FAQ - TEPLO - aneb mýty a skutečnosti
Napsal: pon 22. srp 2005, 08:50
...informace, které by měl znát návštěvník tohoto fóra dříve, než-li začne flame na téma TEPLO:
1. způsoby šíření tepla
1) sáláním
- šíření tepla z povrchu tělesa ve formě elektromagnetického záření s vlnovou délkou v oblasti infračerveného spektra
- uplatňuje se při vyšších teplotách
př. sálání tepla z plotýnky elektrického vařiče
2) vedením
- šíření tepla v objemu pevné látky, dalo by se přirovnat k vedení el.proudu
př. chladič CPU - styčná plocha s CPU se ohřívá, teplo je vedeno masivem chladiče do celého objemu
3) prouděním
- nejčastěji přestup tepla z pevné látky do tekutiny
př. ochlazování chladiče CPU proudícím vzduchem
2. některé parametry související s teplem
1) tepelná vodivost
- schopnost látky vést teplo, obdoba el.vodivosti
2) tepelná kapacita
- schopnost látky akumulovat tepelnou energii, obdoba el.kapacity
3) laminární proudění
- takové proudění, kdy vektory trajektorií molekul tekutiny v daném průřezu jsou rovnoběžné
- rychlost molekul není v celém průřezu stejná, směrem od středu k stěnám se snižuje (tzn. ve středu je rychlost nejvyšší naproti tomu u stěn je vrstvička, která se prakticky nepohybuje)
- z hlediska transportu tekutiny ideální stav, z hlediska přestupu tepla ze stěn do tekutiny nejhorší stav
př. proudění vody v hladké, rovné trubce
4) turbulentní proudění
- opak laminárního, vektory trajektorií mají různý směr, rychlost molekul nezávisí na vzdálenosti od středu
- v objemu tekutiny vzniká víření
- z hlediska transportu nejhorší stav, z hlediska přestupu tepla ze stěn ideální stav
př. proudění vody po členitém povrchu Cu členu v CPU waterbloku
3. šíření tepla prouděním & pár otázek
...největší flame se skoro vždy týká šíření tepla prouděním, proto si to trochu rozvedeme:
- při šíření tepla prouděním záleží na:
1) velikosti povrchu - čím větší má chladič plochu, tím lépe chladí
2) struktuře povrchu - hladký / drsný, souvisí s předchozím i následujícím bodem
3) typu a rychlosti proudění - laminární / turbulentní
4) no a pochopitelně na rozdílu teplot mezi ochlazovaným tělesem a chladícím médiem
- z výše uvedeného tedy vyplývá, že plocha chladiče vyrobeného z Cu se bude ochlazovat prakticky stejně, jako plocha chladiče z plastu, dřeva či sádry (samozřejmě pokud zajistíme stejnou velikost povrchu, drsnost a typ proudění)
otázka:
proč se tedy chladiče nevyrábí třeba z papíru?
odpověď:
důvod je prostý - souvisí s dalším způsobem šíření tepla a to je vedení. aby mohlo být teplo z povrchu tělesa (v našem případě chladiče) odvedeno do okolního média, musí být na tento povrch přivedeno z objemu tělesa. a nejen přivedeno, ale stále přiváděno (jak se povrch ochlazuje). při tomto vedení záleží na tepelné vodivosti látky. zjednodušeně řečeno, čím vyšší je tepelná vodivost látky, tím rychleji je teplo přivedeno na povrch což ve výsledku znamená rychlejší ochlazení tělesa.
otázka, respektive časté tvrzení:
hliníkový chladič hůře teplo přijímá ale lépe vydává (v porovnání s mědí). důkazem je rychlejší ochlazení hliníkového chladiče oproti měděnému (např. při postupném chladnutí chladiče CPU po vypnutí kompu).
