कॉपर या एल्यूमीनियम हीट सिंक?

Question

कॉपर या एल्यूमीनियम खरीदने के लिए एक बेहतर हीट सिंक क्या होगा? तांबा क्या करता है कि एल्यूमीनियम नहीं करता है? मुझे पता है कि यह अधिक महंगा है और भारी है, इसलिए तांबे का क्या फायदा है?

संपादित करें: आवेदन के बारे में अधिक विस्तार। मुझे एक टीजीएल पेल्टियर मॉड्यूल, शांत पक्ष के लिए एक हीट सिंक की आवश्यकता है। शक्ति का स्रोत केवल आपके हाथ की गर्मी है, जो गर्म तरफ से आती है। पेल्टियर के दोनों किनारों को बेअसर करने से रोकने के लिए, मैं दूसरी तरफ ठंडा करने के लिए हीट सिंक का उपयोग कर रहा हूं। इसलिए, मुझे सबसे शक्तिशाली हीटसिंक उपलब्ध की आवश्यकता है ताकि पेल्टियर लंबे समय तक वोल्टेज का उत्पादन करे।

Comments

engineeringtoolbox.com/thermal-conductivity-d_429.html

— Majenko

मैं काम पर अपने चाय के कप के लिए एक चटाई के रूप में एक एल्यूमीनियम हीट सिंक का उपयोग करता हूं और इसे तांबे की तुलना में अधिक वांछनीय पाया जाता है क्योंकि इसका वजन कम होता है और ऑक्सीकरण चमक नहीं होता है।

— एंडी उर्फ

@Andyaka आपको अपनी चाय ठंडी लगती है? ;-)

— डिजिटल ट्रामा

कॉपर रोगाणुरोधी है जो एक उपयोगी कारक हो सकता है, लेकिन मुझे संदेह है कि यह टिप्पणी बल्कि इसलिए जवाब है।

— rom016

Answer 1

आपके पास ऊपर के उपयोगकर्ताओं की बहुत अच्छी जानकारी है! कृपया मेरे जवाब को महत्वपूर्ण और महत्वपूर्ण बिट उपादेयता पर विचार करें जो आपके पास पहले से है:

थर्मल इंटरफ़ेस मटेरियल (TIM) आपके हीटसिंक के लिए आपके द्वारा चुनी गई सामग्री की तुलना में अधिक और आसानी से अधिक महत्वपूर्ण हो सकता है! मैं इसे अनुभव से कहता हूं और इंटरफ़ेस सामग्री के दर्जनों प्रकार और किस्मों का व्यक्तिगत रूप से परीक्षण कर रहा हूं। आपका बजट, अनुलग्नक के तरीके और अन्य डिज़ाइन पैरामीटर आपके विकल्पों को संभवतः एक विशिष्ट प्रकार के TIM को संकीर्ण कर देंगे। उदाहरण के लिए: एक पेस्ट को यंत्रवत् सुरक्षित करने के लिए हीटसिंक की आवश्यकता होती है और एक चिपकने वाला नहीं होता है। कुछ सामग्री गन्दा और उपयोग करने में मुश्किल होती है, लेकिन अच्छा प्रदर्शन करती है और कुछ चीजें बाहर निकलती हैं, जो इसके प्रदर्शन में लगभग बेकार है और उपयोग करने में आसान हो सकती है या नहीं।

मैं बहुत विश्वास के साथ कहूंगा कि आप जिस TIM का उपयोग करते हैं वह तांबे या एल्यूमीनियम का उपयोग करने की तुलना में आसानी से अधिक मायने रख सकता है। हर मामले में नहीं लेकिन प्रदर्शन के अंतर आश्चर्यजनक हो सकते हैं।

सीपीयू / हीटिसिंक के लिए लोकप्रिय और अच्छी तरह से समीक्षा की गई सामग्रियों की तलाश आपको कुछ अच्छे विकल्प चुन सकती है।

सौभाग्य!

Answer 2

कॉपर को बेहतर तापीय चालकता मिली है।

एल्यूमीनियम - $\mathrm{ 200 \frac {W} {m\cdot K} }$
कॉपर -$\mathrm{ 400 \frac {W} {m\cdot K} }$
(सेयहाँ, भीयहाँ)

लेकिन ठोस सामग्री के भीतर तापीय चालकता केवल कहानी का एक हिस्सा है। बाकी की कहानी इस बात पर निर्भर करती है कि कोई व्यक्ति गर्मी में डंप करना चाहता है।

तरल शीतलक

कॉपर हीटसिंक (कोई इसे हीट ट्रांसफर ब्लॉक भी कह सकता है) एल्यूमीनियम से बेहतर प्रदर्शन करेगा।

मजबूर संवहन के साथ वायु

दूसरे शब्दों में, हेटिस्क पर एक पंखा चल रहा है। कॉपर हीट सिंक एल्यूमीनियम की तुलना में बेहतर प्रदर्शन करेगा।

