Concevoir un semi conducteur de chaleur?

[ecolami]

Bonjour,
Est-il possible de concevoir un matériau qui conduise bien la chaleur dans un sens mais pas dans le sens opposé.
Un peu comme les semi-conducteurs d'électricité.
Je crois que ce n'est pas possible, mais j'aimerai votre avis.
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[Ikhar84]

Une sorte de diode thermique plutôt ?

Peu de chance...

[XK150]

Salut ,

Oui , c'est possible de canaliser dans une seule direction , nanotubes carbone : https://www.technologyreview.com/201...one-direction/

Ou encore polymères : https://www.eurekalert.org/news-releases/540556 ........https://www.popsci.com/science/artic...one-direction/

Ou encore MoS2 : https://newatlas.com/materials/heat-...l-electronics/

Tout ceci à l'échelle du laboratoire ...

[ecolami]

Bonjour,
Les articles sont interessants!
Si je comprend bien la méthode consiste a permettre a la chaleur de passer librement suivant un axe et de ne pas passer (aussi facilement) suivant un axe perpendiculaire.
Les articles n'expliquent pas le mécanismes ils decrivent des structures particulières de diverses matières.

[A voir en vidéo sur Futura]

[Deedee81]

Salut,

Tu as été voir les articles d'origine ? Par exemple, pour le premier : https://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/1911/1911.11340.pdf

Je n'ai pas lu

[Antoane]

Bonjour,

Il faudrait connaitre l'application et ses contraintes pour mieux répondre.
Un courant de fluide caloporteur va mieux conduire la chaleur dans le sens du courant que dans le sens opposé.

[ecolami]

Bonjour,
En lisant on comprend que le phénomène est (un peu) comparable aux fibres optiques. En optique on fabrique parfois des blocs de fibre qui ressemblent a de simples morceaux de verre transparents mais qui ne laissent passer la lumière que suivant un axe. Appliqué a des nanotubes de carbone soigneusement aligné et rassemblé on obtient cet effet.

[Sethy]

Une solution "simple" : un dispositif à changement de phase. Les vapeurs sont produites au point d'entrée et refroidie au point de sortie. En collectant le liquide condensé au point de sortie et en le renvoyant vers le point d'entrée en utilisant la gravité, on a notre dispositif à sens unique.

[ecolami]

Une solution "simple" : un dispositif à changement de phase. Les vapeurs sont produites au point d'entrée et refroidie au point de sortie. En collectant le liquide condensé au point de sortie et en le renvoyant vers le point d'entrée en utilisant la gravité, on a notre dispositif à sens unique.

bonjour, Cette solution, efficace, est un dispositif et non pas un matériau.

[Deedee81]

Salut,

bonjour, Cette solution, efficace, est un dispositif et non pas un matériau.

Et alors ? En quoi serait-ce un problème ?
Par ailleurs, pour le dispositif décrit par Sethy il y a fort à parier qu'il soit possible de concevoir un matériau fonctionnant comme ça. La seule particularité est qu'il nécessiterait un déplacement interne de matière (des molécules d'eau ici).

[gwgidaz]

Bonjour,
Je pense qu'il y a confusion sur le problème posé au départ.
Il est demandé une transmission dans un sens, et blocage dans le sens opposé
Un tel dispositif serait la trouvaille du siècle , car il permettrait , à partir de l'eau tiède, de faire de l'eau chaude d'un côté et de l'eau froide de l'autre, donc de faire une machine thermique qui créerait de l'énergie ex nihilo.......
C'est incompatible avec l'un des axiomes de la thermodynamique ...Voir le démon de Maxwell.

[ecolami]

Bonjour, Dans le cas de l'électricite on ne s'étonne pas de l'existence de semiconducteur.
Dans le cas de la chaleur on sait qu'elle rayonne spontanément du plus chaud au plus froid; dans ces circonstances pourquoi n'existerait-il pas l'équivalent thermique des semiconducteurs électriques?
Je n'ai jamais pense a quelque chose qui séparerait l'eau tiède en eau et au chaude ( pompe a chaleur!)

