Serwisy partnerskie:
Close icon
Serwisy partnerskie

Radiator i wentylator - czym są i jak działają?

Radiator oraz wentylator to podstawowe przyrządy służące do chłodzenia podzespołów elektronicznych. Czasem używa się ich razem, a czasem oddzielnie - kiedy i w jakich okolicznościach jest to wskazane? Zapraszam do lektury!
Article Image
1. Repetytorium użytkowej elektroniki 2. Repetytorium użytkowej elektroniki - Oświetlenie LED pod szafkami 3. Repetytorium użytkowej elektroniki - Oświetlenie do piwnicy 4. Repetytorium użytkowej elektroniki - Sygnalizator zalania 5. Repetytorium użytkowej elektroniki - Zasilacz do układu audio 6. Repetytorium użytkowej elektroniki - Zasilacz warsztatowy 7. Jaką wkrętarkę wybrać? Na co zwrócić uwagę przy zakupie? 8. Rodzaje tranzystorów bipolarnych i unipolarnych 9. Jak podłączyć taśmy LED 10. Inteligentny dom - wszystko co powinieneś wiedzieć o systemach SMART HOME 11. Jak podłączyć prostownik do akumulatora (ładowanie) 12. Drukarki 3D - budowa i zasada działania 13. Jak prawidłowo zarobić kabel antenowy? 14. Jaki czujnik czadu wybrać i gdzie najlepiej zamontować? 15. Programowanie mikrokontrolerów - o czym należy wiedzieć na początek? 16. Oscyloskop cyfrowy - jaki wybrać? 17. Co to jest barometr i jak działa? 18. Jaki wykrywacz metali kupić? Na co zwracać uwagę przy wyborze? 19. Jak działa sieć 5G i jakie daje możliwości? 20. Diody LED - napięcie diod o różnych kolorach 21. Jaki kompresor samochodowy kupić? 22. Czujniki parkowania - jakie wybrać? 23. Jak ustawić antenę do odbioru naziemnej TV DVB-T? 24. Co to jest rezystor (opornik) i jak działa? 25. Jakie są typy i rodzaje bezpieczników? 26. Co to jest układ scalony i jak działa? 27. Jak zmierzyć napięcie akumulatora miernikiem? 28. Jak zarobić kabel sieciowy RJ-45? 29. Lutowanie - jak lutować kable poprawnie? 30. Arduino - co to jest i jak zacząć? 31. Raspberry pi - co to jest, do czego służy, jak zacząć? 32. Do czego służą kondensatory - zasada działania 33. Co to jest bezpiecznik i jak działa? 34. Jak dobrać i wymienić bezpiecznik? 35. Rodzaje kondensatorów, ich oznaczenia i budowa 36. Kalafonia - co to jest? do czego służy? jak używać? 37. Przewodniki prądu - co przewodzi prąd, a co nie? 38. Jaka latarka czołowa sprawdzi się najlepiej? 39. Jak działa płytka stykowa (prototypowa)? 40. Jakie ogniwa 18650 wybrać i gdzie kupić akumulatorki? 41. Jaki powerbank wybrać? Czym kierować się przy kupnie? 42. Raspberry Pi czy Arduino? Co wybrać? 43. Pierwsze Prawo Kirchhoffa - przepływ prądu w obwodzie elektrycznym 44. Rezonator kwarcowy - schemat, oznaczenia i zastosowanie 45. Drugie Prawo Kirchhoffa - bilans spadku napięć w zamkniętym obwodzie elektrycznym 46. Do czego służy przedwzmacniacz? 