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Il surriscaldamento è problematico per i tuoi dispositivi; ecco perché la rimozione del calore è fondamentale per controllare la temperatura di dispositivi elettronici o fonti di calore simili.
I dissipatori di calore vengono utilizzati nei dispositivi elettronici per dissipare l'energia termica nell'ambiente e raffreddare i dispositivi. Ma cos'è esattamente un dissipatore di calore e come funziona?
Come viene prodotto il calore nei dispositivi e nei sistemi elettronici
Nell'era moderna, siamo circondati da sistemi elettronici e gadget. Da un chip a microprocessore a una stazione ricetrasmittente base (BTS) per i sistemi di comunicazione mobile, i prodotti elettronici necessitano di energia elettrica per funzionare.
Mentre parte di quella potenza viene utilizzata per il funzionamento del dispositivo, il resto viene dissipato (a seconda dell'efficienza del dispositivo), principalmente sotto forma di calore.
Tuttavia, a causa della miniaturizzazione dei dispositivi, i dispositivi elettronici non possono accumulare calore e devono dissipare questa energia termica nell'ambiente. A tale scopo vengono spesso utilizzati dissipatori di calore.
Cos'è un dissipatore di calore?
Un dissipatore di calore è una parte applicata ad un dispositivo elettronico caldo per assorbirne il calore per conduzione e poi proiettare questa energia nell'ambiente circostante per convezione e irraggiamento. Una struttura comune di un dissipatore di calore è quella mostrata di seguito:
I dispositivi elettronici sono progettati in modo tale da avere un'interfaccia minima e materiali termicamente conduttivi sono utilizzati per collegare una fonte di generazione di calore e un dissipatore di calore in modo che il calore non possa accumularsi all'interno dispositivo. I dissipatori di calore sono progettati in modo da fornire un percorso a bassa resistenza termica ai dispositivi per la rimozione del calore.
Meccanismo del dissipatore di calore
I dissipatori di calore sono realizzati con materiali termicamente conduttivi, più comunemente alluminio (conduttività termica: 237 W/m·K). L'alluminio è un metallo a basso costo rispetto ad altri materiali termicamente conduttivi come l'argento e l'oro.
Il calore di un involucro elettronico relativamente piccolo viene assorbito da una piastra metallica piatta per conduzione. La conduzione è spesso facilitata applicando a pasta termica tra l'involucro esterno del dispositivo elettronico e il dissipatore di calore. Ciò garantisce un contatto fisico adeguato con pasta ad alta conduttività termica.
Il calore proveniente da un involucro elettronico relativamente più piccolo è destinato a diffondersi sulla superficie più ampia del dissipatore di calore attraverso la conduzione.
Tuttavia, l'energia termica subisce una resistenza al calore diffusa quando una superficie più piccola della sorgente di calore entra in contatto fisico con una superficie più grande del dissipatore di calore. Ecco perché è importante controllare la resistenza alla diffusione scegliendo lo spessore di contatto adeguato della piastra di base del dissipatore di calore.
Un dissipatore di calore con una minima resistenza alla diffusione assicura che il calore sia distribuito quasi uniformemente sulla piastra di base e sulle alette. Pertanto, l'area superficiale del dissipatore di calore viene utilizzata in modo efficiente. Tuttavia, il calcolo della resistenza alla diffusione non rientra nell'ambito di questo articolo.
Sull'altro lato della piastra di base del dissipatore di calore, vengono utilizzate molte alette metalliche per fornire una maggiore superficie per la convezione termica del calore. Le alette non sono posizionate troppo vicine tra loro in quanto ciò può ostacolare la capacità del fluido, cioè l'aria, nella maggior parte dei casi, di fluire liberamente tra le alette per dissipare il calore.
Naturale vs. Raffreddamento forzato
Il calore distribuito uniformemente alla base del dissipatore di calore utilizza l'intera superficie fornita dalle alette per diffondere il calore nell'aria ambiente utilizzando la convezione naturale o la convezione forzata dell'aria.
La convezione naturale è un processo in cui l'aria ambiente porta via l'energia termica dalle alette del dissipatore di calore utilizzando il flusso naturale del fluido, cioè senza applicare pressione attraverso una fonte esterna. In questo processo, il flusso o la velocità delle molecole fluide è lento.
Nel metodo della convezione forzata per lo scambio di calore, viene utilizzato un ventilatore o un ventilatore per aumentare la velocità del flusso del fluido attraverso la superficie sulle alette del dissipatore di calore. O un DC o una ventola PWM può essere utilizzata.
L'aumento del flusso d'aria si traduce in più calore portato via dal dissipatore di calore. Di solito, la convezione forzata viene utilizzata nei casi in cui è necessario rimuovere molta potenza termica o in un progetto è obbligatorio un dissipatore di calore più piccolo.
Insieme alla convezione, anche la radiazione termica dal dissipatore di calore è molto utile per rimuovere il calore dal dissipatore di calore. Di solito, i dissipatori di calore sono colorati di nero, aumentando la loro capacità di irraggiamento termico.
I dissipatori di calore mantengono i tuoi dispositivi freschi e funzionanti
Un dissipatore di calore è un gadget essenziale per il funzionamento affidabile di un dispositivo elettronico. Senza di loro, i nostri smartphone avanzati, i computer ad alta potenza e persino le luci a LED non funzioneranno come previsto a causa del surriscaldamento.
