Menggunakan panas CPU untuk menghasilkan listrik

Saya telah membaca Organisasi Komputer Terstruktur Tanenbaum dan dia mengatakan salah satu hambatan utama untuk meningkatkan kecepatan clock CPU adalah panas. Jadi saya mulai berpikir: Apakah mungkin untuk menghapus heatsink sama sekali dan menggunakan panas itu untuk menghasilkan lebih banyak listrik? Saya sudah mencari ini dan menemukan bahan termoelektrik ini dan generator termoelektrik ini :

Saya membaca artikel Wikipedia bahwa "Paduan silikon-germanium saat ini adalah bahan termoelektrik terbaik sekitar 1000 ° C (...)" , dan saya tahu CPU biasanya beroperasi sekitar 30 ~ 40 ° C. Jadi, untuk mencapai 1000 ° C akan membutuhkan lebih banyak CPU.

Jadi saya berpikir: Bagaimana dengan meletakkan banyak CPU secara paralel tanpa heatsink untuk mengumpulkan lebih banyak panas? Kita juga bisa meng-overclock CPU ini secara keseluruhan dan melihat berapa banyak panas yang bisa dihasilkan.

Tapi saya macet. Saya tidak tahu harus berpikir apa selanjutnya. Saya bahkan tidak tahu apakah itu pemikiran yang bagus.

Pertanyaan saya adalah: mengapa tidak mengembangkan semacam heatsink yang menghasilkan listrik dari panas CPU? Saya tahu seseorang pasti sudah memikirkan hal itu dan memikirkan alasan mengapa tidak melakukannya, tetapi saya tidak bisa mengetahuinya.

Jadi, mengapa itu tidak mungkin?

EDIT untuk klarifikasi: Saya tidak ingin CPU bekerja pada 1000 ° C. Saya akan mencantumkan langkah-langkah penalaran saya (belum tentu benar), yang kira-kira:

1. Kecepatan jam CPU dibatasi oleh suhu kerja (T).
2. CPU menghasilkan panas. Panas membuat T naik.
3. Heatsink menangani panas itu untuk mempertahankan T = 40 ° C.
4. Ganti heatsink dengan generator termoelektrik (dibangun dari SiGe atau bahan serupa)
5. Letakkan banyak CPU berdampingan untuk meningkatkan pembangkitan panas.
6. Panas keluar dari CPU ke TEG, sehingga CPU tetap pada T = 40 ° C.
7. Apakah ini mungkin?
8. Bagaimana cara membangun TEG? Materi apa yang digunakan?
9. Mengapa perangkat seperti itu belum ada?
10. Mengajukan pertanyaan ini.

EDIT2: Saya melihat bahwa ide saya pada dasarnya salah dan buruk. Terima kasih atas semua jawaban dan komentarnya. Maaf tentang kesalahpahaman.

tl; dr Ya, Anda dapat mengekstrak sejumlah kecil daya dari panas limbah CPU, tetapi unit pendingin Anda harus lebih besar semakin banyak daya yang ingin Anda ekstrak.

PENJELASAN Tidak ada mesin yang mengubah panas menjadi listrik, hanya mesin yang mengubah perbedaan panasmenjadi kekuatan. Dalam kasus Anda, perbedaan itu adalah antara suhu CPU dan suhu lingkungan. Efisiensi teoritis maksimum untuk proses ini adalah (1 - T_cold / T_hot), jadi untuk suhu lingkungan 25 derajat C, suhu CPU 40 derajat C dan aliran panas 50W Anda dapat menghasilkan 2,4 watt listrik dengan konverter yang ideal (suhu adalah suhu absolut di Kelvin). Jika Anda membiarkan CPU mencapai 60 derajat C, Anda bisa mendapatkan hingga 5 watt, dan jika Anda membiarkan 100 derajat C, Anda bisa mendapatkan hingga 10 watt. Konverter heat-to-power kehidupan nyata lebih tidak efisien, terutama elemen termoelektrik. Saya akan merekomendasikan mesin pengaduk, yang lebih dekat ke efisiensi ideal.

Beginilah cara panas mengalir dengan heatsink pasif:

[CPU] --> [Environment]

Persimpangan CPU-ke-Lingkungan memiliki hambatan termal, diukur dalam Kelvin / Watt, setara langsung dengan bagaimana hambatan listrik diukur dalam Volt / Ampere. Anda mungkin menemukan nilai Kelvin / Watt di beberapa lembar data. Heatsink yang ideal memiliki ketahanan nol, sehingga perbedaan suhu adalah 0 dan CPU beroperasi pada suhu lingkungan (25 derajat C). Dengan heatsink kehidupan nyata 0,5K / W dan aliran panas 50W (CPU menghasilkan panas 50W), perbedaan suhu 25K dan CPU pada 50 derajat C.

Beginilah cara panas mengalir dengan mesin yang Anda usulkan:

[CPU] --> [Hot end of machine] --> [Cold end of machine] --> [Environment]

Ada hambatan termal, yaitu perbedaan suhu, pada ketiga titik. Mari kita asumsikan bahwa koneksi antara CPU dan hot end mesin ideal, yaitu mereka pada suhu yang sama. Hambatan termal di dalam mesin digunakan untuk menghasilkan listrik. Resistansi termal antara ujung dingin dan lingkungan diberikan oleh heat-end pendingin.

Katakanlah heat sink pada ujung dingin adalah sama dengan yang kami gunakan untuk CPU, dengan 0,5K / W, dan kami ingin CPU berada pada 50 derajat C. Kemudian ujung dingin mesin sudah pada 50 derajat C, dan tidak ada perbedaan suhu pada mesin, yaitu tidak dapat menghasilkan daya. Jika kita menggunakan heat sink dua kali besar (0,25K / W), maka ujung dinginnya akan berada di 37,5 derajat C dan perbedaan suhu di atas mesin adalah 12,5 derajat C, sehingga dapat menghasilkan sedikit daya.

