados dedicados a sensores de temperatura.

Existen dos tipos. Uno utiliza semiconductores o metales menos eficientes, como los termopares , que funcionan según el principio del efecto Peltier-Seebeck . El otro se basa en tubos de vacío y en el principio de la emisión termoiónica .

Desde 2009, un equipo del MIT trabaja en la construcción de diodos térmicos que convierten el calor en electricidad a temperaturas más bajas que antes. ^{[ 4 ]} Esto puede utilizarse 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. ^{[ 5 ]}

• Pájaro bebedor
• Tubo de calor en bucle
• Termosifón

• Un artículo de noticias sobre el aumento de la eficiencia de los diodos térmicos semiconductores.
• Generación de energía termoeléctrica: Conversión de calor de baja temperatura en electricidad (Ecuaciones para diodos térmicos semiconductores)