Was würde passieren, wenn Sie in einen speziellen Kühlkreislauf statt Wasser/Kühlmittel eine große Menge Flüssigmetall geben würden? Welche Herausforderungen wären damit verbunden? Hätte dies überhaupt Vorteile?
BONUS: Was wäre, wenn Sie Kupferrohre anstelle von Standard-Kunststoff-/Glasrohren verwenden und flüssiges Metall durch die Kupferrohre pumpen würden? Und außerdem einen CPU-Block aus Kupfer verwenden würden?
Antwort1
In Keltaris Antwort ist alles richtig, ich möchte sie lediglich um einige weitere wichtige Informationen ergänzen:
Wenn Sie Wärme „übertragen“ möchten, müssen Sie sich mit zwei Hauptwerten befassen: Wärmeleitfähigkeit und Wärmekapazität. Erstens geht es darum, wie leicht Wärme von einem anderen Material aufgenommen/an ein anderes abgegeben werden kann, z. B. Wärme von einer heißen Oberfläche aufgenommen und Wärme an eine kalte Oberfläche abgegeben wird. Zweitens geht es darum, wie viel Energie gespeichert werden kann.
Die Wärmeleitfähigkeit von flüssigen Metallen ist im Vergleich zu festen Metallen sehr gering. Reines, festes Aluminium hat eine Wärmeleitfähigkeit von etwa 200 W/(m K), reines Kupfer etwa 390 W/(m K). Quecksilber hingegen hat einen Wert von etwa 8,5 W/(m K) und der Wert für Wasser beträgt etwa 0,6 W/(m K). Flüssige Metalle sind also für die Wärmeübertragung besser als Wasser, aber viel schlechter als feste Metalle.
Die Wärmekapazität ist ein weiterer Aspekt. Eine Temperaturänderung von 1 K (also eine Änderung von 1 °C oder 2 °F) erfordert bei flüssigem Wasser 4,187 kJ/kg, während die gleiche Änderung bei Quecksilber 0,125 kJ/kg beträgt. Das bedeutet, dass dieselbe Wärme von der CPU-Oberfläche eine 32-mal größere Temperaturänderung bei Quecksilber verursacht!
Einfach ausgedrückt ergibt eine 14-mal bessere Leitfähigkeit und eine 32-mal schlechtere Wärmekapazität in der Summe etwa 50 % schlechtere Werte als bei der Wasserkühlung, und dabei werden andere Gefahrenfaktoren wie Toxizität oder Kurzschlussfaktoren noch nicht berücksichtigt. (Diese Berechnung ist nicht korrekt, da diese Werte von vielen anderen Parametern abhängen, wie z. B. aktuelle Temperatur, Druck und seitliche Dissipation bei der Übertragung usw.)
Antwort2
Während dies oberflächlich betrachtet eine gute Idee zu sein scheint, ist es in Wirklichkeit einesehrschlechte Idee.
Es gibt zwei Metalle (Legierungen nicht inbegriffen), die bei Zimmertemperatur flüssig sind: Quecksilber und Gallium.
Zunächst einmal ist Quecksilberäußerstgiftig und sollte nur von Experten gehandhabt werden.
Gallium wirdAluminium und Stahl korrodieren, worüber/durch das Kühlmittel läuft, um Wärme abzuleiten. Dadurch werden schließlich die Verbindungen und Kühlkörper zerstört, was zum nächsten Problem führt.
Sowohl Quecksilber als auch Gallium sind elektrische Leiter. Wenn eine der beiden Flüssigkeiten auf die Elektronik gelangt, kann dies Kurzschlüsse verursachen und die Elektronik sogar beschädigen. Und wiederum ist Quecksilber extrem giftig. Das allein ist schon ein Grund, sie nicht zu verwenden.
Quecksilber und Gallium haben eine hohe Volumenausdehnungsrate bei Hitze. Bei großer Hitze können sie sich stark ausdehnen und der Druck würde die Kühlleitungen zerstören.
Gallium selbst ist keine Flüssigkeit.ZimmerTemperatur. Es hat einen Schmelzpunkt von 29,76 °C (85,58 °F), was bedeutet, dass Gallium erstarren würde, wenn der PC ausgeschaltet und vollständig abgekühlt wäre. Dies könnte natürlich zu Problemen führen, da die Flüssigkeit nicht fließen könnte.
Ich habe noch ein paar Gedanken eingefügt:
Quecksilber ist sehr, sehr schwer. Ein Liter Quecksilber wiegt knapp 30 Pfund (13,5 Kilogramm). Ein Liter Gallium wiegt 13,02 Pfund (6 Kilogramm). Um diese Flüssigkeit zu bewegen, bräuchte man eine riesige Pumpe. Allein das Gewicht könnte dazu führen, dass sich Leiterplatten verbiegen oder brechen.
Antwort3
Es gibt bereits CPU-Kühler aus Flüssigmetall:
http://www.guru3d.com/articles-pages/danamics-lmx-superleggera-review,1.html
Dieses verwendet NaK: eine eutektische Legierung aus Natrium und Kalium, die erschreckend stark mit Luft, Wasser und praktisch allem anderen reagiert:
https://en.wikipedia.org/wiki/Natrium-Kalium-Legierung
Die gleiche Legierung wird zur Kühlung in der Kernindustrie verwendet.
Antwort4
So etwas kann ziemlich gefährlich sein und stellt für jemanden, der es zu Hause ausprobiert, ein großes Sicherheitsrisiko dar. Also, im Ernst, diese Antwort ist hypothetisch – versuchen Sie nichts davon zu Hause usw.
@uDevs AntwortEs ist richtig, dass Sie sich in erster Linie um zwei Dinge kümmern würden:
Wärmeleitfähigkeit: Wie schnell sich thermische Energie (Wärme) durch die Substanz bewegt.
Wärmekapazität: Wie viel thermische Energie (Wärme) ein Stoff speichern kann (in diesem Fall, bevor er zu heiß ist, um noch mehr aufzunehmen).
Wasser ist oft ein hervorragendes Kühlmittel, da es eine relativ hohe Wärmekapazität hat. Das heißt, es ist relativ viel Wärme nötig, um es zu erwärmen.
Allerdings denke ich, dass einige der anderen Antworten die Bedeutung der Wärmekapazität in diesem Fall überschätzt haben. Das Problem ist, dass wir nicht wirklich nur eine bestimmte Menge Kühlmittel erhitzen; stattdessen fließt das Kühlmittel ständig, sodass wir uns im Grunde darum kümmern
- [Wärmekapazität] * [Durchflussrate].
Wenn also ein Kühlmittel mit geringerer Wärmekapazität ausgewählt wird, kann der Unterschied durch eine Erhöhung der Kühlmitteldurchflussrate bis zu einem sinnvollen Grenzwert ausgeglichen werden, z. B. wenn die Reibungswärme des Flüssigkeitsstroms problematisch wird oder der Druck des Stroms mechanische Schäden verursacht.
Also,Ja, grundsätzlich könnte die höhere Wärmeleitfähigkeit eines flüssigen Metalls bei einigen Designs hilfreich sein.
Eine praktische Einschränkung besteht darin, dass der Kühlkreislauf nur eine Quelle für thermischen Widerstand im Kühlmechanismus darstellt. Selbst wenn er also so optimiert wäre, dass er einen sehr geringen effektiven thermischen Widerstand aufweist, könnte der thermische Widerstand des Gesamtsystems weiterhin durch den thermischen Widerstand der CPU und des darauf befindlichen Wärmetauschers gestützt werden.