Setiap mesin yang mengekstraksi daya dari perbedaan suhu menimbulkan hambatan termal yang setara dengan (temperature difference)/(Heat flow). Resistansi termal dari mesin ditambahkan ke resistansi termal heatsink, sehingga suhu CPU akan selalu lebih panas jika ada mesin di antaranya.

BTW Beberapa overclocker melakukan sebaliknya: Mereka menambahkan elemen termoelektrik yang berjalan secara terbalik, menggunakan tenaga listrik untuk memompa panas dari CPU ke heatsink, menciptakan perbedaan suhu negatif. CPU ada di ujung dingin, dan heatsink ada di ujung panas.

BTW Inilah sebabnya mengapa pembangkit listrik tenaga nuklir memiliki menara pendingin yang sangat besar, yang berfungsi sebagai pendingin unit pendingin.

Masalah dengan generator termoelektrik adalah mereka sangat tidak efisien.

Untuk CPU Anda HARUS menyingkirkan panas yang mereka hasilkan atau meleleh.

Anda dapat memasang modul peltier dan mengekstraksi sejumlah kecil listrik dari mereka tetapi Anda masih perlu membuang sisa panas melalui metode pertukaran panas klasik. Jumlah listrik yang dihasilkan mungkin tidak cukup signifikan untuk menjamin biaya pemasangan.

Anda BISA juga menggunakan peltiers sebagai pendingin. Namun, Anda perlu MENAMBAH daya untuk memompa panas. Kekuatan itu kemudian harus dihilangkan bersama dengan panas yang Anda lepaskan melalui penukar panas. Pada akhirnya yang terakhir harus lebih besar sehingga efek bersih Anda lebih buruk.

Panas ke kekuasaan adalah ide "cawan suci" dan di atas sana dengan fusi dingin sebagai mimpi teoretis.

Diedit untuk kejelasan

Konversi LANGSUNG yang efisien dari panas ke listrik adalah ide "suci grail" dan ada di sana dengan fusi dingin sebagai mimpi teoretis.

Untuk menghasilkan listrik, Anda ingin sisi panas (prosesor) menjadi sepanas mungkin untuk efisiensi maksimum. Generator termal memperlambat pergerakan panas saat mengekstraksi energi darinya.

Untuk melakukan perhitungan, Anda ingin prosesor menjadi sedingin mungkin. Suhu yang lebih tinggi meningkatkan resistensi listrik silikon. Inilah sebabnya mengapa Anda memiliki heatsink, kipas, dll yang sangat konduktif: untuk memindahkan panas secepat mungkin.

Persyaratan ini saling bertentangan secara langsung.

Terkejut bahwa tidak ada orang lain yang menyebutkan ini:

Menghasilkan listrik dari limbah panas dari beberapa proses yang membakar bahan bakar bisa masuk akal. Menghasilkan listrik dari limbah panas dari sistem yang ditenagai oleh listrik? Itu tidak masuk akal. Jika mungkin bagi Anda untuk menghemat energi dengan melakukan itu, maka mungkin bagi Anda untuk menghemat lebih banyak energi dengan membangun sistem yang menggunakan listrik secara lebih efisien.

Hukum termodinamika menyatakan bahwa menyatukan dua sumber energi pada suhu yang sama tidak sama dengan tingkat energi yang lebih tinggi. Misalnya, menuangkan secangkir air panas ke dalam cangkir air panas lainnya tidak membuat kombinasi ini lebih panas dari pada cangkir yang terpisah.

Panas juga merupakan salah satu bentuk energi terendah karena sangat sedikit yang dapat Anda lakukan dengannya. Listrik dapat menjalankan sirkuit, angin dapat menciptakan gerakan mekanis, tetapi panas tidak bisa berbuat banyak selain memasukkan lebih banyak energi ke dalam cairan atau padatan.

Yang mengatakan, metode yang paling layak untuk mendapatkan energi dari panas adalah merebus fluida (air misalnya) untuk mengubah turbin. Menyatukan beberapa heat sink dan menempel pada sebuah bak bisa membuat air mendidih jika CPU semuanya di atas 100 C. Tapi, seperti yang mungkin Anda simpulkan, ini adalah ide yang buruk.

Berpikir lucu, tapi tidak. CPU Anda bukan hanya sebuah chip, ada kabel pengikat dan casing yang terlibat yang tidak akan benar-benar memiliki peluang pada 1000 ° C.

Selain itu, masih ada beberapa hukum termodinamika yang perlu dipertimbangkan. Anda masih harus memasukkan sejumlah besar energi ke dalam sistem untuk mendapatkan sangat sedikit. Elemen Peltier yang Anda maksudkan membutuhkan dT besar (perbedaan antara sisi dingin dan panas) jadi dengan melepas heat sink akan memunculkan sisi "dingin" ke suhu yang sama dengan sisi panas, sehingga tidak ada lagi energi yang bisa diperoleh di sini, Anda harus mendinginkan Sisi Dingin yang akan semakin merusak efisiensinya. Di sisi lain elemen-elemen Peltier dapat digunakan untuk menghasilkan perbedaan suhu seperti pada pendinginan CPU.

Secara teori, itu mungkin . Yang Anda butuhkan hanyalah beberapa "substansi" yang menghasilkan listrik ketika salah satu permukaannya berada pada suhu 40c dan yang lainnya pada suhu 20c.
Saat ini, ada termokopel yang melakukan hal ini (ubah panas menjadi listrik), tetapi pada suhu yang jauh lebih tinggi.