No va a funcionar
PARTE 1: Resumen de su reclamo, tal como lo entiendo.
Tome un bloque de silicio tipo p y silicio tipo n. Conéctelos en un solo lugar (“la parte superior”) para hacer una unión pn. En otro lugar (“la parte inferior”), instale un mecanismo mecánico donde puedan juntarse (en contacto) y separarse. Suponga que las superficies son cristales limpios sin reconstrucción de la superficie y sin iones depositados desde el aire.
- ¿En qué configuraciones puede un diodo nunca tener polarización directa?
- ¿Cómo funciona un diodo varicap?
- ¿Qué son los diodos y rectificadores?
- ¿Cuál es la diferencia entre un interruptor y un diodo?
- ¿Por qué los agujeros en la región de agotamiento en una unión pn no se combinan con los electrones en el tipo n?
Según él: cuando los cristales están separados en la parte inferior, se atraerán fuertemente entre sí debido al potencial de galvani incorporado en la unión pn superior. (O, más en general, porque el silicio de tipo p y n tiene diferentes funciones de trabajo). La caída del potencial de galvani es completamente a través del entrehierro, porque no hay una región de agotamiento.
Según él: cuando los cristales están conectados en la parte inferior, la caída del potencial galvani se extiende a través de una región de agotamiento más grande en el sólido.
Entonces, según él: si comienzas con los cristales conectados, puedes separarlos fácilmente, porque la región de agotamiento seguirá existiendo (lleva un tiempo desaparecer), por lo que no habrá una gran caída del potencial galvánico en el aire -brecha. Pero si los separas y esperas un poco, la región de agotamiento desaparecerá, la caída del potencial de galvani estará completamente a través del espacio de aire, y habrá una fuerte fuerza que juntará los cristales. Por lo tanto, puede hacer un oscilador de máquina de movimiento perpetuo.
PARTE 2: ¿Qué tiene de malo esta imagen?
El gran problema es la suposición de que no habrá una región de agotamiento en equilibrio cuando los lados p y n no se toquen. No es verdad.
Incluso cuando hay un espacio de aire, los electrones quieren formar una región de agotamiento (como se describe a continuación), y pueden hacerlo fluyendo a través de la unión pn superior.
Sabemos por la ley de Gauss que el campo eléctrico cambia bruscamente solo si hay mucha carga acumulada en un lugar. En un condensador de placa paralela de metal cargado tradicional, tiene un campo grande en el entrehierro pero un campo cero en el metal. Eso significa, según la ley de Gauss, que hay una tonelada de exceso de carga en las superficies más externas del metal, literalmente dentro de una sola capa atómica. Pero si tiene un condensador semiconductor-aire-semiconductor, eso no puede suceder.
El Dr. Sheehan dice que puede haber un campo E arbitrariamente grande en la brecha, con campo cero en los semiconductores. En este caso, según la ley de Gauss, es mejor que exista una carga superficial E / epsilon0 en un lado y -E / epsilon0 en el otro lado. Piensa en cómo se ve este cargo. ¿Está hecho de electrones? Agujeros? ¿Donantes o aceptadores ionizados? Cuando lo piense bien, verá que esta descripción de los campos no puede ser correcta.
Si tiene un semiconductor de tipo p y desea acumular carga negativa en la superficie, puede acumular un poco agotando los agujeros de la superficie (dejando atrás los aceptores ionizados), pero no puede crear inmediatamente un montón de electrones en exceso. en la superficie porque no hay estados que puedan llenar todavía. En su lugar, agota los agujeros cada vez más por debajo de la superficie, hasta que finalmente tiene una región de agotamiento “completa” donde la banda de conducción alcanza el nivel de fermi en la superficie para formar una capa de inversión (donde los electrones finalmente pueden acumularse densamente en la superficie).
De nuevo, si tiene un condensador lleno de aire donde una placa es un semiconductor de tipo p y la otra es un semiconductor de tipo n, no puede suponer que el campo E estará completamente en el entrehierro , como lo haría estar en un condensador metal-aire-metal. Con una polaridad de voltaje, el campo estaría mayormente en el espacio, claro, pero con la otra polaridad, parte o la mayor parte del campo estaría en los semiconductores, en lugar del aire (dependiendo del voltaje aplicado y el tamaño del espacio) .
Entonces, si todo se mueve lentamente, el potencial de galvani-caída-a través del espacio de aire es una función bien definida de separación, que va a cero sin problemas a medida que el espacio va a cero. Eso significa que la fuerza al juntar las placas es exactamente la misma que la fuerza al separarlas. Sin movimiento perpetuo.
Todavía puede esperar que si se queda sin equilibrio (es decir, separa las placas o juntas más rápido de lo que los electrones y los agujeros pueden reconfigurarse), entonces puede obtener una fuerza atractiva más fuerte que las separa. Desafortunadamente, si lo resuelve en detalle, lo que sucede es exactamente lo contrario. La reconfiguración y el reequilibrio de los electrones y los orificios genera un calentamiento de julios, que proviene de la pérdida de potencia en el oscilador mecánico (es decir, es difícil separar las placas, luego una fuerza más débil las une).
Hay un punto más básico:
Es matemáticamente imposible obedecer las leyes normales de la física y la mecánica de los semiconductores (como la ecuación de deriva-difusión-poisson, las leyes de Newton, etc.) pero desobedecer la segunda ley de la termodinámica.
(Bueno, es matemáticamente imposible desobedecer la segunda ley del período de termodinámica … pero no quiero entrar en ese debate aquí, así que solo estoy discutiendo este punto más estrecho).
Si un sistema satisface la ecuación de deriva-difusión-poisson y esas otras leyes, puede demostrar matemáticamente que tiene una propiedad correspondiente a la entropía que siempre aumenta cuando algo en el sistema se está moviendo, y nunca disminuye. Esta es una propiedad matemática demostrable de estas ecuaciones diferenciales. Así como la energía es una invariante de estas ecuaciones diferenciales, la entropía es una monovariante.
Entonces, si un sistema satisface estas ecuaciones, no es una máquina de movimiento perpetuo.
Esta afirmación es una de las muchas versiones del teorema H de Boltzmann. Las personas que creen en las máquinas de movimiento perpetuo generalmente rechazan el teorema H de Boltzmann con el argumento de que la prueba se basa en una suposición sospechosa (“caos molecular”). (Discuto que la suposición sea sospechosa, pero de nuevo, no quiero entrar en ese debate). Bueno, en la versión del teorema del que estoy hablando aquí, la única suposición es que el sistema está siguiendo la deriva -difusión-ecuación de Poisson, etc. No existe una suposición sutil de aleatoriedad ni ninguna otra cosa. Estas son ecuaciones deterministas, macroscópicas, y la prueba es material de cálculo estándar.
(Tenga en cuenta que la ecuación de deriva-difusión no es invariante de inversión de tiempo. Es por eso que este argumento es tan claro y directo. No necesitamos ninguna noción de aleatoriedad o estadística o pérdida de información).
Según tengo entendido, el Dr. Sheehan acepta que las leyes normales de la física y la mecánica de los semiconductores son correctas y aplicables, pero dice que admiten una máquina de movimiento perpetuo. Por lo tanto, puede estar 100% seguro de que ha cometido un error en alguna parte, incluso si no cree que la segunda ley de la termodinámica sea siempre cierta (por cualquier razón chiflada). ¡A menos que no creas en las matemáticas !
