Rezystancja termiczna

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Skocz do: nawigacji, wyszukiwania

Rezystancja termiczna – wielkość fizyczna reprezentująca opór, jaki stawia dana materia przenoszeniu ciepła (energii cieplnej) pomiędzy dwoma punktami. Jest to wielkość addytywna. Wielkość ta jest istotna w układach elektronicznych, w których kluczową sprawą jest odprowadzanie ciepła, aby elementy się nie przegrzewały.

Rezystancję termiczną ciała określa się jako iloraz różnicy temperatur pomiędzy dwoma punktami i mocy, która wywołała tę różnicę temperatur:

R_{th}=\left[ \frac{{}^{\circ}\mathrm{C}}{\mathrm{W}}\right]

Gdy styka się ze sobą kilka elementów przewodzących ciepło, zachowują się analogicznie, jak zwykłe oporniki, a więc mogą sumować się ich rezystancje termiczne, jak przy łączeniu szeregowym lub odwrotności ich rezystancji termicznych, jak przy łączeniu równoległym.

Przykład[edytuj | edytuj kod]

Mamy opornik, na którym wydziela się 5 watów mocy na skutek przepływu prądu. Obudowa opornika ma rezystancję termiczną z powietrzem o wartości 50\frac{{}^{\circ}\mathrm{C}}{\mathrm{W}}, czyli każdy wat wydzielanej mocy obudowa spowoduje różnicę temperatury równą 50{}^{\circ}\mathrm{C}. Różnica pomiędzy temperaturą powietrza, a wnętrzem opornika wyniesie odpowiednio:

{\Delta}T=R_{th} \cdot P

Podstawiając wartości otrzymujemy:

{\Delta}T=50\frac{{}^{\circ}\mathrm{C}}{W} \cdot 5 W=250{}^{\circ}\mathrm{C}

Jeżeli przyjmiemy temperaturę otoczenia równą 25{}^{\circ}\mathrm{C}, temperatura wnętrza naszego rezystora będzie większa o {\Delta}T, czyli ostatecznie wyniesie 275{}^{\circ}\mathrm{C}. Tak wysoka temperatura prawdopodobnie zniszczyłaby większość elementów elektronicznych. Aby tego uniknąć stosuje się tzw. radiatory. Rezystancja termiczna pomiędzy radiatorem, a elementem chłodzonym jest bardzo mała (zwykle rzędu 0{,}1-1{,}0 {}^{\circ}\mathrm{C}/\mathrm{W}), podobnie jak rezystancja termiczna pomiędzy radiatorem, a powietrzem, która jest zwykle wielokrotnie niższa niż pierwotna rezystancja termiczna obudowy elementu z powietrzem (typowe wartości to 2-20 {}^{\circ}\mathrm{C}/\mathrm{W} ).

Załóżmy więc, że zastosujemy połączenie naszego opornika z radiatorem o rezystancji termicznej równej 12 {}^{\circ}C/\mathrm{W}, a na połączeniu będzie dodatkowo rezystancja o wartości 0{,}5 {}^{\circ}\mathrm{C}/\mathrm{W}.

Rezystancja termiczna całego toru przenoszenia temperatury wyniesie:

R_{th}= 12 \frac{{}^{\circ}\mathrm{C}}{\mathrm{W}} + 0{,}5 \frac{{}^{\circ}\mathrm{C}}{\mathrm{W}} = 12{,}5 \frac{{}^{\circ}\mathrm{C}}{\mathrm{W}}

Różnica temperatury podstawiając do wcześniejszego wzoru wyniesie:

{\Delta}T=12{,}5\frac{{}^{\circ}\mathrm{C}}{\mathrm{W}} \cdot 5 \mathrm{W} = 62{,}5{}^{\circ}\mathrm{C}

Zakładając temperaturę otoczenia równą 25 {}^{\circ}\mathrm{C}, temperatura opornika wyniesie 87{,}5 {}^{\circ}\mathrm{C}, co dla tego typu elementu jest temperaturą całkowicie bezpieczną.

Zwykle elementy elektroniczne zawierają w swojej dokumentacji jeszcze rezystancję termiczną pomiędzy strukturą elementu i obudową. Dobrym przykładem jest tranzystor, dla którego trzeba jeszcze ją dodać obliczając wymagany radiator.

Zobacz też[edytuj | edytuj kod]