güç kaybından ısıtma

Bu güne kadar, güç dağıtımının ısınmaya nasıl dönüştüğü konusunda iyi bir sezgisel hissim yok gibi hissediyorum - yani, bir kahve kupa büyüklüğünde bir cihaza ısı olarak 1 watt güç harcarsam, ne kadar sıcak olsun? 10 watt, 100 veya 1.000'e ne dersiniz?

Malzeme seçimi, hava akışı, yüzey alanı, vb. Büyük farklar yaratıyor. Bununla birlikte, bir cihazın serin, sıcak, gülünç derecede sıcak veya ateşleme tehlikesi olup olmadığını kontrol etmek için akıl sağlığın bir başlangıç ​​noktası olarak bazı temel kurallara sahip olmak güzel olurdu.

Gerçek cihazı modellemeden veya inşa etmeden projenizin ne kadar ısınacağını tahmin etmek için yaklaşımlarınızdan bazıları nelerdir?

DÜZENLE:

Sadece açıklığa kavuşturmak için, cihazın sürekli çalışmasından (veya en azından "dokunmatik yüzeyler") kararlı durum sıcaklığına daha çok ilgi duyuyorum; bir an için cihazın anında ısıtma etkileri değil.

$\theta_{JA}$

Bu, harcanan her watt için tipik bir ortam ortamında cihazın ortamın x ° C üzerinde ısınacağını söyler . Hesaplamanıza ortam sıcaklığı eklemeniz gerekir. Açık bir laboratuvar ortamında, 25 ° C olabilir, ancak gerçekte bazı elektroniklerin kasasının içinde çok daha sıcak olabilir.

$\theta_{JC}$$\theta_{CI}$$\theta_{IH}$$\theta_{HA}$

Isıtma hakkında düşünürken, bazı makul sayıları elde etmek için birkaç farklı üniteden geçmeniz gerekir.

Elektrikli ısı dağılımı Watt cinsinden ölçülür. Enerji joule olarak ölçülür ve ısının kendisi kalori olarak ölçülür.

Tipik bir su bardağı alalım - 300g su (yaklaşık 300cc, tipik bir kahve bardağı) Diyelim ki 10W ısı dağılımı sağlayan bir şeyimiz var. 10W çok iyi, ama 10W'yi ne kadar sayarız? Formül burada:

• $W=\frac{J}{t}$

^{Burada J Jul ve T saniye olarak zamandır}

işe yarar. Bir Watt saniyede bir Joule'dur. Yani Joule = Watt × Saniye, tamam mı? 10W için 10 saniye ısınırsak 100 Joule elde ederiz.

Şimdi, kalori 1 g suyu 1 ° C'ye ısıtmak için gereken ısı miktarıdır ve 4.184 joule eşdeğerdir.

Yani 100 Joule eşittir (EDIT: 23.9 kalori [1 kalori = 4.184 J, yani 100 J * 1 kalori / 4.184 J = 23.9 kalori, 418.4 kalori değil)). 300 g'lık suyumuzun üzerinde:

• $T=\frac{23.9}{300}$

Bu da (DÜZEN: 0.08 ° C [1.395 ° C] değil) sıcaklık artışına eşittir.

Bu nedenle 10 saniye boyunca 10 watt güç, kahve kupasındaki suyun sıcaklığını biraz daha az artıracaktır (EDIT: derecenin onda biri [bir buçuk derece]).

Sezgisel ve çok kaba (ama yararlı) bir başparmak kuralı olarak, farklı boyutlardaki dirençlerden bahsetmeyi seviyorum. Hemen hemen herkes "standart" 1/4 W dirençleri biliyor (aka 0207). Ayrıca, bir elektronik distribütörün kataloğuna bakarak (veya sürekli korsanlık ve onarım malzemelerinden gelen tecrübeyle), daha büyük ve daha küçük dirençleri (1/4 W, 1/8 W, ... ve daha büyük güç dirençleri için SMD boyutları) tanıyabilirsiniz. 2 W, 4 W, 5 W, 11 W, ...).

Dirençlerin çoğunun tasarlanma şekli, bunları nominal güçlerinde 70 ° C veya 75 ° C ortam sıcaklığında çalıştırabilmenizdir ve bunu yaparak, izin verilen maksimum 125 ° C veya 155 sıcaklığa ulaşmalarına neden olursunuz. ° C (tipik ve ortak değerler, ayrıntılar için veri sayfalarına bakın).

Böylece, harcanan güç ve sıcaklık artışı arasında bir ilişkiniz var (125 ° C - 70 ° C = 55 ° C ila 155 ° C - 70 ° C = 85 ° C arasında bir şey) ve Sorunuzun özü, bir parçanın fiziksel boyutu (hacim, yüzey alanı).

Ayrıca, ampulleri (eski okul filament stili) ve boyutunu ve gücünü bildiğiniz diğer şeyleri de kullanabilirsiniz (watt olarak da bilinir). Örneğin 40 W'lık bir ampulü düşünün: Oda (ortam) sıcaklığında, yüzey o kadar ısınır ki hala zar zor dokunabilirsiniz (belki 60 ° C'ye dönüşür). Bir su kazanı (çay suyu için) 2 kW civarında bir şey alır ve 1 l su ile yaklaşık bir veya iki dakika içinde 20 ° C'den 100 ° C'ye yükselir (ve kapanmazsa kendi kendini imha eder) Bu konsepti, tanıdığınız diğer günlük cihazlara kadar genişletin: harcanan güç, boyut, sıcaklık artışı.

