শক্তি অপচয় থেকে গরম

Question

আজ অবধি, আমার মনে হচ্ছে যে বিদ্যুতের অপচয় হিটিংয়ে রূপান্তরিত হয় তার জন্য আমার কাছে কোনও স্বজ্ঞাত অনুভূতি নেই - এটি হ'ল আমি যদি একটি ডিভাইসে তাপ হিসাবে কফি মগের আকার হিসাবে 1 ওয়াট শক্তি অপচয় করি তবে কী গরম হয় এটা পেতে? কিভাবে 10 ওয়াট, 100, বা 1000?

আমি যথেষ্ট ভালভাবে বুঝতে পারি যে উপাদান নির্বাচন, বায়ু প্রবাহ, পৃষ্ঠের অঞ্চল এবং চিত্রে বিশাল পার্থক্য রয়েছে। তবে, ডিভাইসটি শীতল, উষ্ণ, হাস্যকরভাবে গরম বা কোনও ইগনিশন বিপদ হবে কিনা তা পরীক্ষা করে দেখার প্রাথমিক সূত্র হিসাবে কিছু নিয়ম-আঙ্গুলটি রাখা ভাল হবে।

আপনার প্রকল্পটি প্রকৃত ডিভাইসটি মডেলিং বা বিল্ডিং না করে কতটা গরম হবে তা অনুমান করার জন্য আপনার কয়েকটি পদ্ধতির কী রয়েছে?

সম্পাদনা করুন:

কেবল স্পষ্ট করে বলতে গেলে, অব্যাহত ক্রিয়াকলাপ থেকে আমি ডিভাইসের স্থির-রাষ্ট্রীয় তাপমাত্রায় (বা কমপক্ষে "স্পর্শ পৃষ্ঠতল") সম্পর্কে আরও আগ্রহী; ডিভাইসে মুহুর্তের তাত্ক্ষণিক গরম করার প্রভাব নয়।

Comments

উদাহরণস্বরূপ বৈদ্যুতিন ক্যাপগুলির জন্য বিশদ কাগজ রয়েছে। au.newark.com/pdfs/techarticles/cornell/thermalapplet.pdf তবে এটি খুব বিস্তারিত হতে পারে। যা আমি মনে করি আশ্চর্যের সাথে, বড় ক্যাপাসিটারগুলির প্রায় 100-200 মিলিওয়াট তাপ শক্তি থাকতে পারে।

Answer 1

একটি ডিভাইসের জন্য আপনি প্রায়শই নামে পরিচিত একটি চিত্র দেখতে পাবেন । একে তাপ প্রতিরোধ বলে।$\theta_{JA}$

এটি আপনাকে জানায় যে প্রতিটি ওয়াট বিলুপ্ত হয়ে যাওয়ার জন্য একটি সাধারণ পরিবেষ্টনের পরিবেশে, ডিভাইসটি পরিবেষ্টনের উপরে x ° C গরম করবে । আপনার গণনার মধ্যে আপনাকে অবশ্যই পরিবেষ্টিত তাপমাত্রা অন্তর্ভুক্ত করতে হবে। উন্মুক্ত ল্যাব পরিবেশে এটি 25 ডিগ্রি সেন্টিগ্রেড হতে পারে তবে বাস্তবে কিছু ইলেক্ট্রনিক্সের আবরণের অভ্যন্তরে এটি আরও গরম হতে পারে।

আপনি যদি একটি heatsink যুক্ত করে থাকেন আপনাকে জানতে হবে (মোড়-কেস প্রতিরোধ ক্ষমতা), θ সি আমি (কেস-অন্তরক প্রতিরোধের, যদি থাকে), θ আমি এইচ (নিরোধক-heatsink প্রতিরোধের যদি থাকে) এবং, অবশেষে θ এইচ একজন (হিটসিংক-পরিবেষ্টিত প্রতিরোধের।) সাধারণ বৈদ্যুতিক প্রতিরোধের মতো আপনি এগুলি একসাথে যুক্ত করতে পারেন যখন এক্স ডি ওয়াটগুলি ছড়িয়ে দেয় তখন আপনার ডিভাইসটি কতটা উত্তাপিত হবে তার চূড়ান্ত চিত্রটি পেতে ।$\theta_{JC}$$\theta_{CI}$$\theta_{IH}$$\theta_{HA}$

