Термическое сопротивление в чем измеряется

Подставим несколько примеров номеров:

Т J м а Икс знак равно 125 ∘ C <\ displaystyle T_ >> = 125 \ ^ <\ circ><\ text >> (типично для кремниевого транзистора) Т а м б знак равно 21 год ∘ C <\ displaystyle T _ <\ rm > = 21 \ ^ <\ circ><\ text >> (типовая спецификация торгового оборудования) р θ J C знак равно 1.5 ∘ C / W <\ displaystyle R _ <\ theta <\ rm >> ​​= 1,5 \ ^ <\ circ><\ text > / <\ text > \,> (для типовой упаковки ТО-220 ) р θ B знак равно 0,1 ∘ C / W <\ displaystyle R _ <\ theta <\ rm >> = 0,1 \ ^ <\ circ><\ text > / <\ text > \,> (типичное значение для эластомерной теплопередающей подушки для корпуса ТО-220) р θ ЧАС А знак равно 4 ∘ C / W <\ displaystyle R _ <\ theta <\ rm >> = 4 \ ^ <\ circ><\ text > / <\ text > \,> (типовое значение радиатора для корпуса ТО-220)

В результате получается:

Этот метод можно обобщить, чтобы включить любое количество слоев теплопроводных материалов, просто суммируя абсолютные термические сопротивления слоев и перепады температуры по слоям.

Получено из закона Фурье для теплопроводности.

Из закона Фурье для теплопроводности можно вывести следующее уравнение, которое действительно до тех пор, пока все параметры (x и k) постоянны по всему образцу.

С точки зрения градиента температуры в образце и теплового потока, проходящего через образец, соотношение выглядит следующим образом:

Проблемы с аналогией электрического сопротивления

В обзорной статье 2008 года, написанной исследователем Philips Клеменсом Дж. М. Ласансом, отмечается, что: «Хотя существует аналогия между тепловым потоком за счет теплопроводности (закон Фурье) и потоком электрического тока (закон Ома), соответствующие физические свойства теплопроводности и электрического проводимость сводится к тому, чтобы сделать поведение теплового потока совершенно непохожим на поток электричества в нормальных ситуациях. [. ] К сожалению, хотя электрические и тепловые дифференциальные уравнения аналогичны, ошибочно заключать, что существует какая-либо практическая аналогия между электрическим и Тепловое сопротивление. Это связано с тем, что материал, который считается изолятором с электрической точки зрения, примерно на 20 порядков менее проводящий, чем материал, который считается проводником, в то время как с термической точки зрения разница между «изолятором» и «проводником» «составляет всего около трех порядков. Тогда весь диапазон теплопроводности эквивалентен разнице в электропроводности. легирования высоколегированного и низколегированного кремния ».

Стандарты измерений

Стандарт JEDEC для измерения теплового сопротивления переход-плата (актуальный для технологии поверхностного монтажа ) был опубликован как JESD51-8.

Стандарт JEDEC для измерения термического сопротивления перехода между корпусом (JESD51-14) является относительно новым, он был опубликован в конце 2010 года; это касается только корпусов, имеющих единый тепловой поток и открытую охлаждающую поверхность.

Сопротивление композитной стены

Параллельное тепловое сопротивление

Как и в случае с электрическими цепями, полное тепловое сопротивление для установившегося режима можно рассчитать следующим образом.

Общее термическое сопротивление

Упрощая уравнение, получаем

Используя термины для термического сопротивления проводимости, мы получаем

Сопротивление последовательно и параллельно

Радиальные системы

Где рассматривается как переменная. При рассмотрении соответствующей формы закона Фурье физическое значение рассмотрения как переменной становится очевидным, когда скорость, с которой энергия проходит по цилиндрической поверхности, представлена ​​как k <\ displaystyle > k <\ displaystyle >

Используя следующие граничные условия, можно вычислить константы и C 1 <\ displaystyle >> C 2 <\ displaystyle >>

Общее решение дает нам

Решение для и и подставляя в общее решение, получим C 1 <\ displaystyle >> C 2 <\ displaystyle >>

Логарифмическое распределение температуры схематично показано на вставке эскиза рисунка. Предполагая, что распределение температуры, уравнение 7, используется с законом Фурье в уравнении 5, скорость теплопередачи может быть выражена в следующей форме

Наконец, для радиальной проводимости в цилиндрической стенке тепловое сопротивление имеет вид

Смотрите также

использованная литература

дальнейшее чтение

Источник

Термическое сопротивление

Термическое сопротивление — тепловое сопротивление, способность тела (его поверхности или какого-либо слоя) препятствовать распространению теплового движения молекул.

