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Wärmeleitung
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Geschrieben: 03.05.2008 um 20:19 von Obi Wan
Kategorie: Physik / Wärmelehre in Formel und Erläuterung

Berechnung von Wärmeleitung

Wärmeleitung spielt eine wesentliche Rolle bei der Kühlung von Prozessoren. Dabei kann die Wärmeleitung erwünscht oder auch nicht erwünscht sein. In diesem Artikel wird darauf etwas genauer eingegangen werden.


Wärmeleitung: Grundlegendes

Wärmeleitung bringt, wie der Name schon sagt, dessen Vermögen zum Ausdruck, wie gut er Wärme durch sich hindurch leiten kann.



schematische Darstellung der Wärmeleitung

Dies soll mal einen Metallstab der Länge l und der Querschnittsfläche A darstellen. Auf der einen Seite ist er heiß (T2) und auf der anderen Seite ist er kalt (T1). Die Natur ist nun bestrebt auch hier überall die gleiche Temperatur einzustellen. Wo die Wärme herkommt und wohin sie verschwindet ist jetzt einmal nicht von Interesse - wichtig ist nur, dass das Temperaturgefälle zwischen T2 und T1 erhalten bleibt. Betrachtet man jetzt wieder ein Querschnittsscheibchen (eine der gestrichelten Scheiben) des Stabes, so kann man sich vorstellen, dass hierdurch nun in einer bestimmten Zeit t eine Wärmemenge Q hindurchgeht. Man erfasst also die gesamte Wärmemenge auf der Länge l.



Physikalische Zusammenhänge / Formel

Also packen wir alles in eine Formel:

Q ist die Wärme, Lambda gibt die Wärmeleitfähigkeit an, A ist die Querschnittsfläche, wo die Wärmemenge sozusagen durch muss, l gibt dann die Strecke an, die diese Wärmemenge zurücklegen muss in der Zeit t, der letzte Ausdruck ist die Temperaturdifferenz an den beiden Enden des Körpers.



Wärmeleitung: Wo ist sie erwünscht?

n einem Kühlkörper, gleich welcher Art, ist es von besonderem Vorteil, wenn er so schnell wie möglich die Wärme, die eine Wärmequelle, z.B. eine CPU, abgibt, auf sich verteilt und durch geeignete konstruktive Maßnahmen weiterleitet.

Eine Temperaturverteilung auf einem CPU-Kühlkörper sähe in etwa wie nebenstehend abgebildet aus. Alle markierten Punkte haben die Temperatur T3.




Wärmeleitung: Wo ist sie nicht erwünscht?

Wie immer, liegt es auch hier im Auge des Betrachters, was nun gute und schlechte Eigenschaften eines Materials sind. Im oben beschriebenen Beispiels könnte man ja nun davon ausgehen, dass ein möglichst hoher Wärmeleitfähigkeitswert das Non-Plus-Ultra wäre. Betrachtet man beispielsweise Wasser als typisches Wärmetransportmedium in einem Kühlsystem, so ist diese Eigenschaft zwar auch wichtig, sie sorgt nämlich für den Wärmeübergang von und auf einen anderen Körper (CPU-Kühler, Wärmetauscher), aber nicht die primäre Eigenschaft. Hätte nun das Wärme-Transportmedium einen hohen Wärmeleitwert, so würde sich die Wärme, mal die Geschwindigkeit des Transportmediums außer acht gelassen, gleichmäßig in beide Richtungen von der Wärmequelle weg im Medium verteilen. Folge: Das Medium selbst wird durchgängig warm und der Wärmeübergang nicht an den gewünschten Schnittstellen (Wärmetauscher, CPU-Kühler usw.).




Wir machen Euch kalt ...aber leise!





[02/04, Nico]
Zuletzt aktualisiert: 20.07.2010


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