Answer 2

গরম করার বিষয়ে চিন্তা করার সময় আপনাকে কিছু বুদ্ধিমান নম্বর পেতে বিভিন্ন ইউনিট দিয়ে যেতে হবে।

বৈদ্যুতিক তাপ অপচয় হ্রাস ওয়াটস মধ্যে পরিমাপ করা হয়। শক্তিটি জোলগুলিতে পরিমাপ করা হয় এবং তাপ নিজেই ক্যালোরিতে পরিমাপ করা হয়।

আসুন আমরা একটি সাধারণ মগ জল নিয়ে যাই - 300 গ্রাম জল (প্রায় 300 সিসি, একটি সাধারণ কফি মগ) বলি এখন আমাদের বলি যে আমাদের কাছে এমন কিছু রয়েছে যা 10W তাপ অপচয়কে ছাড়িয়ে দেয়। 10 ডাব্লু সব খুব ভাল, তবে আমরা কতক্ষণ 10 ডাব্লু গণনা করব? সূত্রটি এখানে:

• $W=\frac{J}{t}$

^{যেখানে জে জোলেস এবং টি সেকেন্ডে সময় হয়}

কাজে আসে. এক ওয়াট প্রতি সেকেন্ডে একটি জোল। সুতরাং Joules = ওয়াটস × সেকেন্ড, ঠিক আছে? সুতরাং যদি আমরা 10 সেকেন্ডের জন্য 10 ডাব্লুতে তাপ করি তবে আমরা 100 জোল পাই।

এখন, ক্যালোরি হ'ল 1 ডিগ্রি সেলসিয়াস দ্বারা 1g জল উত্তপ্ত করতে প্রয়োজনীয় পরিমাণের পরিমাণ এবং এটি 4.184 জোলসের সমতুল্য।

এর অর্থ হ'ল আমাদের 100 জোলস সমান (EDIT: 23.9 ক্যালোরি [1 ক্যালোরি = 4.184 জে, সুতরাং 100 জে * 1 ক্যালোরি / 4.184 জে = 23.9 ক্যালোরি, 418.4 ক্যালোরি নয়])। আমাদের 300g জলের উপরে, এটি হবে:

• $T=\frac{23.9}{300}$

যা সমান (EDIT: 0.08 ° C [1.395 ° C] নয়) তাপমাত্রা বৃদ্ধি।

সুতরাং 10 সেকেন্ডের জন্য 10 ওয়াট শক্তি কফির মগের পানির উত্তাপকে কিছুটা নীচে বাড়িয়ে তুলবে (EDIT: ডিগ্রির দশমাংশ [দেড় ডিগ্রি নয়])।

Comments

@ যাকে এটিকে হ্রাস করা হয়েছে - আপনি কেন আমাদের তা করতে পারেন, যাতে ম্যাট তার উত্তরকে উন্নত করতে পারে?

— স্টিভেনভ

@ যাঁরা হ্যাঁ দয়া করে - এটি সম্পর্কে আপনি কী পছন্দ করেন না তা জেনে ভাল লাগবে। যদিও এটি সমস্ত প্রশ্নের 100% উত্তর দেয় না, এটি অন্যরা যে তথ্য দিয়েছে তার পিছনে গণিতটি প্রদর্শন করে।