Содержание

Виды термического сопротивления

Различают полное термическое сопротивление — величину, обратную коэффициенту теплопередачи, поверхностное термическое сопротивление — величину, обратную коэффициенту теплоотдачи, и термическое сопротивление слоя, равное отношению толщины слоя к его коэффициенту теплопроводности.

Термическое сопротивление сложной системы

Термическое сопротивление сложной системы (например, многослойной тепловой изоляции) равно сумме термических сопротивлений её частей.

Формулы для расчёта

Тепловое сопротивление участка цепи постоянного сечения:

Численное выражение

Термическое сопротивление численно равно температурному напору, необходимому для передачи единичного теплового потока (равного 1 Вт/м 2 ) к поверхности тела или через слой вещества; выражается в м 2 ·К/Вт.

См. также

Полезное

Смотреть что такое «Термическое сопротивление» в других словарях:

ТЕРМИЧЕСКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ — способность тела (его поверхности или какого либо слоя) препятствовать распространению теплового движения молекул. Общее термическое сопротивление величина, обратная коэффициенту теплопередачи … Большой Энциклопедический словарь

термическое сопротивление — — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.] Тематики электротехника, основные понятия EN heat resistancethermal resistance … Справочник технического переводчика

термическое сопротивление — 3.1.1 термическое сопротивление: Отношение разности температур поверхностей лицевых граней образца к плотности теплового потока, проходящего через образец в условиях стационарного теплового режима. Источник … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

термическое сопротивление — способность тела (его поверхности или какого либо слоя) препятствовать распространению теплового движения молекул. Общее термическое сопротивление величина, обратная коэффициенту теплопередачи. * * * ТЕРМИЧЕСКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ ТЕРМИЧЕСКОЕ… … Энциклопедический словарь

термическое сопротивление — šiluminė varža statusas T sritis chemija apibrėžtis Medžiagos sluoksnio priešingų paviršių temperatūrų skirtumo ir šilumos srauto dalmuo. atitikmenys: angl. heat resistance; thermal resistance rus. тепловое сопротивление; термическое… … Chemijos terminų aiškinamasis žodynas

термическое сопротивление — šiluminė varža statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. thermal resistance vok. thermischer Widerstand, m; Wärmewiderstand, m rus. тепловое сопротивление, n; термическое сопротивление, n pranc. résistance thermique, f … Fizikos terminų žodynas

термическое сопротивление — šiluminė varža statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Medžiagos sluoksnio priešingų paviršių temperatūrų skirtumas, padalytas iš šilumos srauto. Matavimo vienetas – kelvinas vatui (K/W). atitikmenys: angl. thermal resistance… … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

термическое сопротивление — šiluminė varža statusas T sritis Energetika apibrėžtis Medžiagos sluoksnio priešingų paviršių temperatūrų skirtumas, padalytas iš šilumos srauto. Vienetas – K/W (kelvinas vatui). atitikmenys: angl. thermal resistance vok. Wärmewiderstand, m rus.… … Aiškinamasis šiluminės ir branduolinės technikos terminų žodynas

термическое сопротивление — [heat transfer resistance; thermal resistance] отношение разности температур поверхности слоя к плотности теплового потока через него; Смотри также: Сопротивление электрическое сопротивление сопротивление усталости … Энциклопедический словарь по металлургии

Термическое сопротивление — тепловое сопротивление, способность тела (его поверхности или какого либо слоя) препятствовать распространению теплового движения молекул. Различают полное Т. с. величину, обратную коэффициенту теплопередачи (См. Теплопередача),… … Большая советская энциклопедия

Источник

Сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций. Расчет, таблица сопротивления теплопередаче

При строительстве частных и многоквартирных домов приходится учитывать множество факторов и соблюдать большое количество норм и стандартов. К тому же перед строительством создается план дома, проводятся расчеты по нагрузке на несущие конструкции (фундамент, стены, перекрытия), коммуникациям и теплосопротивлению. Расчет сопротивления теплопередаче не менее важен, чем остальные. От него не только зависит, насколько будет дом теплым, и, как следствие, экономия на энергоносителях, но и прочность, надежность конструкции. Ведь стены и другие элементы ее могут промерзать. Циклы заморозки и разморозки разрушают строительный материал и приводят к обветшалости и аварийности зданий.