47. Wzmacniacze audio - schematy i działanie 48. Co to jest kinematyka? Wzory kinematyki 49. Jaka ładowarka samochodowa będzie najlepsza? 50. Woltomierz - jak podłączyć i do czego służy? 51. Zasilacz laboratoryjny - jaki wybrać, do czego służy i jak użytkować? 52. Jaki magnes neodymowy kupić? 53. Jaki dron wybrać na początek, na co zwrócić uwagę przy kupnie? 54. Jaki filament wybrać - rodzaje filamentów do drukarek 3d 55. Co to jest termistor - zasada działania, jak dobierać? 56. Lokalizator GPS do samochodu - gdzie i jak zamontować? 57. Transmiter samochodowy - jak działa? 58. Jak działa ładowarka indukcyjna i jak nią ładować? 59. Jaki oczyszczacz powietrza wybrać? 60. Silniki prądu stałego - budowa, zastosowanie i zasada działania 61. Co to jest triak - jak go sprawdzić i jak działa? 62. Co to jest tranzystor MOSFET - jak działa, jak sprawdzać? 63. Izopropanol - do czego służy i gdzie kupić? 64. Co to jest tranzystor, jak działa i za co odpowiada? 65. Co to jest Transformator i jak działa? 66. Potencjometr obrotowy - schemat, podłączenie i zasada działania 67. Fotorezystor - charakterystyka, zastosowanie i zasada działania 68. Jak dobrać rezystor do diody? 69. Co to jest Tyrystor i do czego służy? 70. Jakie kable rozruchowe wybrać do samochodu? 71. Jaki miernik grubości lakieru kupić? 72. Pomiar jakości powietrza - jak sprawdzić jakość powietrza w domu i na zewnątrz? 73. Języki programowania sterowników PLC 74. Czym jest napięcie i natężenie prądu? 75. Reguła prawej dłoni, czyli ruch przewodnika w polu magnetycznym 76. Co to jest Bluetooth i jak działa? 77. Co to jest silnik krokowy - zasada działania i przeznaczenie 78. Jaką stację pogodową wybrać? Odpowiadamy czym kierować się przy kupnie 79. Jak działa przekaźnik? 80. Sterowniki PLC co to jest? Jakie jest ich zastosowanie i budowa? 81. Radiator i wentylator - czym są i jak działają? 82. Antena samochodowa - jaką wybrać? 83. Podłączenie czujnika ruchu 84. Czujnik ruchu - zasada działania 85. Wszelakie zastosowanie druku 3D - ogromny potencjał 86. Jaką drukarkę 3D kupić? - na co zwracać uwagę przy wyborze 87. Czyszczenie elektroniki - czym czyścić sprzęt elektroniczny? 88. Wytrawianie płytek drukowanych (PCB) - wszystko co powinieneś wiedzieć! 89. Jak sprawdzić tyrystor - opis jego działania 90. Transoptory - zastosowanie i zasada działania 91. Jak działa stabilizator napięcia i do czego służy? 92. Jak wymienić bezpiecznik w samochodzie? 93. Rodzaje regulatorów napięcia 94. Dioda prostownicza - charakterystyka, oznaczenia, budowa 95. Jaki wzmacniacz dźwięku wybrać? 96. Bramki logiczne - symbole i zastosowanie 97. Jakie przewody (kable) do głośników dobrać? 98. Do czego służy myjka ultradźwiękowa oraz zasada działania. Czego nie można myć? 99. Oscyloskop - co to jest i do czego służy?
Rozwiń cały spis treści Zwiń spis treści

