전력 손실로 인한 난방

오늘날까지는 전력 소비가 가열로 바뀌는 방식에 대해 직관적으로 느끼지 못하는 것처럼 느껴집니다. 즉, 커피 머그잔 크기의 장치에 열로 1 와트의 전력을 낭비하면 얼마나 뜨겁습니까? 알 겠어? 10 와트, 100 또는 1,000은 어떻습니까?

나는 재료 선택, 공기 흐름, 표면적 등이 큰 차이를 만든다는 것을 잘 알고 있습니다. 그러나 장치가 차갑고 따뜻하거나 터무니없이 뜨겁거나 발화 위험이 있는지 여부를 확인하기위한 몇 가지 규칙을 정돈하는 것이 좋습니다.

실제 장치를 모델링하거나 구축하지 않고 프로젝트가 얼마나 뜨거워 지는지를 추정하는 몇 가지 방법은 무엇입니까?

편집하다:

명확히하기 위해, 나는 지속적인 작동으로부터 장치의 정상 상태 온도 (또는 적어도 "터치 표면")에 더 관심이있다. 장치에 순간적으로 즉각적인 가열 효과가 없습니다.

$\theta_{JA}$

이는 소비되는 모든 와트에 대한 일반적인 주변 환경에서 장치가 주변보다 x ° C 높아질 것임을 나타 냅니다. 계산에 주변 온도를 포함시켜야합니다. 개방형 랩 환경에서는 25 ° C 일 수 있지만 실제로 일부 전자 장치의 케이스 내부에서는 훨씬 더 뜨거울 수 있습니다.

$\theta_{JC}$$\theta_{CI}$$\theta_{IH}$$\theta_{HA}$

난방에 대해 생각할 때 합리적인 숫자를 얻으려면 여러 가지 다른 단위를 거쳐야합니다.

전기 방열은 와트로 측정됩니다. 에너지는 줄 단위로 측정되며 열 자체는 칼로리로 측정됩니다.

300g의 물 (약 300cc, 일반적인 커피 잔)을 예로 들어 보겠습니다. 이제 10W의 열을 방출하는 무언가가 있다고 가정하겠습니다. 10W는 매우 훌륭하지만 10W를 얼마나 오래 계산합니까? 그것이 공식입니다.

• $W=\frac{J}{t}$

^{여기서 J 는 줄이며 t 는 초 단위의 시간입니다.}

편리합니다. 1 와트는 초당 1 줄입니다. 그래서 줄 = 와트 × 초, 알았습니까? 따라서 10 초 동안 10 초 동안 가열하면 100 줄이됩니다.

이제 칼로리는 1g의 물을 1 ° C로 가열하는 데 필요한 열량이며 4.184 줄과 같습니다.

그것은 우리의 100 줄이 (편집 : 23.9 칼로리 [1 칼로리 = 4.184 J, 따라서 100 J * 1 칼로리 /4.184 J = 23.9 칼로리, 418.4 칼로리가 아님)와 같습니다. 우리의 300g 이상의 물은 다음과 같습니다.

• $T=\frac{23.9}{300}$

(EDIT : 0.08 ° C [1.395 ° C 아님]) 온도 상승과 같습니다.

따라서 10 초 동안 10 와트의 전력을 사용하면 커피 잔의 물의 열이 조금씩 높아집니다 (편집 : 1도 및 0.5도 아님).

직관적이고 매우 거친 (하지만 도움이되는) 경험으로 다른 크기의 저항기를 언급하고 싶습니다. 거의 모든 사람이 "표준"1 / 4W 저항 (일명 0207)을 알고 있습니다. 또한 전자 유통 업체 카탈로그 (또는 지속적인 해킹 및 수리 경험이있는)를 보면 더 크고 작은 저항기 (1 / 4W, 1 / 8W 등의 SMD 크기 및 더 큰 전력 저항기)를 알 수 있습니다. 2W, 4W, 5W, 11W, ...).

대부분의 저항이 설계되는 방식은 주변 온도가 70 ° C 또는 75 ° C 인 정격 전력에서 작동 할 수 있으며, 그렇게하면 최대 허용 온도 인 125 ° C 또는 155에 도달하게됩니다. ° C (일반 및 공통 값, 자세한 내용은 데이터 시트를 확인하십시오).

따라서 소비 전력과 온도 상승 (125 ° C-70 ° C = 55 ° C에서 최대 155 ° C-70 ° C = 85 ° C의 순서)과 관계가 있습니다. 질문의 핵심, 부품의 물리적 크기 (볼륨, 표면적).

또한 전구 (구식 필라멘트 스타일) 및 크기와 전력 (일명 와트)을 알고있는 것들을 사용할 수 있습니다. 예를 들어 40W 전구를 생각해보십시오. 실내 온도 (주변 온도)에서는 표면이 너무 뜨거워 아직 거의 닿을 수 없습니다 (아마 60 ° C로 해석). 물 보일러 (차 용수)는 2kW 정도의 물을 섭취하며 1l의 물로 약 1 ~ 2 분 안에 20 ° C에서 100 ° C로 상승합니다 (차단하지 않으면 스스로 파괴됩니다) 이 개념을 소비 전력, 크기, 온도 상승과 같은 다른 일상적인 장치로 확장하십시오.

