W dzisiejszych czasach gadżety elektroniczne są wszędzie. Telefony komórkowe, laptopy i odtwarzacze muzyki otaczają nas z każdej strony. Urządzenia różnią się możliwościami i zastosowaniem, jednak wszystkie mają jedną wspólną cechę – po krótkim czasie działania się nagrzewają. Niektóre urządzenia grzeją się tak mocno, że wyposażone są w specjalne wentylatory. Pytanie jednak, skąd wzrost temperatury, skoro elementy elektroniczne nie są ruchome?
Co to jest temperatura?
Aby zrozumieć dlaczego telefony i komputery się nagrzewają, musimy najpierw wyjaśnić, czym jest temperatura. Jest ona miarą średniej energii kinetycznej wszystkich cząstek tworzących dany materiał. Cząstki w gorącym obiekcie mają wyższą średnią energię kinetyczną niż te w obiekcie zimnym. Mówiąc prościej, jedyną różnicą między wodą gorącą a zimną, jest prędkość poruszania się jej molekuł. Aby wprawić je w szybszy ruch, musimy dostarczyć im energii, czyli w przypadku wody, postawić ją na gazie lub włączyć czajnik elektryczny.
Kiedy włączamy urządzenie, siła elektromotoryczna dostarczana przez baterię wprawia elektrony w ruch. Elektrony podróżują wewnątrz specjalnych materiałów zwanych przewodnikami. Przewodnikami są metalowe elementy naszego telefonu: ścieżki drukowane, przewody i układy scalone. Problem w tym, że ruch ten nie odbywa się w próżni. Na drodze elektronów stają wibrujące atomy przewodnika. W wyniku zderzenia atomy wpadają w jeszcze silniejsze drgania, przez co ciało stałe staje się cieplejsze. Zjawisko to nazywamy rezystancją lub opornością. Z powodu rezystancji temperatura przewodnika wzrasta, a co za tym idzie temperatura całego urządzenia.
Dlaczego telefon grzeje się mocniej podczas używania aplikacji?
Wszystko, co się dzieje w środku telefonu komórkowego i komputera opiera się na obliczeniach. Każda aplikacja niezależnie od jej funkcji to dla komputera jedynie zestaw operacji matematycznych. Im bardziej skomplikowana jest aplikacja/gra, telefon musi wykonywać więcej obliczeń. Każda operacja oznacza ruch elektronów wewnątrz urządzenia. Więcej obliczeń oznacza większy przepływ energii, co w praktyce prowadzi do nagrzewania się telefonu.
Czy jest możliwe wyeliminowanie oporności elektrycznej materiałów? Tak. Potrzeba do tego materiału, w którym elektrony będą mogły płynąć swobodnie, bez zderzania się z atomami. Innymi słowy, potrzebujemy materiałów o zerowej rezystancji. W ten sposób wyeliminujemy problem nagrzewających się urządzeń. Materiały takie istnieją i nazywają się nadprzewodnikami. Niestety, w tej chwili nadprzewodnictwo występuje tylko w bardzo niskich temperaturach, lub pod bardzo wysokim ciśnieniem.
Źródła:
https://mashable.com/article/device-temperature-control/?europe=true
https://www.mpoweruk.com/thermal.htm