Co, kiedy i po co chłodzimy?

Podzespoły elektroniczne w trakcie swojej pracy wydzielają ciepło. Zarówno rezystory, jak i tranzystory, diody czy układy scalone - nieodłączną częścią “życia zawodowego” wszystkich podzespołów jest produkcja ciepła. Niektóre wytwarzają go więcej, inne mniej - często niezauważalnie mało - ale generalnie, każdy element to robi.

Co daje nam ciepło? Wzrost temperatury takiego elementu. Grzeje się jego struktura, w której ono powstaje, a potem, poprzez obudowę, wydostaje się na zewnątrz i jest wypromieniowywane. Im więcej ciepła dany element wydziela w swym wnętrzu, tym więcej trzeba go odprowadzić, aby nie doszło do przegrzania.

Można to przyrównać do gotowania wody w garnku. Palnik dostarcza ciepło do garnka, a ten z kolei do wody. Wrząca woda odprowadza (poprzez parowanie) nadmiar tego ciepła. Jeżeli woda wyparuje, a palnik będzie nadal działał, garnek rozgrzeje się i spali. Elementy elektroniczne nie są chłodzone wodą, którą trzeba doprowadzić do wrzenia, lecz mechanizm jest taki sam. 

Zgubne skutki przegrzania

Zbyt duża ilość ciepła, które nie zostanie w porę odprowadzone, spowoduje nadmierny wzrost temperatury. Jeżeli podzespół ma wbudowane zabezpieczenia, to ochroni się przed tym - jeżeli nie, cóż… poczujemy nieprzyjemny zapach palonego tworzywa sztucznego, a urządzenie będzie wymagało naprawy.

O tym, co trzeba chłodzić i kiedy, decyduje konstruktor danego urządzenia. Jego rolą jest obliczenie (lub chociaż oszacowanie) ilości ciepła, jakie powstanie w danym podzespole i przedsięwzięcie odpowiednich środków zaradczych.

W jaki sposób chłodzimy?

Zdecydowana większość elementów elektronicznych ma zapewnione wystarczające chłodzenie dwiema metodami:

  • przez promieniowanie podczerwone (IR)
  • przez naturalne ruchy konwekcyjne powietrza

Każdy obiekt, który ma temperaturę wyższą od zera bezwzględnego (0K = -273℃) emituje promieniowanie o długości fali zależnej od temperatury. Zazwyczaj jest to zakres podczerwieni. W ten sposób zachodzi chłodzenie podzespołów znajdujących się w próżni, na przykład w przestrzeni kosmicznej.

Ruchy konwekcyjne powietrza polegają na przepływie cząsteczek wokół nagrzanego obiektu. Ich temperatura wówczas rośnie i unoszą się do góry, a na ich miejsce napływają następne. Dlatego układ elektroniczny, który zostanie szczelnie zapakowany w hermetyczną obudowę, ma utrudnione chłodzenie.

Obudowy elementów są tak wykonane, aby większość z nich chłodziła się w wystarczającym stopniu bez dodatkowego osprzętu. Ale nie zawsze jest to możliwe - niektóre elementy wydzielają zdecydowanie większe ilości ciepła i nic na to nie poradzimy. Trzeba je odprowadzić do otoczenia i rozproszyć.

Radiator

Podstawowym narzędziem w walce z nadmiarem ciepła jest radiator. To metalowy przedmiot, który przykręca się do chłodzonego obiektu. Dzięki licznym żeberkom, zwiększa powierzchnię oddawania ciepła, co umożliwia zarówno efektywniejsze promieniowanie energii, jak i przepływ większych mas powietrza.

Radiatory są zazwyczaj wykonane z aluminium, rzadziej z miedzi (z uwagi na koszty) - generalnie, musi to być metal dobrze przewodzący ciepło. Niekiedy ich powierzchnia jest czerniona, aby jeszcze bardziej usprawnić oddawanie ciepła przez promieniowanie.

Elementy przystosowane do chłodzenia muszą zostać trwale przymocowane do radiatora. Im lepszy będzie kontakt między elementem a powierzchnią radiatora, tym sprawniej będzie zachodził przepływ ciepła - a o to nam chodzi.

Aby poprawić przepływ ciepła między elementem a radiatorem, stosuje się różnorakie metody. Najpopularniejsza to posmarowanie stykających się powierzchni bardzo cienką warstwą silikonowej pasty termoprzewodzącej. Wypełnia mikroskopijne pory w metalowych płaszczyznach.

Radiatory mają różne kształty i rozmiary. Im większy radiator, w uproszczeniu, tym więcej ciepła może oddać. Tę zdolność nazywa się mianem rezystancji termicznej i podaje w kelwinach na wat [K/W] lub stopniach Celsjusza na wat [℃/W]. Im mniejsza rezystancja termiczna, tym lepiej - wypromieniowanie określonej mocy spowoduje mniej odczuwalne podniesienie temperatury radiatora.