odpověď, respektive uvedení na pravou míru:
bohužel, není to pravda. tedy z části - hliníkový chladič se opravdu ochladí rychleji, než ten měděný, ale z jiného důvodu (viz parametry). způsobuje to rozdílná tepelná kapacita, kterou má měď vyšší, tzn. absorbuje více tepla (pomaleji se ohřívá) a musí ho i déle vydávat (pomaleji se ochlazuje). z tohoto vyplývá, že hliníkový chladič NENÍ
LEPŠÍM CHLADIČEM V POROVNÁNÍ S MĚDĚNÝM, ba právě naopak. měď vzhledem k lepší tepelné vodivosti rychleji "transportuje" teplo na povrch, tzn. teplo může být rychleji odvedeno z objemu chladiče do okolního chladícího média.
4. el.součástky související s teplem
1. Peltiérův článek
...co to je - peltiér neboli peltiérův článek je tenká destička se sendvičovou strukturou. mezi vnějším keramickým obalem je umístěno několik elementárních peltiérových článků, což jsou vlastně spojení tvořená dvěma různými kovy. pokud tímto spojem protéká proud, jedna strana se otepluje a druhá ochlazuje. způsobuje to rozdíl prací elektronů, které vystupují z materiálů v místě styku. funguje to i obráceně - jestliže je jedna strana zahřívána a druhá ochlazována, na článku/spoji se objeví napětí...
...charakteristické údaje:
- Qmax - maximální množství tepla, které je článek schopen transportovat
- Umax - max. napájecí napětí
- Imax - max. napájecí proud
...na jedno se často zapomíná - pelt sám o sobě produkuje velké množství tepla. způsobují to jouleovo tepelné ztráty, kterým se prostě nedá vyhnout. z "teplé" strany je proto nutno odvést nejen transportované teplo např. z CPU, ale i teplo vyprodukované vlastní činností.
př. budeme mít pelt s Qmax=263W, Imax=30A, Umax=16V. při maximálním výkonu i transportu tepla bude nutné zajistit, aby se z "teplé" strany účinně odvedlo NEJMÉNĚ 263 + 30*16 = 743W !!!. a to už je celkem problém.
1. způsoby šíření tepla
1) sáláním
- šíření tepla z povrchu tělesa ve formě elektromagnetického záření s vlnovou délkou v oblasti infračerveného spektra
- uplatňuje se při vyšších teplotách
př. sálání tepla z plotýnky elektrického vařiče
2) vedením
- šíření tepla v objemu pevné látky, dalo by se přirovnat k vedení el.proudu
př. chladič CPU - styčná plocha s CPU se ohřívá, teplo je vedeno masivem chladiče do celého objemu
3) prouděním
- nejčastěji přestup tepla z pevné látky do tekutiny
př. ochlazování chladiče CPU proudícím vzduchem
2. některé parametry související s teplem
1) tepelná vodivost
- schopnost látky vést teplo, obdoba el.vodivosti
2) tepelná kapacita
- schopnost látky akumulovat tepelnou energii, obdoba el.kapacity
3) laminární proudění
- takové proudění, kdy vektory trajektorií molekul tekutiny v daném průřezu jsou rovnoběžné
- rychlost molekul není v celém průřezu stejná, směrem od středu k stěnám se snižuje (tzn. ve středu je rychlost nejvyšší naproti tomu u stěn je vrstvička, která se prakticky nepohybuje)
- z hlediska transportu tekutiny ideální stav, z hlediska přestupu tepla ze stěn do tekutiny nejhorší stav
př. proudění vody v hladké, rovné trubce
4) turbulentní proudění
- opak laminárního, vektory trajektorií mají různý směr, rychlost molekul nezávisí na vzdálenosti od středu
- v objemu tekutiny vzniká víření
- z hlediska transportu nejhorší stav, z hlediska přestupu tepla ze stěn ideální stav
př. proudění vody po členitém povrchu Cu členu v CPU waterbloku
3. šíření tepla prouděním & pár otázek
...největší flame se skoro vždy týká šíření tepla prouděním, proto si to trochu rozvedeme:
- při šíření tepla prouděním záleží na:
1) velikosti povrchu - čím větší má chladič plochu, tím lépe chladí
2) struktuře povrchu - hladký / drsný, souvisí s předchozím i následujícím bodem
3) typu a rychlosti proudění - laminární / turbulentní
4) no a pochopitelně na rozdílu teplot mezi ochlazovaným tělesem a chladícím médiem
- z výše uvedeného tedy vyplývá, že plocha chladiče vyrobeného z Cu se bude ochlazovat prakticky stejně, jako plocha chladiče z plastu, dřeva či sádry (samozřejmě pokud zajistíme stejnou velikost povrchu, drsnost a typ proudění)
otázka:
proč se tedy chladiče nevyrábí třeba z papíru?
