Co mają ze sobą wspólnego karton mleka i żarówka? Na pierwszy rzut oka niewiele. Jednak obydwa przedmioty łączy więź, której źródłem jest fizyczna zależność. To przez nią mleko nieschowane do lodówki szybciej przestaje być smaczne, zaś żarówka starego typu przepala się prędzej niż nowoczesne produkty.
W uproszczeniu zależność ta sprawia, że im rzeczy są cieplejsze, tym prędzej się psują. I choć uczeni byli jej świadomi od setek lat, to jako pierwszy wyznaczył ją dopiero Svante Arrhenius, szwedzki fizyk i chemik, wyróżniony Nagrodą Nobla w 1903 r. – – tłumaczy prof. Krzysztof Górecki z Uniwersytetu Morskiego w Gdyni.
Kluczowa w tym względzie jest więc możliwość dokładnego pomiaru temperatury, z jaką pracuje urządzenie (w tym wypadku chodzi o urządzenia oparte na półprzewodnikach). Takie dwa wynalazki opracował prof. Górecki wraz ze swoimi współpracownikami: prof. Januszem Zarębskim, dr. Pawłem Góreckim i dr. Przemysławem Ptakiem.
Nie trzeba rozbierać
Kiedy Arrhenius umierał w 1927 r., Gdynia była jeszcze raczkującym projektem, a zespół budynków, w których mieści się główny kampus uczelni prof. Góreckiego, nie istniał – oddano je do użytku trzy lata po śmierci noblisty. I chociaż nie można stąd dostrzec Bałtyku – ten przywilej ma tylko Wydział Nawigacji stojący na tym samym nabrzeżu co „Dar Pomorza” i ORP Błyskawica – to widać Sea Tower, najwyższy gmach mieszkalny w mieście. – – kwituje z przekąsem uczony.
W przeciwieństwie do oglądania budzącego mieszane uczucia budynku obserwacja procesów cieplnych zachodzących wewnątrz półprzewodników nie jest łatwa. Komponenty te rzadko kiedy występują „nagie”, a rozebranie oznaczałoby ich zniszczenie. – – tłumaczy prof. Górecki.
Układy, o których mowa, zna praktycznie każdy z nas. Chodzi o diody LED, w których świecącym elementem jest właśnie półprzewodnik, oraz o układy przekształcania energii elektrycznej. Znajdziemy je m.in. w zasilaczach do laptopów, gdzie odpowiadają za zamianę prądu zmiennego (tego z gniazdka) na stały, "strawny" dla komputera.
Czego nie udało się przekształcić
Jak tłumaczy profesor, aparatura służącą do tych pomiarów bywa dość skomplikowana. Największą przewagą konkurencyjną nowej metody jest to, że mógłby ją z marszu obsłużyć praktycznie każdy absolwent technikum. Bazuje ona na pomiarze napięcia – i to na powszechnie stosowanym sprzęcie laboratoryjnym. – – tłumaczy uczony.
To pomiar napięcia i wzory matematyczne sformułowane przez zespół badawczy umożliwiły zajrzenie w głąb urządzeń opartych na półprzewodnikach bez konieczności ich rozbierania: temperaturę mierzy się między dwoma ściśle określonymi punktami, czyli np. na wejściu i na wyjściu – i na tej podstawie dopiero wnioskuje z dużą dokładnością, co dzieje się w środku.
– – tłumaczy prof. Górecki.
Z ośmiu do jednego
Teraz widać, przed jakim wyborem stoją producenci elektroniki. Wiedzą, jak podczas pracy nagrzewa się np. dioda LED; wybierając układ chłodzący, są więc w stanie sterować również długością jej życia (o ile oczywiście założymy, że droższy będzie taki układ, który odprowadzi więcej ciepła). – – tłumaczy profesor.
Dlatego naukowcy od dawna mierzą się z procesami cieplnymi zachodzącymi wewnątrz różnych materiałów. Żeby jednak zadanie nie było zbyt proste, procesy te nie zachodzą w liniowy sposób. To znaczy, że jeśli zwiększymy moc urządzenia o jeden wat, to temperatura wewnątrz wzrośnie o 10 stopni Celsjusza, ale jeśli dodamy jeszcze jeden wat mocy, to temperatura wzrośnie o inną wartość, np. 9 lub 11 stopni.
– – mówi prof. Górecki. Doświadczenie w pracy z takimi modelami okazało się nieocenione również przy opracowywaniu opisanych wyżej wynalazków. Aby lampy LED mogły świecić jak najdłużej.