— মাজনকো

ক্যালোরির অংশটি অতিরিক্তহীন বলে মনে হচ্ছে: অবশ্যই আপনার কেবলমাত্র জলের নির্দিষ্ট তাপ এবং মগ (জে / জিকে) এবং মগের ওজন প্রয়োজন? এছাড়াও, সম্পাদিত হিসাবে, প্রশ্নটি একটি স্থির-রাষ্ট্রীয় পরিস্থিতি নির্দিষ্ট করে, তাই আপনার একযোগে সমীকরণগুলি সমাধান করা দরকার যেমন 300W তাপ ইনপুট (মাইক্রোওয়েভ?) মগের পৃষ্ঠ থেকে প্রদাহ এবং সংবহন মাধ্যমে মোট 300W তাপ আউটপুট দ্বারা ভারসাম্যপূর্ণ? এর জন্য আপনার পরিবেষ্টনের তাপমাত্রা, মগ উপাদানের পরিবাহিতা, নিখুঁত অন্তরক এবং একটি

— idাকনা

Answer 3

থাম্বের একটি স্বজ্ঞাত এবং খুব রুক্ষ (তবে সহায়ক) নিয়ম হিসাবে, আমি বিভিন্ন আকারের প্রতিরোধকগুলিকে উল্লেখ করতে চাই। খুব সুন্দর সবাই জানেন "স্ট্যান্ডার্ড" 1/4 ডাব্লু প্রতিরোধক (ওরফে 0207)। এছাড়াও, একটি বৈদ্যুতিন ডিস্ট্রিবিউটর ক্যাটালগ দেখে (বা অব্যাহত হ্যাকিং এবং মেরামত স্টাফসের অভিজ্ঞতা সহ) আপনি বড় এবং আরও ছোট প্রতিরোধকগুলি জানতে পারবেন (1/4 ডাব্লু, 1/8 ডাব্লু, এসএমডি আকার এবং আরও বৃহত্তর শক্তি প্রতিরোধকের জন্য 2 ডাব্লু, 4 ডাব্লু, 5 ডাব্লু, 11 ডাব্লু, ...) এর জন্য।

বেশিরভাগ প্রতিরোধকগুলির নকশাটি যেভাবে তৈরি করা হয়েছে তা হ'ল আপনি তাদের রেট করা শক্তিতে at০ ডিগ্রি সেন্টিগ্রেড বা 75 ডিগ্রি সেন্টিগ্রেড তাপমাত্রায় চালনা করতে পারেন এবং এর মাধ্যমে আপনি তাদের সর্বোচ্চ অনুমোদিত তাপমাত্রা 125 ডিগ্রি সেন্টিগ্রেড বা 155 এ পৌঁছাতে পারবেন । সি (সাধারণ এবং সাধারণ মান, বিশদগুলির জন্য ডেটা শিটগুলি পরীক্ষা করুন)।

সুতরাং, আপনার বিলুপ্ত শক্তি এবং তাপমাত্রা বৃদ্ধি (125 ডিগ্রি সেলসিয়াস - 70 ডিগ্রি সেলসিয়াস = 55 ডিগ্রি সেলসিয়াস 155 ডিগ্রি সেলসিয়াস - 70 ° সেঃ = 85 ডিগ্রি সেন্টিগ্রেড) এর মধ্যে একটি সম্পর্ক রয়েছে, এবং ফিরে যেতে আপনার প্রশ্নের মূল, একটি অংশের দৈহিক আকার (ভলিউম, পৃষ্ঠের ক্ষেত্র)