प्राकृतिक संवहन के साथ वायु

मैंने अंतिम के लिए सबसे अच्छा बचाया है। ऐसा लग रहा है कि यह ओपी का मामला भी है।

साथ प्राकृतिक संवहन हवा , तांबा हीट सिंक केवल मामूली प्रदर्शन ¹ एल्यूमीनियम की तुलना में बेहतर (डिग्री सेल्सियस / डब्ल्यू में)। इसका कारण यह है कि टोंटी धातु के साथ स्थानांतरण में नहीं है। जब आपके पास प्राकृतिक संवहन के साथ हवा होती है, तो टोंटी धातु और हवा के बीच स्थानांतरण में होती है, और यह अल और क्यू के लिए समान है।

¹ _{मैं जोड़ सकता हूं कि सीमांत वृद्धि अक्सर सीयू की लागत के लायक नहीं है।}

यह वक्र गर्मी हस्तांतरण और सामग्री थर्मल चालकता के बीच गैर-रैखिक संबंध प्रदर्शित करता है। वक्र सामान्य है। यह कुल ताप अंतरण के लिए चालन और संवहन दोनों घटकों वाले किसी भी अनुप्रयोग पर लागू होता है। [विकिरण आमतौर पर छोटा होता है और इस गणना में नजरअंदाज किया जाता है।] वक्र का आकार अनुप्रयोग की परवाह किए बिना समान है। कुल्हाड़ियों पर मात्रात्मक मूल्यों को नहीं दिखाया गया है क्योंकि वे शक्ति, भाग के आकार और संवहनशील ठंडा करने की स्थिति पर निर्भर करते हैं। वे किसी भी दिए गए आवेदन और शर्तों के सेट के लिए तय हो जाते हैं। यह वक्र के आकार से स्पष्ट है कि गर्मी हस्तांतरण सामग्री तापीय चालकता पर निर्भर करता है, लेकिन एक बिंदु भी है, वक्र में एक घुटने, जहां बढ़ती तापीय चालकता गर्मी हस्तांतरण में नगण्य सुधार पैदा करती है ।
( स्रोत , जोर मेरा एनए)

फिल ने पहले से ही ईसीएन लेख को जोड़ा है जो प्राकृतिक संवहन के साथ हवा में एल्यूमीनियम और तांबे की तुलना करता है। यहां एक और बात यह है: क्या होगा अगर हम एल्यूमीनियम की तुलना कम तापीय चालकता वाली सामग्री (तांबे के विपरीत) से करते हैं। एक कंपनी है जो थर्मली कंडक्टिव प्लास्टिक बनाती है। इसे मिला है$\mathrm{20 \frac {W} {m\cdot K} }$

E2 प्लास्टिक ( स्रोत ) है

Comments

बहुत उपयोगी है, धन्यवाद। क्या आप मन करते हैं कि आप मुझे एक तांबे के बर्तन से जोड़ने का सुझाव दें जो आप सुझाएंगे? (मुझे लगता है कि मैं तांबे के साथ जाऊंगा)। मैंने पाया है कि सभी तांबे के लिए संदिग्ध रूप से कम हैं। फिर से, मैं एक peltier मॉड्यूल के लिए लोगों की तलाश कर रहा हूं।

— MH0517

मुझे बुरा लगता है: उत्पादों के लिए सिफारिश EE.SE पर ऑफ-टॉपिक है।

— निक अलेक्सिएव

ओह मैं समझा। मेरी गलती।

— MH0517

Answer 3

यह कई कारकों के साथ एक जटिल प्रश्न है। आइए कुछ भौतिक गुणों को देखें:

• ऊष्मीय चालकता ($\mathrm{W \over m\cdot K}$ )
  • तांबा: 400
  • एल्यूमीनियम: 235
• वॉल्यूमेट्रिक ताप क्षमता ($\mathrm{J \over cm^3 \cdot K }$ )
  • तांबा: 3.45
  • एल्यूमीनियम: 2.42
• $\mathrm{g \over cm^3}$ )
  • तांबा: 8.96
  • एल्यूमीनियम: 2.7
• $\mathrm V$
  • तांबा: -0.35
  • एल्यूमीनियम: -0.95

इन गुणों का क्या अर्थ है? पालन ​​करने वाली सभी तुलनाओं के लिए, समान ज्यामिति की दो सामग्रियों पर विचार करें।

कॉपर की उच्च तापीय चालकता का मतलब है कि ताप के पार का तापमान अधिक समान होगा। यह लाभप्रद हो सकता है क्योंकि हीटसिंक की चरम सीमा अधिक गर्म होगी (और इस तरह अधिक प्रभावी रूप से विकीर्ण हो जाएगी), और थर्मल लोड से जुड़ा गर्म स्थान कूलर होगा।