Sadece inşa etmeyi düşündüğünüz bir şey için bir his almanız gerekiyorsa birçok durumda çok iyi çalışır.

Belki de gerçek dünyadaki cihazların yaydığı bir liste iyi bir referans olabilir. Akıllı telefon 1-2W, dizüstü bilgisayar 10-30W, 50 "LCD TV 100W, masaüstü bilgisayar 200-500W, oda ısıtıcı 1500W.

Yüzey alanı ve hava hareketi (fanlar) aynı sıcaklıkta birkaç büyüklükte daha fazla ısı dağılımına izin verebilir, bu nedenle mekanik tasarım sıcak çalışan her şey için büyük bir şeydir. Bir saç kurutma makinesi yaklaşık bir kahve kupa büyüklüğünde, 1000W üzerinde çalışır ve sadece üfleyicinin önünde ılıktır, ancak ayırırsanız, ısıtma bobini kağıdı tutuşturabilir. Lazerle yeteri kadar küçük bir alana yoğunlaşırsa, 1W bile ateş yakmak için bol miktarda bulunur. 1W ^ 2 içine 100W koyarak bir masaüstü CPU, soğutucu olmadan çalışırsa anakartta bir delik açabilir, ancak düzgün bir şekilde soğutulmuşsa, yalnızca soğutucu sıcak ve kasa sıcak olur.

Projeniz 0,1W'nin altında çalışıyorsa, muhtemelen ısı konusunda endişelenmenize gerek yoktur. 1W'da, devre kartındaki metal ısıyı ortam soğutmasına izin verecek kadar yayabilir. 10W muhtemelen muhtemelen (böyle olabilir) iyi büyüklüğünde bir soğutucu gerekir ve / veya bir fan. 100W'de muhtemelen bir fana ihtiyacınız olacak. 1000W'nin üstünde etkili bir şekilde bir alan ısıtıcısı inşa ettiniz ve bir şeyleri yakıp yakmadığı, ısıyı çevredeki havaya ne kadar hızlı taşıyabileceğinize bağlı olacaktır. 5000W'nin üzerinde, odanın çok ısınmasını önlemek için ısıyı dışarıda havalandırmanız gerekebilir.

Çoğu insanın evinde birkaç bin watt'ın üzerinde bir şey yok, en yüksek tek yük muhtemelen çamaşır kurutma makinesi. 1W'nin her zaman çalıştırmak için yaklaşık 1 $ / yıl maliyetinin olduğunu unutmayın, bu nedenle sadece ara ara kullanılmadıkça birkaç yüz watt'ın üzerindeki herhangi bir şeyin pahalıya mal olacağını unutmayın.

Malzemeden haklı olarak söz edersiniz. Her malzemenin belirli bir ısısı vardır, bu da 1g numunede 1K sıcaklık artışı için ne kadar enerji eklemeniz gerektiğini söyler. Örneğin, 14.5 ° C'den 15.5 ° C'ye 1 g su ısıtmak için 4.186 J'ye ihtiyacınız vardır. (Bu, 1 kalorinin eski biriminin tanımıdır).
Bu ısının akışı hakkında konuşurken, termal dirençle ilgileniyorsunuz (tıpkı elektrik akımını bulmak için elektrik direncini bilmek istediğiniz gibi). Termal direnç K / W (Watt başına Kelvin) olarak ifade edilir ve ısı belirli bir oranda aktığında (zaman birimi başına enerji = güç) iki nokta arasında ne kadar sıcaklık farkı aldığınızı gösterir. Bir güç bileşeninin veri sayfasını okuduğunuzda, kalıp ile yuva arasında ve muhafazadan çevreye termal direnç göreceksiniz.

düzenlemek (Düzenlemenize ilgili)
bir denge durumu için, aynı faktörler oynamaktadır: spesifik ısı kalıbın sıcaklığına ve çevreye tahliye edilebilir ne kadar ısı ısı dirençlerinin türü tespit edilir. Denge, ikincisinin yaydığınız enerjiye eşit olduğu anlamına gelir.

“Bazı kurallara sahip olmak güzel olurdu” cevabına ..

• baş parmağınızı tutamazsanız, çok sıcaktır. Üzerinde bir soğutucu gerekir.
• 40 pimli bir DIP'de dağılmış 2W'dan fazla bir yüzeyin dokunmak için çok sıcak bir yüzey oluşturduğunu gördüm.
• Sadece 1W bile bir TO-220 w / oa soğutucuda çok fazla

Muhtemelen bu günlerde çok fazla 40 pin DIP paketi ile karşılaşmayacaksınız ve eğer yaparsanız, 2W kadar dağıtacaklarından şüpheli görünüyor. Gerçi kullanışlı bir ölçek duygusu sağladığı için bahsediyorum.

TO-220 paketi hala güçlü olmaya devam ediyor ve temel olarak ısı emicilerle kullanılmak üzere tasarlandı . Bu metal sekme bir nedenden dolayı var, bu yüzden bir alüminyum lavabo ve bir temas termal gresinin çok ucuz ve kolay olması durumunda bunlardan birini çalıştırmanın pek bir anlamı yok.