до какой температуры охлаждает жидкий азот

Азотный экстрим: все, что нужно знать об азотном охлаждении

После публикации статьи о парокомпрессионных системах охлаждения (www.ferra.ru/online/supply/25203) мы поняли, что интерес читателей к теме экстремального охлаждения процессоров высок, и продолжаем развивать тему охлаждения вообще и охлаждения процессоров в частности.

Помню, когда я впервые увидел на каком-то западном сайте фотографию процессора под азотным охлаждением, я впал в состояние немотивированного «хочу!» Полагаю, что то же самое чувствовали многие из вас, особенно когда фотография сопровождалась подписью вроде «Pentium 4 1,7 ГГц, разогнанный до 3 ГГц» Мне тоже очень хотелось добиться таких результатов, мне хотелось покупать медленные процессоры и делать из них сверскоростных монстров…да много чего хотелось, в общем-то. Только позже, тогда, когда я наконец получил доступ к такому количеству жидкого азота, что впору было мыть им руки, я понял, насколько эта затея была далека от реальности.

Процессор, побывавший под жидким азотом.

Дальнейшие выкладки позволят вам понять то же, что понял я, и не только.

Итак, что представляет собой система охлаждения, хладагентом в которой служит жидкий азот? Да ничего особенного, собственно — основание, выполненное из металла или какого-либо другого материала с высоким коэффициентом теплопроводности, и припаянную к этому основанию чашку, в которую этот самый жидкий азот наливается. Конечно, это простейший случай, однако он же и самый показательный. Создать основание несложно, но это, пожалуй, единственная несложная операция во всем процессе создания азотной системы охлаждения. Дальше начинаются проблемы. Проблема первая — где взять чашку. Металлической кружкой тут не обойдешься, так как потери тепла через стенки будут настолько велики, что весь азот будет уходить не на охлаждение процессора, а на охлаждение стенок сосуда и окружающей среды. Нужна хорошо изолированная чашка. Колба от термоса подошла бы, но вот как соединить ее с основанием, не нарушив целостности, и при этом обеспечив низкое термическое сопротивление соединения? Я не берусь оценивать, во сколько вам обойдется изготовление такого сосуда, а о существовании серийных экземпляров мне неизвестно.

Конечно, можно и обычным металлическим стаканом обойтись (западные и восточные оверклокеры в основном так и делают, им азота не жалко вовсе, да и подливать его они не особенно ленятся), но, повторяю, потери в этом случае будут превышать все разумные пределы. Так что мы пойдем другим путем.

При всем этом сосуд должен быть еще и не очень объемным, чтобы влезть в корпус, пусть даже специально модифицированный, а в сосуд небольшого объема необходимо будет очень часто подливать азот. Кроме того, вес сосуда не должен быть большим, так как лапки сокета (в случае с процессорами Socket A) не способны выдержать большую нагрузку. Кстати, попутно выплывает и еще одна серьезная проблема. Как известно, пластмасса с понижением температуры теряет свою эластичность. При азотных температурах ( ок. –195 градусов по шкале Цельсия) материал, из которого выполнен сокет, будет настолько хрупким, что вряд ли будет в состоянии удержать даже очень малый вес. Так что придется думать над системой крепления, причем в идеале никак не завязанной на материнскую плату. Единственное приходящее на ум решение — опоры, идущие к стенкам корпуса. Сложно, но можно.

Кстати, свои свойства при криотемпературах теряет не только пластмасса, но и полупроводниковые материалы, из которых изготавливается процессор. Конечно, температура в –196 по Цельсию для него вряд ли будет достижима (разница между температурой азота и температурой даже корпуса процессора всегда будет ощутимой, процессор-то постоянно подогревается), однако, если вы попробуете сначала установить систему охлаждения, а затем запустить компьютер, я не могу дать гарантию, что процессор поведет себя адекватно.