Przykład obliczeniowy

Jako przykład porównam dwa radiatory. Pierwszy z nich jest niewielki i służy do schładzania pojedynczego elementu w standardowej obudowie TO220 lub podobnej.

Radiator D01PA 13,2×19 mm, h=6,2 mm, czerniony, pin
Zobacz w sklepie avt

Jego rezystancja termiczna wynosi 21 K/W. Mówiąc inaczej: przykręcenie do niego elementu, na którym wydziela się moc 1 W, spowoduje podniesienie jego temperatury o 21K lub o 21℃. Łatwo policzyć, że w temperaturze pokojowej (około 20℃) wystarczy moc rzędu 2 W, aby taki radiator zaczął parzyć:

20℃ + 2W * 21℃/W = 62℃

Teraz inny radiator, nieco większy. Można do niego przykręcić więcej niż jeden podzespół.

Radiator 42×25, długość 51 mm SK129 (TO220, SOT32, TO3P)
Zobacz w sklepie avt

Rezystancja termiczna tego radiatora jest niższa i wynosi już tylko 5,3K/W. Przyjmując te same dane, co w poprzednim przykładzie, uzyskamy temperaturę radiatora:

20℃ + 2W * 5,3℃/W = 30,6℃

Czyli zamiast parzyć palce, taki radiator będzie jedynie przyjemnie ciepły. Niestety, będzie również większy i droższy - coś za coś. 

Radiator może działać poprawnie tylko wtedy, gdy wokół niego swobodnie przepływa powietrze. Wymagane jest zatem wystawienie go z tyłu obudowy lub zrobienie w niej licznych otworów wentylacyjnych, które nie będą niczym przesłonięte.

Jeżeli to nie jest możliwe, trzeba sięgnąć po…

Wentylator

To przyrząd wspomagający przepływ powietrza wokół żeberek radiatora. Dokładniej: wymuszający ten przepływ. Dlatego taki rodzaj chłodzenia (radiator + wentylator) nazywa się aktywnym, a sam radiator - chłodzeniem pasywnym.

Sam wentylator, bez radiatora na niewiele się zda. Elementy elektroniczne są na tyle małe, że umieszczenie ich w strudze zimnego powietrza niewiele zmieni. Trzeba najpierw zwiększyć powierzchnię oddawania ciepła, a najprościej to uczynić przez dokręcenie radiatora.

Rezystancja termiczna zestawu radiator + wentylator jest niższa niż samego radiatora. Jak niska - to ciężko oszacować. Niektórzy producenci gotowych zestawów chłodzenia aktywnego podają w notach katalogowych swoich wyrobów wypadkową rezystancję termiczną. 

Dlatego, jeżeli sięgamy po wentylator, możemy pozwolić sobie na użycie radiatora o mniejszych gabarytach.  Przykładem są popularne zasilacze komputerowe ATX z chłodzeniem wymuszonym - radiatory w nich są na ogół tak małe, że bez wentylatora taki układ spaliłby się w okamgnieniu. Jedynie ciągła praca wentylatora utrzymuje temperaturę podzespołów w granicach normy.

Wydajność wentylatora określa się w metrach sześciennych na godzinę [m3/h]. Im wyższa, tym więcej powietrza tłoczy, więc skuteczniej chłodzi radiator. Niestety, wiąże się to zazwyczaj z większymi gabarytami, wyższą ceną oraz zwiększonym poziomem hałasu wytwarzanego przez taki osprzęt. 

Dlatego wentylatory stosuje się zazwyczaj tam, gdzie nie ma innej możliwości. Jeżeli to tylko jest wykonalne i opłacalne, lepiej postawić na chłodzenie pasywne, które jest bezawaryjne (kawałek metalu nie ma prawa się popsuć, co najwyżej może się pokryć kurzem) i nie wydziela hałasu.