Теплопроводность

Любой материал способен проводить тепло. Этот процесс осуществляется за счет движения частиц, которые и передают изменение температуры. Чем они ближе друг к другу, тем процесс теплообмена происходит быстрее. Таким образом, более плотные материалы и вещества гораздо быстрее охлаждаются или нагреваются. Именно от плотности прежде всего зависит интенсивность теплопередачи. Она численно выражается через коэффициент теплопроводности. Он обозначается символом λ и измеряется в Вт/(м*°C). Чем выше этот коэффициент, тем выше теплопроводность материала. Обратной величиной для коэффициента теплопроводности является тепловое сопротивление. Оно измеряется в (м2*°C)/Вт и обозначается буквой R.

Применение понятий в строительстве

Для того чтобы определить теплоизоляционные свойства того или иного строительного материала, используют коэффициент сопротивления теплопередаче. Его значение для различных материалов дается практически во всех строительных справочниках.

Так как большинство современных зданий имеет многослойную структуру стен, состоящую из нескольких слоев различных материалов (внешняя штукатурка, утеплитель, стена, внутренняя штукатурка), то вводится такое понятие, как приведенное сопротивление теплопередаче. Оно рассчитывается так же, но в расчетах берется однородный аналог многослойной стены, пропускающий то же количество тепла за определенное время и при одинаковой разности температур внутри помещения и снаружи.

Приведенное сопротивление рассчитывается не на 1 м кв., а на всю конструкцию или какую-то ее часть. Оно обобщает показатель теплопроводности всех материалов стены.

Тепловое сопротивление конструкций

Все внешние стены, двери, окна, крыша являются ограждающей конструкцией. И так как они защищают дом от холода по-разному (имеют различный коэффициент теплопроводности), то для них индивидуально рассчитывается сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции. К таким конструкциям можно отнести и внутренние стены, перегородки и перекрытия, если в помещениях имеется разность температур. Здесь имеются в виду помещения, в которых разность температур значительная. К ним можно отнести следующие неотапливаемые части дома:

В случае если эти помещения не отапливаются, то стену между ними и жилыми помещениями необходимо также утеплять, как и наружные стены.

Тепловое сопротивление окон

В воздухе частицы, которые участвуют в теплообмене, находятся на значительном расстоянии друг от друга, а следовательно, изолированный в герметичном пространстве воздух является лучшим утеплителем. Поэтому все деревянные окна раньше делались с двумя рядами створок. Благодаря воздушной прослойке между рамами сопротивление теплопередаче окон повышается. Этот же принцип применяется для входных дверей в частном доме. Для создания подобной воздушной прослойки ставят две двери на некотором расстоянии друг от друга или делают предбанник.

Такой принцип остался и в современных пластиковых окнах. Единственное отличие – высокое сопротивление теплопередачи стеклопакетов достигается не за счет воздушной прослойки, а за счет герметичных стеклянных камер, из которых откачан воздух. В таких камерах воздух разряжен и практически нет частиц, а значит, и передавать температуру нечему. Поэтому теплоизоляционные свойства современных стеклопакетов намного выше, чем у старых деревянных окон. Тепловое сопротивление такого стеклопакета – 0,4 (м2*°C)/Вт.

Современные входные двери для частных домов имеют многослойную структуру с одним или несколькими слоями утеплителей. К тому же дополнительное теплосопротивление дает установка резиновых или силиконовых уплотнителей. Благодаря этому дверь становится практически герметичной и установка второй не требуется.

Расчет теплового сопротивления

Расчет сопротивления теплопередаче позволяет оценить потери тепла в Вт и рассчитать необходимое дополнительное утепление и потери тепла. Благодаря этому можно грамотно подобрать необходимую мощность отопительного оборудования и избежать лишних трат на более мощное оборудование или энергоносители.

Для наглядности рассчитаем тепловое сопротивление стены дома из красного керамического кирпича. Снаружи стены будут утеплены экструдированным пенополистиролом толщиной 10 см. Толщина стен будет два кирпича – 50 см.

Сопротивление теплопередаче вычисляется по формуле R = d/λ, где d – это толщина материала, а λ – коэффициент теплопроводности материала. Из строительного справочника известно, что для керамического кирпича λ = 0,56 Вт/(м*°C), а для экструдированного пенополистирола λ = 0,036 Вт/(м*°C). Таким образом, R (кирпичной кладки) = 0,5 / 0,56 = 0,89 (м 2 *°C)/Вт, а R (экструдированного пенополистирола) = 0,1 / 0,036= 2,8 (м 2 *°C)/Вт. Для того чтобы узнать общее теплосопротивление стены, нужно сложить эти два значения: R = 3,59 (м 2 *°C)/Вт.