এছাড়াও, আপনি হালকা বাল্বগুলি (পুরাতন-বিদ্যালয়ের ফিলামেন্ট স্টাইল) এবং অন্যান্য জিনিসগুলি ব্যবহার করতে পারেন যাগুলির আকার এবং শক্তি (ওরফে ওয়াটেজ) আপনি জানেন। 40 ডাব্লু বাল্ব উদাহরণস্বরূপ চিন্তা করুন: কক্ষ (পরিবেষ্টিত) তাপমাত্রায়, পৃষ্ঠটি এতটাই গরম হয়ে যায় যে আপনি এখনও সবে এটি স্পর্শ করতে পারেন (যা সম্ভবত 60 ডিগ্রি সেন্টিগ্রেডে অনুবাদ করে)। একটি পানির বয়লার (চায়ের পানির জন্য) 2 কিলোওয়াট ক্রমযুক্ত কিছু নিয়ে যায় এবং 1 লি পানির সাথে, এটি 20 ডিগ্রি সেন্টিগ্রেড থেকে প্রায় 100 বা এক মিনিটের মধ্যে 100 ডিগ্রি সেন্টিগ্রেডে উঠে যায় (এবং এটি বন্ধ না হলে স্ব-ধ্বংস হবে) এর তাপস্থাপক। এই ধারণাটি অন্যান্য দৈনন্দিন ডিভাইসগুলিতে প্রসারিত করুন যার মধ্যে আপনি জানেন: বিলুপ্ত শক্তি, আকার, তাপমাত্রা বৃদ্ধি।

আপনি তৈরির বিষয়ে বিবেচনা করছেন এমন কিছু সম্পর্কে আপনার যদি অনুভূতি অর্জন করতে হয় তবে অনেক ক্ষেত্রে খুব ভাল কাজ করে।

Answer 4

সম্ভবত রিয়েল-ওয়ার্ল্ড ডিভাইসগুলি কীভাবে ছড়িয়ে দেবে তার একটি তালিকা ভাল রেফারেন্স হতে পারে। স্মার্টফোন 1-2W, ল্যাপটপ 10-30W, 50 "এলসিডি টিভি 100W, ডেস্কটপ কম্পিউটার 200-500W, স্পেস হিটার 1500W।

পৃষ্ঠের অঞ্চল এবং বায়ু চলাচল (ভক্তরা) একই তাপমাত্রায় আরও বেশি পরিমাণে তাপ অপচয় হ্রাসের বিভিন্ন আদেশের অনুমতি দিতে পারে, তাই যেকোন গরমের জন্য যান্ত্রিক নকশা একটি বড় বিষয়। একটি হেয়ার ড্রায়ার একটি কফি মগের আকার সম্পর্কে, 1000W এর বেশি চলে এবং এটি ব্লোয়ারের সামনে কেবল উষ্ণ থাকে তবে আপনি যদি এটি আলাদা করে রাখেন তবে উত্তাপের কয়েলটি কাগজ জ্বলতে পারে। এমনকি 1 ডাব্লু খুব অল্প পরিমাণে আগুন লাগিয়ে আগুন জ্বালানোর পক্ষে যথেষ্ট, কোনও লেজার দ্বারা বলুন। কোনও ডেস্কটপ সিপিইউ 100W কে 1 সেমি 2 ^ এ স্থাপন করে মাদারবোর্ডে একটি গর্ত বাড়াতে পারে যদি কোনও হিটসিংক না দিয়ে চলতে থাকে তবে সঠিকভাবে ঠান্ডা করলে কেবল হিটসিংক গরম হবে এবং কেস গরম হবে।

যদি আপনার প্রকল্পটি 0.1W এর নীচে চলে তবে আপনার সম্ভবত তাপ সম্পর্কে চিন্তা করার দরকার নেই। 1 ডাব্লুতে সার্কিট বোর্ডের ধাতুটি তাপকে শীতল করার জন্য পর্যাপ্ত পরিমাণে তাপ ছড়িয়ে দিতে পারে। 10W এ আপনার সম্ভবত একটি শালীন আকারের হিটসিংক (যা হতে পারে) এবং / অথবা কোনও ফ্যানের প্রয়োজন হবে। 100W এ আপনার সম্ভবত একটি ফ্যানের প্রয়োজন হবে। 1000W এর উপরে আপনি কার্যকরভাবে একটি স্পেস হিটার তৈরি করেছেন এবং এটি জিনিসগুলি পোড়ায় কিনা তা নির্ভর করে আপনি আশেপাশের বাতাসে তাপ কতটা দ্রুত স্থানান্তর করতে পারবেন তার উপর নির্ভর করবে। 5000W এর উপরে আপনার ঘরটি খুব গরম থেকে রক্ষা পেতে বাইরে বাইরে তাপ চালাতে হবে।