1. Repetytorium użytkowej elektroniki 2. Repetytorium użytkowej elektroniki - Oświetlenie LED pod szafkami 3. Repetytorium użytkowej elektroniki - Oświetlenie do piwnicy 4. Repetytorium użytkowej elektroniki - Sygnalizator zalania 5. Repetytorium użytkowej elektroniki - Zasilacz do układu audio 6. Repetytorium użytkowej elektroniki - Zasilacz warsztatowy 7. Jaką wkrętarkę wybrać? Na co zwrócić uwagę przy zakupie? 8. Rodzaje tranzystorów bipolarnych i unipolarnych 9. Jak podłączyć taśmy LED 10. Inteligentny dom - wszystko co powinieneś wiedzieć o systemach SMART HOME 11. Jak podłączyć prostownik do akumulatora (ładowanie) 12. Drukarki 3D - budowa i zasada działania 13. Jak prawidłowo zarobić kabel antenowy? 14. Jaki czujnik czadu wybrać i gdzie najlepiej zamontować? 15. Programowanie mikrokontrolerów - o czym należy wiedzieć na początek? 16. Oscyloskop cyfrowy - jaki wybrać? 17. Co to jest barometr i jak działa? 18. Jaki wykrywacz metali kupić? Na co zwracać uwagę przy wyborze? 19. Jak działa sieć 5G i jakie daje możliwości? 20. Diody LED - napięcie diod o różnych kolorach 21. Jaki kompresor samochodowy kupić? 22. Czujniki parkowania - jakie wybrać? 23. Jak ustawić antenę do odbioru naziemnej TV DVB-T? 24. Co to jest rezystor (opornik) i jak działa? 25. Jakie są typy i rodzaje bezpieczników? 26. Co to jest układ scalony i jak działa? 27. Jak zmierzyć napięcie akumulatora miernikiem? 28. Jak zarobić kabel sieciowy RJ-45? 29. Lutowanie - jak lutować kable poprawnie? 30. Arduino - co to jest i jak zacząć? 31. Raspberry pi - co to jest, do czego służy, jak zacząć? 32. Do czego służą kondensatory - zasada działania 33. Co to jest bezpiecznik i jak działa? 34. Jak dobrać i wymienić bezpiecznik? 35. Rodzaje kondensatorów, ich oznaczenia i budowa 36. Kalafonia - co to jest? do czego służy? jak używać? 37. Przewodniki prądu - co przewodzi prąd, a co nie? 38. Jaka latarka czołowa sprawdzi się najlepiej? 39. Jak działa płytka stykowa (prototypowa)? 40. Jakie ogniwa 18650 wybrać i gdzie kupić akumulatorki? 41. Jaki powerbank wybrać? Czym kierować się przy kupnie? 42. Raspberry Pi czy Arduino? Co wybrać? 43. Pierwsze Prawo Kirchhoffa - przepływ prądu w obwodzie elektrycznym 44. Rezonator kwarcowy - schemat, oznaczenia i zastosowanie 45. Drugie Prawo Kirchhoffa - bilans spadku napięć w zamkniętym obwodzie elektrycznym 46. Do czego służy przedwzmacniacz? 47. Wzmacniacze audio - schematy i działanie 48. Co to jest kinematyka? Wzory kinematyki 49. Jaka ładowarka samochodowa będzie najlepsza? 50. Woltomierz - jak podłączyć i do czego służy? 51. Zasilacz laboratoryjny - jaki wybrać, do czego służy i jak użytkować? 52. Jaki magnes neodymowy kupić? 53. Jaki dron wybrać na początek, na co zwrócić uwagę przy kupnie? 54. Jaki filament wybrać - rodzaje filamentów do drukarek 3d 55. Co to jest termistor - zasada działania, jak dobierać? 56. Lokalizator GPS do samochodu - gdzie i jak zamontować? 57. Transmiter samochodowy - jak działa? 58. Jak działa ładowarka indukcyjna i jak nią ładować? 