Понятно, что при таких температурах вся влага из воздуха тотчас же выпадет в осадок, и бороться с этим в данном случае воистину бесполезно — не та разница температур. Единственный доступный способ — герметизация процессора и прилегающих частей материнской платы с помощью лаков и герметиков. Тоже трудоемко, но исполнимо. Правда, над системой отвода воды и льда из корпуса все равно надо подумать.
Однако все эти трудности меркнут перед следующей проблемой. Она, как всегда, банальна — у вас не хватит денег на обслуживание такой системы, вернее, хватит, но вы не захотите их тратить в таких количествах.

Начнем с разовых платежей. Хранить жидкий азот надо в специальных больших термосах, называемых сосудами Дьюара, стоимостью примерно 300 долларов штука (сложно, но можно найти Б/У дешевле). Вам их необходимо иметь минимум три — один действующий, два на заправке. Про стоимость изготовления самой системы я уже говорил.

Теперь давайте посчитаем, сколько азота потребуется для питания такой системы. Примем для простоты расчета, что тепловые притоки из окружающей среды равняются нулю (конечно же, так не бывает на практике, там придется столкнуться с очень значительными потерями) Один ватт тепла, рассеиваемый процессором, потребует для своей нейтрализации 18 г азота в час, следовательно, средний 50-ваттный Athlon съест за час 900 г (1,125 л) азота. Следовательно, включая компьютер на 6 часов в сутки, вы будете тратить почти 7 л азота. Это, повторяю, идеализированный минимум, который для получения реалистичного результата надо умножать в лучшем случае на полтора, а то и на два, три и даже пять в случае совсем плохой изоляции колбы — из-за теплопритоков окружающей среды и соответствующих потерь. Литр жидкого азота сейчас можно купить (про поиск каналов покупки я умолчу — это тоже отдельная проблема) примерно за 7 рублей. Следовательно, даже в самом идеальном случае азотная система обойдется вам в 50 рублей в день, а на практике эта сумма будет существенно больше — около сотни рублей, плюс транспортные расходы, плюс расходы времени на привоз-отвоз сосудов Дьюара. Не забудьте про как минимум тысячу долларов в начале. Вы готовы пойти на такие траты?

Вот и выходит, что азотная система — удел больших организаций и тестовых лабораторий, и дома ее держать просто незачем. Кстати, мы как раз и являемся тестовой лабораторией, и, надеюсь, в ближайшее время сможем собрать такую систему, о чем непременно отчитаемся.

Однако азот — это не единственное вещество, которое можно использовать для экстремального охлаждения процессоров. Существует еще одно, весьма бюджетное решение, которое позволяет даже в самых что ни на есть домашних условиях достигать очень низких температур. И вы все его не раз видели, например, когда покупали в палатке мороженое.

Да, речь идет именно о нем. Сухой лед, представляющий собой двуокись углерода, или углекислый газ, замороженный до температур около –78 градусов Цельсия, и не имеющий при атмосферном давлении жидкой формы, то есть переходящий из газообразного сразу в твердое, сублимированное состояние. Теплота парообразования (называемая в этом случае теплотой сублимации) у двуокиси углерода существенно выше, чем та же величина для жидкого азота, и на один ватт тепловой мощности уйдет лишь 11 грамм углекислоты.

Но главный плюс углекислотной системы охлаждения — не в этом. Она существенно дешевле и проще как в эксплуатации, так и в сборке. Углекислоту легче достать, достаточно лишь договориться с мороженщицей из ближайшего ларька. Также углекислоту можно просто покупать. С изоляцией колбы можно морочиться уже не так серьезно, так как теплопритоки прямо пропорциональны разности температур между окружающей средой и хладагентом, соответственно, в случае с азотом (температура которого, напоминаю, близка к –200 градусов) разница температур будет втрое большей, чем при использовании двуокиси углерода с его –78 градусами. Сама колба уже тоже не обязательно, металлический стакан, обмотанный войлоком, вполне пойдет. Да и для хранения углекислоты сосуды Дьюара не нужны, хотя, конечно, что-то теплоизолированное крайне желательно.