বেশিরভাগ লোকের বাড়িতে এমন কিছু নেই যা কয়েক হাজার ওয়াটের উপর দিয়ে যায়, সর্বোচ্চ একক বোঝা সম্ভবত কাপড়ের ড্রায়ার। মনে রাখবেন যে 1 ডাব্লু সমস্ত সময় চালাতে প্রায় $ 1 / বছরে ব্যয় করে, তাই কয়েকশ ওয়াটের বেশি কিছু মালিকানা ব্যয়বহুল হয়ে উঠবে যদি না এটি কেবল মাঝে মাঝে ব্যবহার করা হয়।

Answer 5

আপনি উপাদানকে যথাযথভাবে একটি ফ্যাক্টর হিসাবে উল্লেখ করেছেন। প্রতিটি উপাদানের একটি নির্দিষ্ট তাপ থাকে যা আপনাকে 1g নমুনায় 1K তাপমাত্রা বৃদ্ধির জন্য তাপ আকারে কতটা শক্তি যোগ করতে হবে তা বলে দেয়। উদাহরণস্বরূপ, ১.৪ ডিগ্রি সেলসিয়াস থেকে ১g.৫ ডিগ্রি সেলসিয়াস থেকে ১৫.৫ ডিগ্রি সেন্টিগ্রেড তাপ গরম করার জন্য আপনার 4.186 জে প্রয়োজন (এটি 1 ক্যালরির পুরানো ইউনিটের সংজ্ঞা)।
এই উত্তাপের প্রবাহ সম্পর্কে কথা বলার সময় আপনি তাপ প্রতিরোধের বিষয়ে আগ্রহী (ঠিক যেমন আপনি বৈদ্যুতিক বর্তমান জানতে বৈদ্যুতিক প্রতিরোধের জানতে চান) know কে / ডাব্লুতে (তাপ প্রতি প্রতি কেলভিন) তাপীয় প্রতিরোধের প্রকাশিত হয় এবং আপনাকে বলে যে তাপ একটি নির্দিষ্ট হারে (প্রবাহের সময় = শক্তি) প্রবাহিত হলে আপনি দুটি পয়েন্টের মধ্যে তাপমাত্রায় কতটা পার্থক্য পান। আপনি যখন কোনও পাওয়ার উপাদানটির ডেটাশিটটি পড়েন আপনি মরা এবং আবাসনের মধ্যে এবং আবাসন থেকে পরিবেষ্টনের দিকে তাপীয় প্রতিরোধের দেখতে পাবেন।

সম্পাদনা (আপনার সম্পাদনা সম্পর্কিত)
একটি ভারসাম্যপূর্ণ রাষ্ট্রের জন্য একই কারণগুলি খেলতে পারে: নির্দিষ্ট তাপটি মরা তাপমাত্রা এবং তাপকে প্রতিরোধের সিরিজটি নির্ধারণ করে যে কতটা তাপ পরিবেশে ফেলে দেওয়া যেতে পারে। ভারসাম্যহীনতার অর্থ হল যে আপনি যে শক্তিটি বিলুপ্ত করবেন তার সমান সমান।

Answer 6

"কিছুটা থাম্ব-অফ-থাম্ব থাকলে ভাল লাগবে" এর প্রতিক্রিয়াতে ..

• যদি আপনি এটিতে নিজের থাম্বটি ধরে রাখতে না পারেন তবে এটি খুব উত্তপ্ত। এটিতে এটির জন্য একটি তাপ সিঙ্কের প্রয়োজন হবে।
• আমি দেখতে পেয়েছি যে ৪০-পিনের ডিআইপিতে 2W এরও বেশি দ্রবীভূত কোনও পৃষ্ঠকে স্পর্শ করার জন্য খুব উত্তপ্ত করে তোলে।
• এমনকি 1W কেবল একটি টো -220 ডাব্লু / ওএ হিট সিঙ্কে অনেক কিছু

