Rezystancja termiczna

Rezystancja termiczna – Wielkość fizyczna reprezentująca opór, jaki stawia dana materia przenoszeniu temperatury do innej materii. Wielkość ta jest niezwykle ważna w układach elektronicznych, w których kluczową sprawą jest odprowadzanie ciepła, aby elementy się nie przegrzewały.

Gdy mamy kilka stykających się ze sobą materii, ich rezystancje termiczne zachowują się analogicznie, jak w przypadku zwykłych oporników, a więc mogą dodawać się szeregowo lub łączyć się równolegle.

Rezystancję termiczną ciała określa się jako iloraz "hamowanej" temperatury do mocy doprowadzanej do tego ciała:

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

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 na każdy wat wydzielanej mocy obudowa stawia opór dla $50{}^{\circ}C$ temperatury. Różnica pomiędzy temperaturą powietrza, a wnętrzem opornika wyniesie odpowiednio:

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

Podstawiając wartości otrzymujemy:

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

Jeżeli przyjmiemy temperaturę otoczenia równą $25{}^{\circ}C$, temperatura wnętrza naszego rezystora będzie większa o ${\Delta}T$, czyli ostatecznie wyniesie $275{}^{\circ}C$ ! 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 $0,1-1,0 {}^{\circ}C/{W}$ ), podobnie jak rezystancja termiczna pomiędzy radiatorem, a powietrzem, która jest zwykle wielokrotnie niższa niż pierwotna rezystancja termiczna obudowy elementu z powietrzem (typowe wartości to: $2-20 {}^{\circ}C/{W}$ ).

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

Rezystancja termiczna całego toru przenoszenia temperatury wyniesie:

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

Różnica temperatury podstawiając do wcześniejszego wzoru wyniesie:

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

Zakładając temperaturę otoczenia równą $25 {}^{\circ}C$, temperatura opornika wyniesie $87,5 {}^{\circ}C$, 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