Принципиальной же для эффективности разгона разницы между –78 и –196 градусами нет, и, если процессор разогнался до какой-то частоты при углекислотной температуре, то вряд ли он разгонится еще больше при температурах азотных.

Да, жидкий азот отдает тепло куда более равномерно, чем большой твердый кусок льда, который соприкасается со стенками на очень небольшой площади, но эту проблему можно решить, просто раскрошив куски в ступе, и высыпав в стакан. Производится и специальный гранулированный сухой лед, который размалывать уже не надо.
Остается, правда, проблема конденсата, но она, как я уже говорил, решается герметизацией.

Конечно, в качестве штатной системы охлаждения такую чашку со льдом вряд ли имеет смысл эксплуатировать, однако энтузиаст-оверклокер вполне может иметь такое устройство под рукой, просто для того, чтобы иногда ходить в палатку к мороженщице, брать у нее твердый CO2, бить рекорды, и повышать собственную самооценку. И никаких дорогостоящих термосов не надо.

По крайней мере, мы такую систему соберем обязательно. И тогда мы посмотрим, кто лучше разгоняется!

Источник

Свойства жидкого азота

Таблица 2. Давление насыщенных паров азота при температурах 20-126К

Таблица 3. Плотность жидкого азота в диапазоне температур 63-126К

Таблица 4. Приблизительный расход жидкого азота на охлаждение некоторых металлов

Таблица 5. Основные физические свойства жидкого азота

125367, г.Москва,
Полесский проезд, д. 14а

Источник

Уходим ниже нуля

Вышла статья про охлаждение жидким азотом «Уходим ниже нуля», которая впервые была опубликована в журнале «Железо» (январь 2005). Она писалась с учетом аудитории журнала, поэтому заядлым экстримщикам она может показаться неинформативной. Но надеюсь, остальные получат удовольствие от её прочтения.

Привет! Ответь на вопрос, много ли способов охлаждения своего железного коня ты знаешь? Твой комп, скорее всего, охлаждается воздушной системой, про жидкостное охлаждение, думаю, тебе не раз доводилось слышать. А знаком ли ты с системами на основе фазового перехода? Возможно, у тебя возникла ассоциация с «фреонкой», но сегодня речь пойдет не об этом страшном агрегате. Мы поговорим об охлаждении с использованием жидкого азота.

Операция «Стакан»
Обычно, для охлаждения процессоров (а мы будем охлаждать именно проц) используются кулеры или ватерблоки. Для наших нужд они не подойдут, так как ни одна система не выдержит таких низких температур, а воздушные кулеры вообще для жидкостей не предназначены. Нам нужна емкость, в которую можно было бы залить хладагент и закрепить эту емкость на процессоре. Я не стал изобретать велосипед и принялся за изготовление самой распространенной конструкции.

«Стакан» представляет собой трубу длиной 30-40 см, диаметром 40-50 мм с основанием 55х55 мм толщиной 10-15 мм на одном из концов трубы. Труба приваривается или припаивается к основанию. Предпочтительнее всего изготавливать «стакан» из меди. Получившаяся конструкция как нельзя лучше подходит для наших нужд.

Первая версия «стакана» должна была быть изготовлена из алюминия. Нужный кусок меди достать сразу не удалось и пришлось использовать то, что есть. Мой напарник IgormanS достал основание и трубу, а в мои обязанности входило спаять данные детали. Увы, но осуществить это не удалось, так как основание было из дюрали и упорно не хотело припаиваться к трубе. Пришлось искать медь. В этот раз поиски увенчались успехом, и мы получили вот такую конструкцию:

В основании «стакана» сделаны четыре углубления, для крепления за монтажные отверстия вокруг сокета. Для того чтобы надежно зафиксировать «стакан» на процессоре, из куска оргстекла была изготовлена прижимная пластина.