59. Jaki oczyszczacz powietrza wybrać? 60. Silniki prądu stałego - budowa, zastosowanie i zasada działania 61. Co to jest triak - jak go sprawdzić i jak działa? 62. Co to jest tranzystor MOSFET - jak działa, jak sprawdzać? 63. Izopropanol - do czego służy i gdzie kupić? 64. Co to jest tranzystor, jak działa i za co odpowiada? 65. Co to jest Transformator i jak działa? 66. Potencjometr obrotowy - schemat, podłączenie i zasada działania 67. Fotorezystor - charakterystyka, zastosowanie i zasada działania 68. Jak dobrać rezystor do diody? 69. Co to jest Tyrystor i do czego służy? 70. Jakie kable rozruchowe wybrać do samochodu? 71. Jaki miernik grubości lakieru kupić? 72. Pomiar jakości powietrza - jak sprawdzić jakość powietrza w domu i na zewnątrz? 73. Języki programowania sterowników PLC 74. Czym jest napięcie i natężenie prądu? 75. Reguła prawej dłoni, czyli ruch przewodnika w polu magnetycznym 76. Co to jest Bluetooth i jak działa? 77. Co to jest silnik krokowy - zasada działania i przeznaczenie 78. Jaką stację pogodową wybrać? Odpowiadamy czym kierować się przy kupnie 79. Jak działa przekaźnik? 80. Sterowniki PLC co to jest? Jakie jest ich zastosowanie i budowa? 81. Radiator i wentylator - czym są i jak działają? 82. Antena samochodowa - jaką wybrać? 83. Podłączenie czujnika ruchu 84. Czujnik ruchu - zasada działania 85. Wszelakie zastosowanie druku 3D - ogromny potencjał 86. Jaką drukarkę 3D kupić? - na co zwracać uwagę przy wyborze 87. Czyszczenie elektroniki - czym czyścić sprzęt elektroniczny? 88. Wytrawianie płytek drukowanych (PCB) - wszystko co powinieneś wiedzieć! 89. Jak sprawdzić tyrystor - opis jego działania 90. Transoptory - zastosowanie i zasada działania 91. Jak działa stabilizator napięcia i do czego służy? 92. Jak wymienić bezpiecznik w samochodzie? 93. Rodzaje regulatorów napięcia 94. Dioda prostownicza - charakterystyka, oznaczenia, budowa 95. Jaki wzmacniacz dźwięku wybrać? 96. Bramki logiczne - symbole i zastosowanie 97. Jakie przewody (kable) do głośników dobrać? 98. Do czego służy myjka ultradźwiękowa oraz zasada działania. Czego nie można myć? 99. Oscyloskop - co to jest i do czego służy?
Rozwiń cały spis treści Zwiń spis treści
Firma:
Tematyka materiału: chłodzenie, radiator, wentylator
AUTOR
Udostępnij
Oceń najnowsze wydanie EdW
Wypełnij ankietę i odbierz prezent
Kursy kategorie
AI-Sztuczna Inteligencja
Aparatura
Arduino Audio Automatyka
CNC
DIY
Druk 3d
Elektromechanika Fotowoltaika
FPGA-CPLD-SPLD
GPS
IC-układy scalone
Interfejsy
IoT
Książki
Lasery
LED/LCD/OLED
Mechatronika
Mikrokontrolery (MCV,μC)
Moc
Moduły
Narzędzia
Optoelektronika
PCB/Montaż
Podstawy elektroniki
Podzespoły bierne
Półprzewodniki
Pomiary i testy Projektowanie Raspberry Pi
Retro
Komunikacja, RF
Robotyka
SBC-SIP-SoC-CoM
Sensory
Silniki i serwo Software
Sterowanie
Transformatory
Tranzystory
Wyświetlacze
Wzmacniacze
Zasilanie
UK Logo
Elektronika dla Wszystkich
Zapisując się na nasz newsletter możesz otrzymać GRATIS
najnowsze e-wydanie magazynu "Elektronika dla Wszystkich"