Кремниевый чип преодолевает предел чёрного тела, чтобы производить больше электричества из тепла, чем это считалось возможным

28.07.2019

Макс Планк ещё на рубеже XIX и XX веков установил лимит абсолютно чёрного тела, но сегодня оказалось, что он немного ошибся. Ученые-физики из США смогли экспериментально доказать, что чип из кремния способен преодолеть установленные раннее постулаты по выделению тепла. Исследования позволяют с оптимизмом смотреть на перспективы теплопреобразовательных технологий.

Photo: Brian Kostiuk - @BriKost | Unsplash

Закон распределения энергии Планка было подвергнут сомнению простым экспериментом, как сообщает New Atlas. В системе, где два тела находятся максимально близко, повышение переноса термической энергии происходит в геометрической прогрессии, что полностью нарушает установленный немецким физиком закон. Но в реализации этого процесса возникают сложности, ввиду механических трудностей поддержания бесконтактного расположения двух тел на максимально малой дистанции друг от друга.

Выход из положения нашли учёные физического факультета Университета Юты. Они создали кремниевый чип из двух пластин размером в 55 микрометров и расстоянием между ними в 100 нанометров. К одной плате было приложено тепло, а другую – охлаждали. Полученный в результате тепловой поток позволял производить электрическую энергию. Технология получения тока из тепла не новая, однако, открытие американских учёных состоит в том, что до них кремний никто не использовал.

Старший научный сотрудник исследовательской группы Матьё Франкер пояснил, что в принципе нарушить закон Планка в плане преодоления лимита выделения тепла абсолютно чёрным телом невозможно, если только не перейти на уровень наночастиц.

Области применения нового устройства – неограничены. Так, это может быть система охлаждения микропроцессоров смартфонов или планшетов, а также преобразования избыточного тепла в электрический ток, что увеличит срок службы аккумуляторных батарей. Использовать кремниевый нано-чип можно всюду, где имеется источник тепла. Это может быть и физиологический имплантат.

«Сегодня много тепла просто уходит в атмосферу, хотя можно было бы использовать его более рационально», – объясняет Франкер. Как объяснил учёный, сначала человек нагревает жильё, а потом включает кондиционер, чтоб остудить воздух, тратя ещё больше энергии.

В использовании кремниевых чипов нано размеров кроется не только энергетическая эффективность, но и большая польза для окружающей природной среды.

Источник: Silicon chip breaks "blackbody limit" to produce more electricity from heat than thought possible