Таблица теплового сопротивления строительных материалов

Всю необходимую информацию для индивидуальных расчетов конкретных построек дает представленная ниже таблица сопротивления теплопередаче. Образец расчетов, приведенный выше, в совокупности с данными таблицы может также использоваться и для оценки потери тепловой энергии. Для этого используют формулу Q = S * T / R, где S – площадь ограждающей конструкции, а T – разность температур на улице и в помещении. В таблице приведены данные для стены толщиной 1 метр.

Теплые конструкции, методы, материалы

Для того чтобы повысить сопротивление теплопередаче всей конструкции частного дома, как правило, используют строительные материалы с низким показателем коэффициента теплопроводности. Благодаря внедрению новых технологий в строительстве таких материалов становится все больше. Среди них можно выделить наиболее популярные:

Дерево является весьма теплым, экологически чистым материалом. Поэтому многие при строительстве частного дома останавливают выбор именно на нем. Это может быть как сруб, так и оцилиндрованное бревно или прямоугольный брус. В качестве материала в основном используется сосна, ель или кедр. Тем не менее это довольно капризный материал и требует дополнительных мер защиты от атмосферных воздействий и насекомых.

Строительные блоки

Высокое сопротивление теплопередаче всех строительных блоков достигается за счет наличия в их структуре воздушных камер или вспененной структуры. Так, например, некоторые керамические и другие виды блоков имеют специальные отверстия, которые при кладке стены идут параллельно ей. Таким образом, создаются закрытые камеры с воздухом, что является довольно эффективной мерой препятствия теплопередачи.

В других строительных блоках высокое сопротивление теплопередачи заключается в пористой структуре. Это может достигаться различными методами. В пенобетонных газобетонных блоках пористая структура образуется благодаря химической реакции. Другой способ – это добавление в цементную смесь пористого материала. Он применяется при изготовлении полистиролбетонных и керамзитобетонных блоков.

Нюансы применения утеплителей

Если сопротивление теплопередачи стены недостаточно для данного региона, то в качестве дополнительной меры могут применяться утеплители. Утепление стен, как правило, производится снаружи, но при необходимости может применяться и по внутренней части несущих стен.

На сегодняшний день существует множество различных утеплителей, среди которых наибольшей популярностью пользуются:

Все они имеют очень низкий коэффициент теплопроводности, поэтому для утепления большинства стен толщины в 5-10 мм, как правило, достаточно. Но при этом следует учесть такой фактор, как паропроницаемость утеплителя и материала стен. По правилам, этот показатель должен возрастать наружу. Поэтому утепление стен из газобетона или пенобетона возможно только с помощью минеральной ваты. Остальные утеплители могут применяться для таких стен, если делается специальный вентиляционный зазор между стеной и утеплителем.

Заключение

Теплосопротивление материалов – это важный фактор, который следует учитывать при строительстве. Но, как правило, чем стеновой материал теплее, тем меньше плотность и прочность на сжатие. Это следует учитывать при планировке дома.

Источник

Термическое сопротивление

СОДЕРЖАНИЕ

Абсолютное тепловое сопротивление [ править ]

Тепловое сопротивление материалов представляет большой интерес для инженеров-электронщиков, поскольку большинство электрических компонентов выделяют тепло и нуждаются в охлаждении. Электронные компоненты работают со сбоями или выходят из строя, если они перегреваются, и некоторые части обычно требуют мер, принимаемых на этапе проектирования, чтобы предотвратить это.

Аналогии [ править ]

Инженеры-электрики знакомы с законом Ома и часто используют его в качестве аналогии при расчетах, связанных с тепловым сопротивлением. Инженеры-механики и конструкторы более знакомы с законом Гука и поэтому часто используют его в качестве аналогии при расчетах, связанных с тепловым сопротивлением.

Объяснение с точки зрения электроники [ править ]

Эквивалентные тепловые схемы [ править ]

Пример расчета [ править ]

Имея всю эту информацию, разработчик может построить модель теплового потока от полупроводникового перехода, где выделяется тепло, во внешний мир. В нашем примере тепло должно течь от перехода к корпусу транзистора, а затем от корпуса к металлоконструкциям. Нам не нужно учитывать, куда уходит тепло после этого, потому что нам говорят, что металлоконструкции будут проводить тепло достаточно быстро, чтобы поддерживать температуру ниже температуры окружающей среды: это все, что нам нужно знать. Δ T H S <\displaystyle \Delta T_<\rm >>

Предположим, инженер хочет знать, сколько мощности можно вложить в транзистор, прежде чем он перегреется. Расчеты следующие.