В сами отверстия на плате были вставлены болты, и с помощью прижимной пластины конструкция была закреплена на плате. Естественно, необходимо проложить в отверстия между болтами и платой диэлектрик, а также не забыть нанести на процессор термопасту. Что ж, предварительная сборка прошла успешно.

Подготовка к ядерной зиме
У такого способа охлаждения есть один большой минус – все элементы, находящиеся в непосредственной близости от азотного «стакана», покроются снегом. Попросту говоря, будет образовываться конденсат. Пришлось заняться изоляцией.

Со «стаканом» проблем не возникло, так как в его конструкции использована стандартная водопроводная труба. Теплоизоляция к ней продается в любом сантехническом магазине.

Тестовый стенд
CPU: AMD Athlon 1400 МГц (Thunderbird)
Материнская плата: Chaintech 7VJDA (KT266A)
Видеоадаптер: MSI GeForce 2MX
RAM: 256Мб RAM (Micron)
HDD: IBM 8,1 Гб
Блок питания: Delta Electronics DPS-300TB 300W
Монитор: LG Studioworks 56i

Обычно, в случае экстремального разгона железо подвергают различным модификациям. Поскольку, рекордов на этом старом драндулете не поставишь, и надо было лишь отработать саму технику разгона, то особых модификаций не проводилось. Единственное, что я сделал – перепаял на материнской плате конденсаторы вокруг сокета. И то, только потому, что родные уже начали вздуваться.

Также я приобрел ThermalTake Copper Shim, чтобы свести к минимуму возможность скола ядра процессора своим «стаканом».

LN2 party #2
К моменту проведения второго эксперимента мы обзавелись собственной лабораторией. В тот день мне позвонили и сказали, что привезли азот. Естественно, его налили в «боевой» термос и долго он бы там не протянул. Пришлось бросать все дела и ехать в лабораторию.

Взамен убиенного Thunderbird’а был приобретен Duron (Spitfire) 750 МГц. Именно его и пустили «под нож».

На этот раз я не забыл про прижимную пластину и, «стакан» был надежно зафиксирован на процессоре. Налив азота в «стакан», я включил систему. Не последовало даже писка спикера. Неужели и Duron отправился к праотцам? Помучавшись еще полчасика, я оставил всякие попытки воскресить систему, которая к тому времени уже основательно промерзла. Так бесславно закончился второй эксперимент.

Азотное баловство
Но ведь азота оставалось еще около трех литров, нельзя же оставлять добро пропадать. И тут я принялся проводить опыты с азотом.

Внутреннее расследование
После некоторых размышлений было решено проверить материнскую плату, подает ли она вообще признаки жизни. Вставили Duron – тишина, но вентиляторы крутятся, а это уже радует. Наверное от безысходности, решили поставить Athlon. И о чудо! «Буревестник» очень резво запустился, а мать отрапортовала писком об успешном прохождении POST’а. Да, рано мы его на брелок списали. Из этого стало ясно одно – виновата плата. Другие экстримщики сказали, что, возможно, замерзает электролит в конденсаторах цепи питания CPU, когда температура опускается ниже –17 градусов. А какая температура была на них у нас, подумать страшно! Последовав совету, я перепаял конденсаторы на обратную сторону платы. Зрелище не для слабонервных.

Также, я случайно нашел у себя кусок мягкой резины, которую закрепил на обратной стороне платы для лучшей изоляции. Закрепил с помощью болтов и очередной прижимной пластины из оргстекла.

LN2 party #3
В этот раз мы знали, чего ждать от системы. Задача стояла такая: как можно быстрее выяснить частотный предел процессора, пока материнская плата способна работать в таком экстремальном режиме. Поскольку теперь конденсаторы находились на обратной стороне платы, то просто положить ее на коробку не представлялось возможным. Было решено установить плату на импровизированных ножках, изготовленных из болтов и гаек.