[Sethy]

Là, c'est moi qui te reprend.

La diode, c'est un dispositif. Celle à tube, c'est évident avec cathode et anticathode et le vide d'air. Mais même celle à semi-conducteur dopé, présente une jonction de deux matériaux distincts : un semi-conducteur dopé P et l'autre N. Ce n'est pas "un" matériau. C'est un dispositif.

On pourrait même imaginer un dispositif plus simple que le mien : un tube en verre avec le vide à l'intérieur et une extrémité peinte en noir, l'autre en couleur métallique. Si la chaleur entre par le côté noir, elle est réfléchie par la surface métal. Tandis que si elle rentre par la surface métal, elle est abosrbée par la surface noire.

[Kondelec]

On pourrait même imaginer un dispositif plus simple que le mien : un tube en verre avec le vide à l'intérieur et une extrémité peinte en noir, l'autre en couleur métallique. Si la chaleur entre par le côté noir, elle est réfléchie par la surface métal. Tandis que si elle rentre par la surface métal, elle est abosrbée par la surface noire.

Non ça ne marche pas, le transfert thermique est identique dans les 2 directions, un tel matériau est tout simplement impossible.

Un tel dispositif serait la trouvaille du siècle , car il permettrait , à partir de l'eau tiède, de faire de l'eau chaude d'un côté et de l'eau froide de l'autre, donc de faire une machine thermique qui créerait de l'énergie ex nihilo.......
C'est incompatible avec l'un des axiomes de la thermodynamique ...Voir le démon de Maxwell.

Parce qu'une diode ça fabrique des électrons ? Cette réponse est hors de propos, il ne s'agit pas d'augmenter une température mais de bloquer le transfert dans un sens.

[ArchoZaure]

Bonjour.

Un truc amusant à ce propos.
Comment défier le démon de Maxwell avec des chocs inélastiques. (Puisque la chaleur c'est un truc thermodynamique).
Bouncing Balls - Sixty Symbols
https://www.youtube.com/watch?v=SRGf0Mq2Zwg

[ArchoZaure]

Après il faut se rendre compte ce que signifierait (après je n'affirme rien sur la possibilité) le fait d'empêcher la propagation de l'énergie cinétique dans un sens (en utilisant de l'énergie, on ne va pas délirer non plus).
Ça voudrait dire qu'un matériaux chaud pourrait écouler sa chaleur dans un autre à la vitesse moyenne des particules, donc fin des équilibres thermiques en chaque point.
C'est chaud et 3 secondes plus tard c'est à la température ambiante...
Ça accélère la propagation.

[Sethy]

Non ça ne marche pas, le transfert thermique est identique dans les 2 directions, un tel matériau est tout simplement impossible.

Voici le schéma de principe. Si j'ai tort, j'ai tort.



par la ... surface métallique.

[Kalmann]

Bonjour,
Est-il possible de concevoir un matériau qui conduise bien la chaleur dans un sens mais pas dans le sens opposé.
Un peu comme les semi-conducteurs d'électricité.
Je crois que ce n'est pas possible, mais j'aimerai votre avis.

Bonsoir,
oui ça existe, on appelle cela une diode thermique.
Ce phénomène a été observé pour la première fois en 1930 par Chauncey Starr, en construisant une jonction cuivre/oxyde de cuivre.
Ce Monsieur peu connu a été PhD à 23 ans seulement, je t'invite à lire le pdf sur sa biographie:
https://www.nature.com/articles/447789a
Les propriétés de ce principe sont utilisés régulièrement en thermique pour l'électronique.

[Kalmann]

Voir ici également:
https://en.wikipedia.org/wiki/Thermal_diode
https://www.sciencedirect.com/scienc...17931020335432

[Kondelec]

Voici le schéma de principe. Si j'ai tort, j'ai tort.

Ça ne fonctionne pas, parce que la valeur d'émissivité fonctionne pour l'émission, mais aussi pour l'absorption.