আপনি সম্ভবত আজকাল খুব বেশি 40 টি পিন ডিআইপি প্যাকেজগুলির মুখোমুখি হবেন না এবং যদি আপনি এটি করেন তবে সন্দেহ হয় যে তারা 2W এর মতোই বিলুপ্ত করবে। আমি এটি উল্লেখ করি যদিও এটি স্কেলের একটি সহজ ধারণা উপলব্ধ করে।

টো -220 প্যাকেজটি এখনও শক্তিশালী চলছে, এবং এটি মূলত তাপ ডুবে ব্যবহার করার জন্য তৈরি করা হয়েছে । ধাতব ট্যাবটি কোনও কারণে রয়েছে, সুতরাং যখন কোনও অ্যালুমিনিয়াম সিঙ্ক এবং যোগাযোগের তাপীয় গ্রীস একটি ডাব এত সস্তা এবং সহজ হয় তখন এই হটগুলির মধ্যে একটি চালানোর খুব কমই দরকার।

Comments

.. এবং কোনও গণিত প্রয়োগ না করার জন্য কেউ আমাকে কড়া নাড়ানোর সিদ্ধান্ত নেওয়ার আগে ওপি বলেছিল "মডেলিং বা প্রকৃত ডিভাইসটি তৈরি না করে আপনার প্রকল্পটি কতটা গরম হবে তা অনুমান করার জন্য আপনার কয়েকটি পদ্ধতির কী আছে?" কিন্তু, এখানে কোন গাণিতিক মডেল নেই।

— জাস্টজেফ

আপনাকে ডেকে তোলার পরিবর্তে, আমি আপনাকে 1-আপ করছি। এটি গণিতটি জানা ভাল, তবে থাম্ব এবং অন্ত্রে (বা আঙুলের) অনুভূতির কিছু নিয়ম ছাড়াই প্রচুর ইঞ্জিনিয়ারিং ভাল যাবে না।

— zebonaut

তাপ-ডুবে না থাকলে 1W একটি টু -220 এ অনেক কিছু। যদি উত্তাপ-ডুবে থাকে তবে এটি খুব বেশি কিছু নয়।

— জেসন এস

@ জেসন এস - এটিকে পরিষ্কারভাবে যথেষ্ট ব্যাখ্যা করেননি, আমার ধারণা। আমি নির্দেশ করার চেষ্টা করছিলাম যে আমি 1W টু -220 2W 40pin ডিআইপি হিসাবে উত্তপ্ত হিসাবে বিবেচনা করব (এবং এখন আমি এটি সম্পর্কে আরও চিন্তা করি, এমনকি একটি টু -220 এ 1 / 2W কিছুটা হলেও হতে পারে)

— জাস্টজেফ

@ জাস্টজেফ: আমরা কি একই প্যাকেজের কথা বলছি? যেমনটি রয়েছে, একটি TO-220 এ আইআরএফ 640 এন? ( irf.com/pr Prodct- info/datasheets/data/ irf640npbf.pdf ) আরজেসি + আরসিএস 1.5 ডিগ্রি / ডাব্লু। এমনকি 10 ডাব্লু পর্যন্ত, এটি হিটেঙ্কের উপরে মাত্র 15 ডিগ্রি বৃদ্ধি পেয়েছে। আপনি ডিআইপি থেকে এই জাতীয় তাপ বের করতে পারবেন না তবে আপনি কোনও টু -220 ব্যবহারের কারণে এটি ধাতব ট্যাব পেয়েছেন। আমি সম্মতি দিচ্ছি যে হিটসিংক ছাড়াই একটি টো -২২০ বেশি তাপ ছড়িয়ে দিতে পারে না (আইআরএফ 40৪০ এন ডাটাশিট 62 ডিগ্রি / ডাব্লু) অনুমান করে তবে টু -220 বিদ্যুৎ ইলেক্ট্রনিক্সের জন্য সর্বদা ব্যবহৃত হয়।

— জেসন এস