당신이 만들고자하는 무언가에 대한 느낌을 얻으려면 많은 경우에 아주 잘 작동합니다.

아마도 실제 장치가 소멸되는 목록이 좋은 참조가 될 것입니다. 스마트 폰 1-2W, 노트북 10-30W, 50 "LCD TV 100W, 데스크탑 컴퓨터 200-500W, 스페이스 히터 1500W.

표면적과 공기 이동 (팬)은 같은 온도에서 수십 배 더 많은 열을 방출 할 수 있으므로 기계적 설계는 열이 많이 발생하는 모든 작업에 큰 영향을 미칩니다. 헤어 드라이어는 커피 머그잔 크기이며 1000W 이상이며 송풍기 앞에서 만 따뜻하지만 분해하면 가열 코일이 종이에 불을 붙일 수 있습니다. 1W조차도 레이저와 같이 작은 영역에 집중되면 화재를 시작하기에 충분합니다. 방열판없이 100W를 1cm ^ 2에 넣은 데스크탑 CPU는 마더 보드에 구멍을 날릴 수 있지만 제대로 냉각되면 방열판이 뜨거워지고 케이스가 따뜻해집니다.

프로젝트가 0.1W 미만으로 실행되면 열에 대해 걱정할 필요가 없습니다. 1W에서 회로 기판의 금속은 주변 냉각을 허용 할 정도로 열을 확산시킬 수 있습니다. 10W에서는 아마도 적절한 크기의 방열판 (및 경우에 따라) 및 / 또는 팬이 필요할 것입니다. 100W에서는 아마도 팬이 필요할 것입니다. 1000W 이상에서는 효과적으로 공간 히터를 만들었으며 물건을 태울 지 여부는 열을 주변 공기 속으로 얼마나 빨리 이동할 수 있는지에 달려 있습니다. 5000W 이상에서는 실내가 너무 뜨거워지지 않도록 실외에서 열을 방출해야 할 수도 있습니다.

대부분의 사람들은 집에 몇 천 와트가 넘는 물건을 가지고 있지 않습니다. 가장 높은 단일 부하는 아마도 옷 건조기 일 것입니다. 1W의 비용은 항상 1 년에 약 $ 1이므로, 간헐적으로 만 사용하지 않는 한 수백 와트가 넘는 비용은 소유 비용이 많이 듭니다.

당신은 올바르게 재료를 언급했습니다. 모든 재료에는 비열이 있으며, 이는 1g 시료에서 1K 온도 상승을 위해 열 형태로 추가해야하는 에너지 양을 알려줍니다. 예를 들어, 14.5 ° C에서 15.5 ° C로 1g의 물을 데 우려면 4.186J가 필요합니다 (이것은 1 칼로리의 구 단위의 정의입니다).
이 열의 흐름에 대해 이야기 할 때 열 저항에 관심이 있습니다 (전류를 알아 내기 위해 전기 저항을 알고 싶어하는 것처럼). 열 저항은 K / W (와트 당 켈빈)로 표시되며 열이 특정 속도로 흐를 때 두 지점 사이의 온도 차이가 얼마나되는지 알려줍니다 (단위당 에너지 = 전력). 전원 구성 요소의 데이터 시트를 읽으면 다이와 하우징 사이 및 하우징에서 주변까지 열 저항이 표시됩니다.

편집 ( 편집 과 관련하여)
평형 상태의 경우 동일한 요인이 작용합니다. 비열은 다이의 온도와 일련의 열 저항을 결정하여 환경으로 배출되는 열의 양을 결정합니다. 평형은 후자가 당신이 소비하는 에너지와 같다는 것을 의미합니다.

"일부 규칙을 갖는 것이 좋을 것"에 대한 응답으로 ..

• 엄지 손가락을 잡지 못하면 너무 뜨겁습니다. 방열판이 필요합니다.
• 40 핀 DIP에서 2W 이상 소실되면 표면이 너무 뜨거워 져서 만질 수 없다는 것을 알게되었습니다.
• TO-220 w / oa 방열판에서 1W만으로도 충분합니다.

요즘에는 40 핀 DIP 패키지가 너무 많지 않을 것입니다. 그렇게한다면 2W 정도 손실 될 것입니다. 편리한 스케일 감각을 제공하기 때문에 언급합니다.

TO-220 패키지는 여전히 강력하고 기본적으로 방열판과 함께 사용 하도록 설계되었습니다 . 그 금속 탭은 이유가 있기 때문에 알루미늄 싱크와 접촉 식 열 그리스가 매우 저렴하고 쉽습니다.