Estaba leyendo Gizmodo el otro día y yo no acababa de entender la Física detrás de este. Puede alguien arrojar algo de luz sobre cómo este efecto realmente funciona?
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akhmeteli
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Como otros han dicho, una bomba de calor con una eficiencia mayor que la unidad no tiene ningún problema con las leyes de la termodinámica. Todavía hay un par de problemas con esto lo que quiere decir que no es tan buena como parece.
La eficiencia de una bomba de calor depende de la diferencia de temperatura - usted puede conseguir una mayor eficiencia al aumentar la temperatura un poco. Ahora la temperatura efectiva de la luz blanca es la temperatura de la superficie del sol, así que no hay forma de que esto puede ser una luz de diodo emisor de luz. De hecho, se emite a una longitud de onda de alrededor de 2,5 micras, que se encuentra en el infrarrojo.
Sin embargo, que todavía corresponde a una temperatura de alrededor de 1200 K. El dispositivo se calienta a 135 grados C, i.e sobre 400 K. Eso es todavía demasiado de una diferencia de temperatura de una bomba de calor para tener 230% de eficiencia, por lo que claramente hay algo más.
Fueron añadiendo en la normal de la radiación del cuerpo negro desde el dispositivo? No, restar, pero lo interesante es que es mucho más grande que la de emisión del dispositivo. En el documento se dice que el cuerpo negro de emisión apropiado en el rango de longitud de onda es de unos 40 nW, mientras que la emisión del dispositivo es 69pW.
Esto explica cómo se puede tener una bomba de calor con una eficiencia tan alta. Si usted piensa de la temperatura efectiva de la emisión, así 40 nW es de 135 grados Celsius, por lo que 40.069 nW será un poco más de 135 grados Celsius. Así que no hay problema en tener una bomba de calor con 230% de eficiencia.
Terry Bollinger
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11535
2012-03-08.17:37 EST:
Kian Mayne: ¡Buena pregunta! Ya todo el mundo sabe que la energía se conserva, el título de la Gizmodo resumen del artículo sonidos al instante auto-contradictoria. Sin duda, hace que usted quiere averiguar lo que los autores quieren decir realmente, ya que a menos que tergiversa el original en papel, que claramente no significa que se llega a 2.3 veces tanta energía como la luz, como usted pone en, como la energía eléctrica.
Una cuidadosa lectura del resumen de los artículos señala que cerca del final que lo que se está hablando en realidad es de mayor eficiencia lograda por la conversión no sólo de la electricidad en fotones, pero también "calor residual" en la luz también. El artículo define "calor residual" como "... las vibraciones en el bulbo atómica de celosía ...", que sin duda es cierto, ya que prácticamente es la definición de calor. Mencionan también que la temperatura ambiente que afectan el proceso, pero el resumen en sí no da suficiente información para evaluar la parte de la reclamación.
Así, lo que es casi seguro que pasa es esto: el Envío de electricidad a través de su dispositivo está generando luz y calor, con más de la energía en calor que hacia la luz. Eso no es sorprendente, ya que todos los sistemas de luz de generar el calor también. La parte más inteligente de lo que este grupo ha hecho, y lo que realmente es inteligente, con un gran potencial si puede ser escalado para regular la escala de LEDs-es que he encontrado una manera de recuperar una gran parte del calor de la energía y convertirlo en luz también.
Por lo tanto, si usted hace los porcentajes en el más obvio de la moda de mirar julios de energía en forma de luz a través de joules de energía eléctrica enviados en el dispositivo mientras está en equilibrio de temperatura de funcionamiento (para evitar que el calor ambiental confusión), obtendrá un porcentaje que es inferior al 100%, como era de esperar teniendo en cuenta la conservación de la energía.
Así, el título de la Gizmodo resumen es técnicamente correcto, pero también es confuso, porque se refiere a la relación que existe dentro de la energía total del presupuesto de la corriente eléctrica de la conducción. Por ejemplo-y que estoy haciendo estas figuras! -- si el dispositivo convierte el 30% de la entrada de la energía eléctrica directamente en fotones a través tradicional del agujero de la recombinación de electrones, y el 39% de la potencia de entrada a los fotones a través de la nueva calor de captura, el presupuesto total sería perder el 31% de la original potencia de entrada, pero a pesar de ello irradiar 2.3 veces la cantidad de fotones (230%) como lo haría un 30% LED tradicional para la misma potencia eléctrica de entrada.
Entonces, ¿por qué podría ser importante si es a escala? Dos razones, la verdad. El primer supuesto es el plano de la eficiencia. Un 130% más de salida para una misma energía de las entradas es muy, muy impresionante, ganancia, si puede ser escalado!
