Kopfball
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Sendung vom 20. Januar 2013

Leonie Bossemeyer aus Heidelberg fragt: Wertung: 3.0 von 5 möglichen Sternen

Warum werden Computer heiß?

So mancher auf den Knien platzierte Laptop ersetzt jedes Heizkissen. Doch warum werden Computer so heiß, dass sie sogar gekühlt werden müssen? Ausgerüstet mit Wärmebildkamera und Mikroskop folgen die Kopfball-Reporter Isabel Hecker und Burkhardt Weiß einer heißen Spur.

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90 Grad – bei laufender Kühlung

Vor allem der Hauptprozessor, das Gehirn des Computers, sorgt für enorme Hitze: Betriebstemperaturen von 90 Grad Celsius sind keine Seltenheit – trotz ständiger Kühlung durch einen Lüfter. Fällt der mal aus, wird der Prozessor schon beim Einschalten binnen Sekunden über 100 Grad heiß. Damit er sich durch die Hitze nicht selbst zerstört, schaltet er sich dann automatisch ab. Warum sich gerade dieser Teil des Computers so stark erhitzt, zeigt der Film mit einem Blick unters Mikroskop: Eine Fläche, gerade mal so groß wie ein Fingernagel, beherbergt ein komplexes Netzwerk aus winzigen Leitungen und Schaltungen. Die kleinsten Strukturen, sogenannte Transistoren, sind nur wenige Nanometer groß. Zum Vergleich: Nebeneinandergelegt passen über 4000 solcher Transistoren auf die Breite eines Haares.

Der Widerstand macht's heiß

Was hat die Größe der Strukturen mit der Wärme des Prozessors zu tun? Der Grund hierfür liegt in der Funktionsweise eines Prozessors: Jeder Befehl eines Computerprogramms wird im Prozessor dadurch umgesetzt, dass durch bestimmte Bereiche seines Mini-Leitungsnetzes Strom fließt und durch andere nicht. Die Elektronen stoßen auf ihrem Weg immer wieder mit den Atomen des Materials zusammen. Durch diesen elektrischen Widerstand entsteht Wärme – und zwar umso mehr, je dünner die Strukturen sind, durch die sich die Elektronen zwängen müssen. Von der Glühlampe kennt man das Phänomen: Der dünne Draht hat einen hohen Widerstand. Wenn der Strom fließt, wird der so heiß, dass er zu glühen beginnt: Die Lampe leuchtet.

Selbstheizende Bratpfanne aus Prozessoren

An den Transistoren wirkt sich der hohe Widerstand besonders aus. Sie wirken wie kleine Schalter, die im Prozessor bestimmen, wohin der Strom fließt. Sie bestehen hauptsächlich aus Silizium, einem sogenannten Halbleiter. Dadurch können sie von einem Moment auf den anderen ihren elektrischen Widerstand verändern. Ist der Widerstand so hoch, dass kein Strom fließt, steht der Schalter auf "aus". Verringert der Transistor seinen Widerstand, kann Strom fließen – und der Schalter ist "an". Doch zwischen diesen beiden Zuständen gibt es eine Übergangsphase. Währenddessen ist der Widerstand zwar noch sehr hoch, es kann aber bereits Strom fließen. Während dieses Einschaltvorgangs entsteht besonders viel Wärme. Dieser Moment ist extrem kurz – doch ein einzelner Transistor kann über 100 Milliarden Mal pro Sekunde schalten. Und bei über einer Milliarde Transistoren in einem Prozessor kann es dann auch ganz schön heiß werden. Isabel und Burkhardt kommen auf die Idee, sich aus vier Prozessoren eine selbstheizende Bratpfanne zu bastel. Ob die Wärme der Transistoren ausreicht, um ein Ei zu braten, sehen Sie im Film.

Text Max Ostendorf

Film Maakii: Tobias Weiß, Max Ostendorf und Niels Waibel mit Isabel Hecker und Burkhardt Weiß

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Kommentare

Einträge: 1

thomas
schrieb am 31.07.2013, 09:49 Uhr
Liebe Leute, der ganze Versuch bei 2:53 ist ziemlicher Quatsch. Zumal auch noch gesagt wird, es würde die gleiche Spannung an dünnen Draht angelegt. Wäre dem nämlich so, müsste der dicke Draht sehr viel heißer werden als der dünne. Gehen wir doch einmal davon aus, die Spannung beträgt 12V und der Draht weist einen Widerstand von 0.1 Ohm auf. Das entspräche einer Verlustleistung am Draht von U²/R = 1440 Watt. Hat der dünne Draht einen Widerstand von 1 Ohm, dann wäre die Verlustleistung ja auch nur ein zehntel, also 144 Watt. Wo genau liegt jetzt also das Problem und es glüht der dünne statt dem dicken Draht? Ganz klar: Dieses winzige Netzteil müsste beim dicken Draht 120A liefern. Das wird dieses winzige Netzteilchen allerdings niemals schaffen, und nahezu die gesamte Spannung fällt am Innenwiderstand ab, bzw. vermutlich ist im Netzteil sogar eine Strombegrenzung verbaut. Und eben genau jenes sollte eigentlich gezeigt werden: Die Verlustleistung an einem ohmschen Widerstand bei einem bestimmten Strom. Und dann haben wir auch den Zusammenhang P=I²*R, also je mehr Widerstand, desto mehr Verluste. Bei konstanter Spannung am Draht wäre es ja eben genau umgekehrt.



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