कॉपर की उच्च वाष्पशील ऊष्मा क्षमता का अर्थ है कि यह ऊष्मा सिंक के तापमान को बढ़ाने के लिए बड़ी मात्रा में ऊर्जा लेगा। इसका मतलब है कि तांबा थर्मल लोड को अधिक प्रभावी ढंग से "सुचारू" करने में सक्षम है। इसका मतलब हो सकता है कि कम पीक तापमान में थर्मल लोड परिणाम की संक्षिप्त अवधि।

कॉपर का उच्च घनत्व इसे भारी बनाता है, जाहिर है।

यदि गैल्वेनिक क्षरण एक चिंता का विषय है, तो सामग्री का अलग-अलग एनोडिक इंडेक्स एक सामग्री को अधिक अनुकूल बना सकता है। जो अधिक अनुकूल है वह इस बात पर निर्भर करेगा कि अन्य धातुएं हीट सिंक के संपर्क में क्या हैं।

इन भौतिक गुणों के आधार पर, तांबा को हर मामले में बेहतर थर्मल प्रदर्शन लगता है। लेकिन यह वास्तविक प्रदर्शन के लिए कैसे अनुवाद करता है? हमें न केवल गर्म सामग्री को ध्यान में रखना चाहिए, बल्कि यह सामग्री परिवेश के वातावरण के साथ कैसे संपर्क करती है। हीटसिंक और उसके आस-पास (हवा, आमतौर पर) के बीच का इंटरफ़ेस बहुत महत्वपूर्ण है। इसके अलावा, हीट सिंक की विशेष ज्यामिति भी महत्वपूर्ण है। हमें इन सभी बातों पर विचार करना चाहिए।

माइकल हास्केल द्वारा एक अध्ययन, शीतलन प्रदर्शन पर विभिन्न हीट सिंक सामग्री के प्रभाव की तुलना करते हुए एल्यूमीनियम, तांबा और समान ज्यामिति के ग्रेफाइट फोम हीट सिंक पर कुछ अनुभवजन्य और कम्प्यूटेशनल परीक्षण किए। मैं निष्कर्षों को सरल रूप से सरल कर सकता हूं: (और मैं ग्रेफाइट फोम हीटसिंक को अनदेखा करूंगा)

परीक्षण किए गए विशेष ज्यामिति के लिए, एल्यूमीनियम और तांबे का प्रदर्शन बहुत समान था, जिसमें तांबा सिर्फ थोड़ा बेहतर था। आपको एक विचार देने के लिए, 1.5 मीटर / सेकंड के एयरफ़्लो में, हीटर से हवा में तांबे का थर्मल प्रतिरोध 1.637 K / W था, जबकि एल्यूमीनियम 1.677 था। ये संख्या इतनी करीब है कि तांबे की अतिरिक्त लागत और वजन को सही ठहराना मुश्किल होगा।

चूँकि ठंडी होने वाली चीज़ की तुलना में हीटसिंक बड़ी हो जाती है, तांबे की उच्च तापीय चालकता के कारण एल्यूमीनियम पर बढ़त हासिल होती है। ऐसा इसलिए है क्योंकि तांबे अधिक समान गर्मी वितरण को बनाए रखने में सक्षम है, जिससे गर्मी को अधिक प्रभावी ढंग से चरम सीमा तक खींचा जा सके, और अधिक प्रभावी ढंग से पूरे विकिरण क्षेत्र का उपयोग किया जा सके। एक ही अध्ययन ने एक बड़े सीपीयू कूलर के लिए एक कम्प्यूटेशनल अध्ययन किया और तांबे के लिए 0.57 के / डब्ल्यू और एल्यूमीनियम के लिए 0.69 के / डब्ल्यू के थर्मल प्रतिरोधों की गणना की।

Answer 4

तांबे की तापीय चालकता एल्यूमीनियम की तुलना में लगभग 60% अधिक है। इसका मतलब यह है कि एक एल्यूमीनियम की तुलना में गर्मी को दूर करने में एक तांबे का हीट सिंक काफी प्रभावी होगा।

जो आप चुनते हैं वह समझौता का विषय है: एल्यूमियम गर्मी सिंक सस्ता और हल्का है, और इसलिए सामान्य उद्देश्य डिजाइन के लिए पहली पसंद है। हॉवियर, जहां आपको थोड़ी सी जगह में बड़ी मात्रा में गर्मी को निकालना होगा, तांबा बेहतर हो सकता है।

हालांकि, विशिष्ट एप्लिकेशन को जानने के बिना दो सामग्रियों के बीच एक पूर्ण तुलना करना संभव नहीं है और विशिष्ट डिज़ाइन के अन्य बाधाओं को गर्मी सिंक को अनुकूलित करना होगा।