Сбор системы прошел уже по известному сценарию – изоляция платы вазелином, подключение устройств, установка и фиксация «стакана». Напоследок расположили термодатчик у дна «стакана», чтобы следить уже непосредственно за его температурой.

К третьей LN2 сессии наш «стакан» представлял собой печальное зрелище. Теплоизоляция местами потрескалась, в некоторых частях была немного порвана. Чтобы она окончательно не отвалилась, мы скрепили ее лентой. Получился эдакий «полосатый жезл».

Собрав тестовый стенд, я залил немного азота в стакан. Когда температура «стакана» опустилась ниже –20 градусов Цельсия, я запустил систему. На этот раз старт прошел без проблем, и пришло время заняться разгоном. Постепенно поднимая шину вместе с напряжением на ядре, мы увеличивали частоту процессора. Множитель менялся пару раз, когда уже невозможно было наращивать частоту шины. После очередной перезагрузки тестовый стенд перестал реагировать на наши действия вообще. Плата в третий раз за свое существование замерзла. К этому моменту наш результат составил 1740 МГц (145х12) при напряжении 2.05 вольта.

На частоте 1740 мгц (145х12) процессор выделял примерно 120 Ватт тепла, на самом деле это немного по меркам сегодняшних топовых процессоров (взять тот же Prescott).

Конец?
Нет, я бы сказал, что это только начало. Мы получили бесценный опыт, необходимый для дальнейших экспериментов в этой области. Уже почти собраны все необходимые компоненты второй «подопытной» системы, которая обладает большим разгонным потенциалом и, надеюсь, не будет замерзать.

Во-первых, будут проблемы с изготовлением стакана. 30-40 см трубы диаметром 52 мм нигде не купить. В сантехнических магазинах такие трубы продаются длиной по 2 метра минимум, а стоимость этих 2 метров может перевалить за 600 рублей. Возможно, придется искать на металлобазах и в пунктах приема цветного лома. Чтобы найти основание на стакан, тоже надо побегать, плюс, надо найти человека, который возьмется спаять эту конструкцию или, придется приобретать горелку, то есть еще

Ну и в-пятых, экстремальное охлаждение и экстремальный разгон – это лучшие способы отправить свое драгоценное железо на тот свет. Где-то не заизолируешь плату и получишь короткое замыкание. Все, о гарантийном обслуживании и говорить нечего!

Задать вопросы по статье можно в этой ветке нашего форума.

Источник

Жидкий азот: температура, кипение, агрегатные состояния

Он непригоден для дыхания, не имеет запаха и цвета, не вступает в реакции со щелочными веществами и не поддерживает процесс горения. При этом окружающий воздух состоит как минимум на две трети именно из него. Знакомьтесь: его величество Азот!

Первооткрыватели

У азота нет конкретного ученого, который считался бы первооткрывателем этого элемента. Точнее есть, но несколько. Выяснить, кому именно принадлежат лавры открытия, сейчас уже невозможно.

1772 год — важный год для химического элемента. Сразу четверо ученых вплотную приблизились к открытию азота. Это и британский химик Генри Кавендиш, и первооткрыватель кислорода Джозеф Пристли, и шведский химик-фармацевт Карл Шееле, и шотландский химик Даниэль Резерфорд. Все они в одно и то же время проводили различные исследования и эксперименты с газами. Эти люди близко подошли к открытию нового химического элемента. Но выделить кого-то из них в качестве однозначного первооткрывателя нельзя.

Что такое азот?

Азот — химический элемент 15 группы второго периода таблицы Менделеева под атомным номером 7. Самый распространенный газ в составе атмосферы. У него нет цвета, вкуса и запаха. Обозначается латинским символом N. Название «азот» происходит от греческого azoos — безжизненный.