odpověď:
důvod je prostý - souvisí s dalším způsobem šíření tepla a to je vedení. aby mohlo být teplo z povrchu tělesa (v našem případě chladiče) odvedeno do okolního média, musí být na tento povrch přivedeno z objemu tělesa. a nejen přivedeno, ale stále přiváděno (jak se povrch ochlazuje). při tomto vedení záleží na tepelné vodivosti látky. zjednodušeně řečeno, čím vyšší je tepelná vodivost látky, tím rychleji je teplo přivedeno na povrch což ve výsledku znamená rychlejší ochlazení tělesa.
otázka, respektive časté tvrzení:
hliníkový chladič hůře teplo přijímá ale lépe vydává (v porovnání s mědí). důkazem je rychlejší ochlazení hliníkového chladiče oproti měděnému (např. při postupném chladnutí chladiče CPU po vypnutí kompu).
odpověď, respektive uvedení na pravou míru:
bohužel, není to pravda. tedy z části - hliníkový chladič se opravdu ochladí rychleji, než ten měděný, ale z jiného důvodu (viz parametry). způsobuje to rozdílná tepelná kapacita, kterou má měď vyšší, tzn. absorbuje více tepla (pomaleji se ohřívá) a musí ho i déle vydávat (pomaleji se ochlazuje). z tohoto vyplývá, že hliníkový chladič NENÍ
LEPŠÍM CHLADIČEM V POROVNÁNÍ S MĚDĚNÝM, ba právě naopak. měď vzhledem k lepší tepelné vodivosti rychleji "transportuje" teplo na povrch, tzn. teplo může být rychleji odvedeno z objemu chladiče do okolního chladícího média.
4. el.součástky související s teplem
1. Peltiérův článek
...co to je - peltiér neboli peltiérův článek je tenká destička se sendvičovou strukturou. mezi vnějším keramickým obalem je umístěno několik elementárních peltiérových článků, což jsou vlastně spojení tvořená dvěma různými kovy. pokud tímto spojem protéká proud, jedna strana se otepluje a druhá ochlazuje. způsobuje to rozdíl prací elektronů, které vystupují z materiálů v místě styku. funguje to i obráceně - jestliže je jedna strana zahřívána a druhá ochlazována, na článku/spoji se objeví napětí...
...charakteristické údaje:
- Qmax - maximální množství tepla, které je článek schopen transportovat
- Umax - max. napájecí napětí
- Imax - max. napájecí proud
...na jedno se často zapomíná - pelt sám o sobě produkuje velké množství tepla. způsobují to jouleovo tepelné ztráty, kterým se prostě nedá vyhnout. z "teplé" strany je proto nutno odvést nejen transportované teplo např. z CPU, ale i teplo vyprodukované vlastní činností.
př. budeme mít pelt s Qmax=263W, Imax=30A, Umax=16V. při maximálním výkonu i transportu tepla bude nutné zajistit, aby se z "teplé" strany účinně odvedlo NEJMÉNĚ 263 + 30*16 = 743W !!!. a to už je celkem problém.
