Rezystancja termiczna

Szablon:Inne znaczenia 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:

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

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

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

$\mathrm{\Delta }T=R_{th}\cdot P.$

Podstawiając wartości, otrzymujemy:

$\mathrm{\Delta }T=\mathrm{5}\mathrm{0}\frac{{}^{\circ }C}{W}\mathrm{\cdot }\mathrm{5}\mathrm{W}\mathrm{=}\mathrm{2}\mathrm{5}\mathrm{0}{}^{\mathrm{\circ }}\mathrm{C}.$

Jeżeli przyjmiemy temperaturę otoczenia równą $25{}^{\circ }\mathrm{C},$ temperatura wnętrza naszego rezystora będzie większa o $\mathrm{\Delta }T,$ 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 $12{}^{\circ }\mathrm{C}/\mathrm{W},$ a na połączeniu będzie dodatkowo rezystancja o wartości $0,5{}^{\circ }\mathrm{C}/\mathrm{W}.$

Rezystancja termiczna całego toru przenoszenia temperatury wyniesie:

$R_{th}=12\frac{{}^{\circ }C}{W}\mathrm{+}\mathrm{0},\mathrm{5}\frac{{}^{\circ }C}{W}\mathrm{=}\mathrm{1}\mathrm{2},\mathrm{5}\frac{{}^{\circ }C}{W}.$

Różnica temperatury, podstawiając do wcześniejszego wzoru, wyniesie:

$\mathrm{\Delta }T=12,5\frac{{}^{\circ }C}{W}\mathrm{\cdot }\mathrm{5}\mathrm{W}\mathrm{=}\mathrm{6}\mathrm{2},\mathrm{5}{}^{\mathrm{\circ }}\mathrm{C}$

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

• radiator
• rezystancja