Агрегатные состояния

Азот может существовать в трех видах: твердом, жидком и газообразном. В твердом состоянии он имеет вид ярко-белых кристаллов больших размеров. Температура азота в твердом виде составляет 209,86 °C.

В газообразном состоянии представлена большая часть азота на планете Земля. Это двухатомный газ, не ощутимый для человека. У него нет цвета, запаха, вкуса. Он безопасен в плане возгораний, т. к. не участвует в процессе горения. Химически инертен. Для промышленности азот в газообразном состоянии незаменим при получении аммиака и наполнении камер шин шасси в летательных аппаратах.

В жидкое состояние азот переходит при сгущении газа. Процесс неэкономный. Так, чтобы получить один литр жидкого азота, требуется использовать более 700 литров газа. Температура жидкого азота — 196 градусов. Но тут есть один интересный момент: если при такой температуре поместить азот в вакуум, он перейдет в твердое состояние.

Жидкий азот: интересные свойства и применение

В жидком состоянии азот выделяет колоссальное количество холода, что объясняет интерес к этому агрегатному состоянию вещества.

Температура жидкого азота низкая, 196 градусов, поэтому хранить его требуется в специальных резервуарах — сосудах Дьюара. Внешне они напоминают большие термосы с двойными стенками, между стенками — вакуум. Благодаря такому устройству сосуды обладают хорошей теплоизоляцией, однако далеко не идеальной. Поэтому вечно хранить в себе азот в жидком состоянии сосуды Дьюара не могут. Максимально задержать процесс испарения они способны на несколько недель.

Низкая температура жидкого азота позволяет использовать этот элемент в различных отраслях промышленности: пищевой, металлургической, нефтехимической. Популярен жидкий азот в эстетической косметологии: с его помощью удаляют бородавки, родинки, гемангиомы. В кулинарии с его применением можно быстро охладить продукты и сделать потрясающе красивое мороженое. В электронике жидкий азот помогает предотвратить окисление в процессе производства полупроводников. Его используют и при тушении пожаров и при постановке трюков в кино.

Азотные моря и озера — реальность

Однако не на Земле. У планеты Сатурн есть спутник под названием Титан. Благодаря особым климатическим условиям на его поверхности азот не испаряется, как на нашей планете, а находится в твердом и жидком состояниях. Космический зонд «Кассини» констатировал недавно интересный факт: на Титане, в северной его части, идет процесс таяния ледников из твердого азота. В результате образуются многочисленные моря и озера, полностью состоящие из жидкого азота.

Крионика — наука будущего или шарлатанство?

Экстремально низкая температура жидкого азота дала жизнь разделу медицины под названием «крионика». Эта технология представляет собой изучение процесса замораживания людей и животных посредством глубокого охлаждения. Есть огромное количество как сторонников, так и противников данной методики. Противники, в первую очередь, опираются на тот факт, что невозможно заморозить человека или животное настолько быстро, чтобы не повредить жизненные функции. Процесс заморозки занимает время. Чем крупнее объект, тем больше времени требуется. В результате такого неоднородного «замерзания» внутренние ткани повреждаются кристаллами замерзшей воды — организм гибнет.

Сторонники данной методики не сдаются, уповая на то, что в дальнейшем удастся решить эту проблему. Так, человечество сделает огромный шаг вперед. На данный момент свыше 70 ученых мира подписали открытое письмо в защиту крионики. Популярность в массах этого подхода медленно, но растет. Метод дорогой, идет вразрез с традиционными представлениями о погребении умерших и однозначно не проработан, но в мире процессу «замораживания» подверглись уже более 2000 человек. К слову, самый первый пациент, ученый Джеймс Бэдфорд, заморожен уже более 50 лет. Что касается нашей страны то у нас крионированы 55 человек и больше 20 животных. Кто знает, возможно, спустя десятки или даже сотни лет они станут первыми «воскресшими» на планете Земля.

Источник