[Sethy]

Bonjour,
Est-il possible de concevoir un matériau qui conduise bien la chaleur dans un sens mais pas dans le sens opposé.
Un peu comme les semi-conducteurs d'électricité.
Je crois que ce n'est pas possible, mais j'aimerai votre avis.

Si on y réfléchi, il y a déjà dans l'énoncé une contradiction dans la mesure où un semi-conducteur n'est pas un matériau, c'est un dispositif.

Il faut soit relacher une contrainte, soit prendre un autre exemple "qui marche" que les semi-conducteurs.

[Sethy]

Ça ne fonctionne pas, parce que la valeur d'émissivité fonctionne pour l'émission, mais aussi pour l'absorption.

Un troisième avis pour nous départager ?

[Kalmann]

Si on y réfléchi, il y a déjà dans l'énoncé une contradiction dans la mesure où un semi-conducteur n'est pas un matériau, c'est un dispositif.

A proprement parler un semi-conducteur est bien un matériau, c'est un silicium dopé pour faire simple.
Une diode ou un transistor, par exemple, est un dispositif semi-conducteur (device en anglais).

[Kondelec]

La science n'est pas une question de votes : Coté "corps noir" on a une grande émissivité, le corps produit beaucoup d'IR, mais coté métallique il ne les absorbe qu'en partie, la majorité est réfléchie.
Les mêmes coefficients s'appliquent lorsqu'on inverse le dispositif.

[Sethy]

A proprement parler un semi-conducteur est bien un matériau, c'est un silicium dopé pour faire simple.
Une diode ou un transistor, par exemple, est un dispositif semi-conducteur (device en anglais).

Oki, mais observe-t-on l'effet diode si on n'a qu'un matériau dopé P - ou - un matériau dopé N ?

[Deedee81]

Salut,

J4avous que je suis perplexe (donc pas de troisième avis pour départager). Et il faudrait vraiment y réfléchir.

Notons qu'un matériau "diode" pour la chaleur n'implique pas nécessairement la possibilité de violer le second principe (j'ai vu la remarque donc je préfère l'expliquer).
Si le matériau laisse passer la chaleur d'un corps chaud vers un corps froid, pas de soucis évidemment.
Et si en inversant les sources il n'y a tout simplement pas ou peu de chaleur allant du chaud vers le froid, pas de soucis non plus.
Ce qu'on a est juste une conductivité thermique variable, sans plus. Il n'est pas du tout question de transférer de la chaleur du froid vers le chaud.

Donc, a priori possible.

Concernant la structure "diode", avec deux parties (comme les semi-conducteurs), là ma foi, je n'en sais rien. Mais il faut forcément une dissymétrie, qu'elle soit macro ou micro.

Pour trancher la question, pourquoi ne pas choisir un des dispositifs/matériaux présentés en liens au début par Xk150 et décortiquer (ou chercher des références ou les deux). Ca permettrait de comprendre.

[Antoane]

Bonjour,

> Les mêmes coefficients s'appliquent lorsqu'on inverse le dispositif.
A ceci près qu'ils dépendent de la température.

> Oki, mais observe-t-on l'effet diode si on n'a qu'un matériau dopé P - ou - un matériau dopé N ?
Ca dépend du degré de mauvaise foi des particpants. On peut faire une jonction rectificatrice schottky avec un semiconducteur et un métal : https://en.wikipedia.org/wiki/Schottky_barrier

[Kondelec]

La conductivité dépend un peu de la température, mais le dispositif ici échange par rayonnement, et l’émissivité est presque indépendante de la température (elle l'est lorsque l'on atteint des températures de quelques milliers de degrés).

Si on veut utiliser un dispositif le plus simple est d’utiliser un caloduc sans son média capillaire, c'est a dire un tube scellé vertical avec un solvant pur, sans air, à l’intérieur.
Si on chauffe le bas et que l'on refroidit le haut il y a échange par évaporation/condensation. Si on fait l'inverse l’échange est limité par la conduction du tube (que l'on peut faire dans un matériau très peu conducteur)