Pero la segunda es igual de importante, y posiblemente aún más importante en el gran esquema de las cosas: una bombilla de esa iba a correr mucho, mucho más fresco que un LED. La mayoría de las personas no se dan cuenta de que en este punto, la principal razón por la que las luces LED no han desplazado a otras formas de iluminación es que a pesar de lo frías que son en comparación con los incandescentes y lámparas fluorescentes, el calor es todavía un factor importante en la creación de grandes, brillantes luces LED, ya que los LEDs son dispositivos de estado sólido con algunos límites definidos en la cantidad de calor que puede manejar antes de la pérdida de eficiencia o de comenzar a incurrir en daños físicos.
Así que, esto es lo bueno. La escala es siempre la cuestión en tales casos, sino simplemente mostrar que algo como esto es incluso posible el verdadero comienzo. Este grupo parece haber hecho.
mechler
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16
Acabo de leer el libro hoy y aquí está mi toma, con varios puntos aún no resueltos, cualquier ayuda se agradece.
El último párrafo del artículo es muy esclarecedor, estoy citando aquí (que debería estar bien ¿verdad?):
En conclusión, un nuevo régimen para electroluminiscente enfriamiento de un diodo semiconductor se experimentalmente demostrado. En este régimen de aplicación de un avance la tensión de polarización V menos de la térmica de la tensión de $k_BT/q$ im- plantea una pequeña desviación de equilibrio termodinámico en el dispositivo. En respuesta, las tarifas de radiativo y no radiante de la recombinación en el dispositivo activo de la región tiene contribuciones en orden lineal en V, por lo que la externa eficiencia cuántica EQE es independiente de voltaje. Como resultado, el LED óptico de potencia de salida de escala linealmente con la tensión, mientras que la potencia de entrada escalas cuadráticamente, resultante en forma arbitraria eficiente generación de fotones acom- das por net electroluminiscente de refrigeración de los sólidos en bajo de sesgo. La evidencia Experimental fue presentado para los pequeños brecha de banda de emisores a alta temperatura.
Así, la parte más inteligente de este enfoque es que operan a la baja-el sesgo de la región (donde la tensión térmica es mucho mayor que el sesgo). En este régimen de entonces, el estado estacionario portador de concentración es elevado y esta cantidad ( $\delta n$ $\delta p$ ) son entonces proporcional a la vanguardia de sesgo (de la serie de Taylor de la $e^{qV/k_BT}$ relación).
Ambos radiativo (la producción de la luz) y no radiativos (producción de calor), los procesos de recombinación son proporcionales a $$np=n_0p_0e^{qV/k_BT}$$ Esto significa que la tasa de recombinación es también proporcional a la tensión aplicada.
No estoy muy convencido de que $\eta_{EQE}$, la eficiencia cuántica externa, posteriormente, es independiente de voltaje. Pero matemáticamente es probable que proceda de: $$\eta_{EQE}=\frac{recombination_{radiative}}{recombination_{total}}$$, caídas de tensión y el resultado es independiente de V.
Finalmente, la citada unidad de la eficiencia viene de cómo la potencia óptica y la potencia de entrada escalas de diferente manera de acuerdo a la ecuación que se utiliza: $$P_{cool}=I(\hbar\omega/q)\eta_{EQE}-I^2R$$, donde el primer término es el total de la potencia óptica, el segundo término es el total de energía eléctrica de la bujía.
Creo que la ecuación tiene más sentido si podemos arreglar el primer término en: $$\frac{I}{q}(\hbar\omega)\eta_{EQE}$$, which says the total optical power is the emitted energy from $\eta_{EQE}$ del total de electrón-hueco recombinaciones.
Así pues, siguiendo esta línea de pensamiento, el papel tiene sentido matemáticamente. Un par de preguntas siguen siendo para mí, aunque:
1) Esta relación revela que hay una óptima adelante-sesgo en la que el calor de bombeo es óptimo. Sin embargo, en el resumen, afirma que "el dispositivo en la pared de enchufe de la eficiencia diverge cuando V se aproxima a 0". Me estoy perdiendo algo aquí?
2) todo El tren de las matemáticas tiene sentido. La imagen física que voy es que, en los bajos de sesgo, el exceso de portadores se crean y se fija la fracción de ellos que se combinan la radiatively. Y el total de la luz emitida de alguna manera superar la entrada total de energía eléctrica, dejando así el $(1-\eta_{EQE})$ transportistas...no tienen idea...
Mirando a través de la memoria Ram del resto de la documentación (http://www.rle.mit.edu/sclaser/Publications/Bias-dependent.pdf), parece que esto podría ser explicado con bastante facilidad, con un conocimiento de la óptica de refrigeración. ¿Alguien puede explicar físicamente cómo baja polarización de las FUERZAS de la extracción de la energía reticular?
alwyn
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31
De nuevo, otra hipótesis: trabajo del LED en semiconductores. Si el medio exterior es más caliente, obtenemos la excitación de la mayoría de los transportistas, que se suman a las de la luz. Es posible que la mayoría de los transportistas no se excita lo suficiente cuando no hay electricidad. Podría ser como láser estable-metaestable efecto.