Общее абсолютное тепловое сопротивление от перехода к окружающей среде = R θ J C + R θ B <\displaystyle R_<\theta <\rm >>+R_<\theta <\rm >>>

Подстановка наших собственных символов в эту формулу дает:

T J m a x − ( T a m b + Δ T H S ) = Q m a x × ( R θ J C + R θ B + R θ H A ) <\displaystyle T_>>-(T_<\rm >+\Delta T_<\rm >)=Q_<\rm >\times (R_<\theta <\rm >>+R_<\theta <\rm >>+R_<\theta <\rm >>)\,> ,

Q m a x = T J m a x − ( T a m b + Δ T H S ) R θ J C + R θ B + R θ H A <\displaystyle Q_<\rm >=<>>-(T_<\rm >+\Delta T_<\rm >)> \over >>+R_<\theta <\rm >>+R_<\theta <\rm >>>>>

Теперь разработчик знает максимальную мощность, которую транзистор может рассеивать, поэтому они могут разработать схему, ограничивающую температуру транзистора до безопасного уровня. Q m a x <\displaystyle Q_<\rm >>

Подставим несколько примеров номеров:

В результате получается:

Q = 125 ∘ C − ( 21 ∘ C ) 1.5 ∘ C / W + 0.1 ∘ C / W + 4 ∘ C / W = 18.6 W <\displaystyle Q=<<125\ ^<\circ ><\text>-(21\ ^<\circ ><\text>)> \over <1.5\ ^<\circ ><\text>/<\text>+0.1\ ^<\circ ><\text>/<\text>+4\ ^<\circ ><\text>/<\text>>>=18.6\ <\text>>

Этот метод можно обобщить, чтобы включить любое количество слоев теплопроводных материалов, просто суммируя абсолютные термические сопротивления слоев и перепады температуры по слоям.

Получено из закона Фурье для теплопроводности [ править ]

Из закона Фурье для теплопроводности можно вывести следующее уравнение, которое действительно до тех пор, пока все параметры (x и k) постоянны по всему образцу.

R θ = Δ x A × k = Δ x × r A <\displaystyle R_<\theta >=<\frac <\Delta x>>=<\frac <\Delta x\times r>>>

С точки зрения градиента температуры в образце и теплового потока, проходящего через образец, соотношение выглядит следующим образом:

R θ = Δ x A × ϕ q Δ T Δ x = Δ T q <\displaystyle R_<\theta >=<\frac <\Delta x>>><\frac <\Delta T><\Delta x>>=<\frac <\Delta T>>>

Проблемы с аналогией электрического сопротивления [ править ]

Стандарты измерений [ править ]

Стандарт JEDEC для измерения теплового сопротивления переход-плата (актуальный для технологии поверхностного монтажа ) был опубликован как JESD51-8. [5]

Стандарт JEDEC для измерения термического сопротивления между переходом и корпусом (JESD51-14) является относительно новым, он был опубликован в конце 2010 года; это касается только корпусов, имеющих единый тепловой поток и открытую охлаждающую поверхность. [6] [7] [8]

Сопротивление композитной стены [ править ]

Параллельное тепловое сопротивление [ править ]

Как и в случае с электрическими цепями, полное тепловое сопротивление для установившегося режима можно рассчитать следующим образом.

Общее термическое сопротивление

Упрощая уравнение, получаем

С учетом термического сопротивления теплопроводности получаем

Сопротивление последовательно и параллельно [ править ]

Радиальные системы [ править ]

Где рассматривается как переменная. При рассмотрении соответствующей формы закона Фурье физическое значение рассмотрения как переменной становится очевидным, когда скорость, с которой энергия проходит через цилиндрическую поверхность, представлена ​​как k <\displaystyle > k <\displaystyle >

Используя следующие граничные условия, можно вычислить константы и C 1 <\displaystyle >> C 2 <\displaystyle >>

Общее решение дает нам

Решение для и и подставляя в общее решение, получим C 1 <\displaystyle >> C 2 <\displaystyle >>

Логарифмическое распределение температуры схематически показано на вставке эскиза рисунка. Предполагая, что распределение температуры, уравнение 7, используется с законом Фурье в уравнении 5, скорость теплопередачи может быть выражена в следующей форме

Наконец, для радиальной проводимости в цилиндрической стенке тепловое сопротивление имеет вид

См. Также [ править ]

Ссылки [ править ]

Дальнейшее чтение [ править ]

Источник