ध्यान में रखने के लिए अन्य कारक हैं (पर्यावरण सहित जहां गर्मी सिंक "लाइव" होना चाहिए)।

कॉपर एल्यूमीनियम की तुलना में गर्मी का संचालन करने में सक्षम है , लेकिन गर्मी स्रोत और गर्मी सिंक के बीच थर्मल युग्मन, और गर्मी सिंक और "बाहरी दुनिया" के बीच भी विचार किया जाना चाहिए।

उदाहरण के लिए, क्या हीट सिंक छोटे पंखों के माध्यम से मुक्त हवा के साथ युग्मित है? या यह एक ट्यूब में बहने वाले तरल शीतलक के कुछ प्रकार के लिए युग्मित है? संवहन गर्मी हटाने की प्रक्रिया में शामिल है, या गर्मी विकिरण प्राथमिक तंत्र है (अंतरिक्ष जांच के बारे में सोचो, एक चरम मामले के रूप में)। क्या पर्यावरण में जंग (पानी के नीचे के उपकरण; कुछ रासायनिक रिएक्टर के अंदर उपकरण) होने की संभावना है? कुछ मिश्र, कुछ प्रकार के क्षरण के लिए दूसरों की तुलना में अधिक प्रतिरोधी होते हैं।

Comments

थर्मल चालकता कहानी का केवल एक हिस्सा है। बाकी की कहानी इस बात पर निर्भर करती है कि व्यक्ति गर्मी को कहाँ डुबोना चाहता है (जैसे प्राकृतिक संवहन के साथ हवा, मजबूर संवहन के साथ हवा, तरल शीतलक, ठंडी थाली, आदि)। सीसी: @Majenko

— निक एलेक्सीव

@NickAlexeev: कि घन बनाम अल तुलना में कोई फर्क नहीं पड़ता।

— whatsisname

यह दिए गए से बहुत दूर है कि यह अधिक प्रभावी होगा। यह चिप पैकेज से गर्मी को बेहतर तरीके से निकाल सकता है, और यह इसे बेहतर पंखों तक वितरित करेगा (जब तक कि वे पतले न हों) लेकिन महत्वपूर्ण बिट हवा के लिए चालकता है, जो धातु के भीतर की तुलना में कम परिमाण के आदेश है। तो यह बेहतर हो सकता है, या यह विपणन हो सकता है।

— ब्रायन ड्रमंड

@NickAlexeev हां। मेरा एक "पहला आदेश तुलना" था। एक वास्तविक डिजाइन की अधिक बाधाओं को जानने के बिना सामान्य रूप से वास्तविक तुलना नहीं की जा सकती है।

— लोरेंजो डोनाटी

क्षमा करें, मुझे अधिक विवरण प्रदान करना चाहिए था। शक्ति का स्रोत बस आपके हाथ की गर्मी है, गर्म तरफ से आ रहा है। पेल्टियर के दोनों किनारों को बेअसर करने से रोकने के लिए, मैं दूसरी तरफ ठंडा करने के लिए हीट सिंक का उपयोग कर रहा हूं। इसलिए, मुझे उपलब्ध सबसे शक्तिशाली हीटसिंक की आवश्यकता है ताकि पेल्टियर लंबे समय तक वोल्टेज का उत्पादन करे।

— MH0517

Answer 5

तांबा मिश्र धातु के आधार पर लगभग 50% और एल्यूमीनियम की तापीय चालकता को दोगुना करता है, इसलिए दिए गए प्रदर्शन के लिए एक तांबे का हीट एल्यूमीनियम के आकार का 'आधा' हो सकता है।

हालांकि, तांबा एल्यूमीनियम की तुलना में बहुत अधिक महंगा है, और निर्माण करने के लिए कुछ हद तक अधिक कठिन है, इसलिए इसका उत्पादन करना अधिक महंगा है। कुछ मामलों में, छोटे आकार के भुगतान के लायक है।

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पहला पैराग्राफ हीट के लिए होल्ड नहीं करता है जो प्राकृतिक संवहन के साथ हवा में गर्मी को डंप करता है । यदि आपके पास समान (और वाजिब) ज्यामितीय (एक तांबा है, तो दूसरा एल्यूमीनियम है) के साथ 2 ऐसे हीट सिंक होते हैं, तो तांबा केवल एक मामूली बेहतर प्रदर्शन होगा (° C / W में)। इसका कारण यह है कि टोंटी धातु के साथ स्थानांतरण में नहीं है। जब आपके पास प्राकृतिक संवहन के साथ हवा होती है, तो टोंटी धातु और हवा के बीच स्थानांतरण में होती है, और यह अल और क्यू के लिए समान है। (मैं जोड़ सकते हैं कि सीमांत वृद्धि अक्सर Cu की लागत नहीं के बराबर होती है।)

— निक एलेक्सीव