¿Por qué está caliente la CPU cuando está encendida? [cerrado]

Hace calor porque la energía eléctrica entra en la CPU y no sale. La ley de conservación de la energía nos dice que esta energía no puede desaparecer: solo podemos convertirla en diferentes tipos de energía . La energía térmica es el resultado.

La energía eléctrica utilizada, y por lo tanto, convertida a (en su mayoría) energía térmica, es fácil de cuantificar matemáticamente. Power es la tasa de uso o conversión de energía, y para los sistemas eléctricos, es el producto del voltaje y la corriente :

$$ IE = P $$

Si tiene algún componente, circuito o conjunto eléctrico (como una CPU) y le aplica un voltio, y un amperio fluye a través de él, entonces está usando energía eléctrica a una watt , que es (por definición) una joule por segundo. Puede estar familiarizado con Btu / h como una medida de la capacidad de calefacción o refrigeración que también es una medida de la potencia, por lo que puede se calculará a partir de vatios:

$$ 1A \ cdot 1V = 1W = 1J / s \ approx 3.4 Btu / h $$

Esta energía eléctrica debe convertirse en otro tipo de energía, y en una CPU, es principalmente energía térmica ¹ . El disipador térmico está diseñado para aumentar la velocidad a la que la energía térmica puede ser eliminada de la CPU y transferida al aire circundante en la caja, luego expulsada a la habitación y luego eliminada por su sistema de HVAC, donde sirve para calentar la Tierra. un poco, que es tan grande que la energía térmica de su CPU no tiene un efecto medible en la temperatura ² .

Aunque los ingenieros de CPU trabajan muy duro para minimizar este uso de energía, no puede eliminarse, por las mismas razones que no podemos hacer patines de hielo sin fricción, aspiradoras perfectas, oro puro o cualquier otro número de otros ideales. Todos los circuitos eléctricos reales tienen un poco de ineficiencia en ellos, y cuando empacas millones de transistores en un paquete tan pequeño, el resultado es algo que se calienta bastante.

^{[1] hay otras formas de energía que pueden crearse a partir de la energía eléctrica. Por ejemplo, un motor es una máquina diseñada para convertir lo más eficientemente posible a kinetic energy , y los LED, las bombillas y las antenas están diseñadas para convertir su potencia de entrada a radiación electromagnética . A través de las ineficiencias, estos dispositivos también generan algo de calor.}

^{[2] algún día, todo este calentamiento nos alcanzará. Consulte la segunda ley de la termodinámica y calor muerte del universo .}

Porque la corriente fluye a través de él, y la CPU tiene resistencia finita y temperatura finita, convección y coeficientes de conducción.