![[personal profile]](https://www.dreamwidth.org/img/silk/identity/user.png){kind=small}
zepeteИсследуя зависимость температуры жала паяльника от мощности пришел к выводу, что тепловой закон Ома (замкнутой цепи), который на самом деле закон Фурье, ложный.
Статья про тепловой закон Ома.
https://electrum-av.com/ru/raschjot-polnogo-teplovogo-soprotivleniya?newsblog_path=5.html
T = P х R, где T - температура, P - тепловая мощность, R - тепловое сопротивление.
Ложный он от того, что тепловое сопротивление предмета осуществляющего теплообмен с окружающим воздушным и безвоздушным пространством нелинейно. Его тепловое сопротивление убывает пропорционально температуре в степени достигающей трех. Поэтому в формуле теплового сопротивления R - это не простой резистор, а помесь варистора с термистором, ибо в ней температура выполняет роль напряжения.
Тепловой закон Ома применим только для твердых тел отдающих тепло твердым телам или с активным охлаждением.
Пассивное охлаждение любого горячего предмета происходит за счет излучения теплового и Конвективных потоков воздуха вызванных разностью температуры.
Тепловое излучение пропорционально 4 степени температуры отсчитываемой от абсолютного нуля (T*T*T*T~P), это закон Стефана-Больцмана из учебника физики. Абсолютный ноль - это минус 273°.
Из этого следует, что тепловое сопротивление радиатора обратно пропорционально третей степени абсолютной температуры.
Радиаторы, то есть приборы предназначенные для передачи своего тепла окружающей среде при помощи теплового излучения, являются наиболее простыми. Лучи света распространяются по прямой, поэтому радиаторы, то есть приборы предназначенные для передачи своего тепла окружающей среде при помощи лучей, являются наиболее простыми. Это просто гладкие пластины или пластина с иголками, желательно черного цвета. Пластина с иголками - это модель леса, который тоже можно представить как уловитель солнечных лучей.
Конвективный поток воздуха - это тяга трубы. Почему возникает тяга трубы почему-то плохо понимают даже физики.
Пример ложного объяснения популярного в интернетах физика, который только запутывает людей знающих физику, ибо сначала высказывает ложный постулат о постоянстве скорости воды в вертикальной трубке, на которую действует только сила тяжести и силами сопротивления он пренебрегает, что вводит в ступор сразу, ибо делается непонятным почему вода начинает течь, когда он пробку/крышку убрал в своем опыте.
Когда он переходит к воздуху, то давление в трубе делает равным атмосферному только у верхнего края трубы, что тоже ложно, ибо нижний срез трубы ничем не отличается от верхнего в плане равенства давлений атмосферному. Чем тоже вводит в ступор, ибо если приравнять давления с нижнего края трубы, то тяга в трубе должна стать обратной. Из этого всего я делаю вывод что этот лысый учитель физики сам не понимает физику, а только манипулирует формулами мудреными. Его очкастый оппонент обычно ловит лысого учителя на ошибках, но свое альтернативное объяснение не дает.
Все на самом деле деле намного проще и понятнее.
Причиной тяги в трубе является сила Архимеда. В пространстве ограниченном стенками трубы находится горячий воздух, то есть воздух плотность которого ниже плотности воздуха за трубой. На этот воздух действует сила Архимеда выталкивающая его вверх. На место вытолкнутого силой Архимеда воздуха засасывается холодный воздух. Эта сила равна Δρ*g*V, - где Δρ - разница плотности газа внутри трубы и снаружи, g - ускорение свободного падения, V - объем трубы. В соответствии с законом Менделеева-Клапейрона Δρ, то есть разность плотностей газа, пропорциональна разницам температур. Объем трубы - это площадь прохода трубы умноженное на ее высоту. Из этого всего следует, что давление тяги трубы будет пропорционально высоте трубы и разнице температуры воздуха в трубе и снаружи.
С другой стороны сила сопротивления движению воздуха пропорциональна квадрату скорости воздуха, поэтому при установившейся скорости воздуха в трубе, когда сила сопротивления уравняет силу тяги трубы, скорость воздуха в трубе будет пропорциональна корню квадратному разницы температур.
Скорость движения воздуха можно представить как увеличение поверхности воздуха, контактирующего с охладителем. Теплопроводность воздуха тоже пропорциональна корню квадратному от (абсолютной) температуры воздуха.
После перемножений корней квадратных температуры, то есть зависимости скорости воздуха и ее теплопроводности в трубе от температуры, получается, что теплопроводность конвектора пропорциональна температуре. Тепловое сопротивление, являющееся обратной величиной теплопроводности, соответственно обратно пропорционально температуре. Под конвектором понимаю устройство предназначенное для конвективного теплообмена.
Конвекторы устроены сложнее радиаторов, ибо они представляют собой рядом стоящие трубы. Если это просто длинные ребра вдоль поверхности, то они должны быть закрытыми кожухом, что бы образовывать трубы внутри.
Применять конвекторы сложнее радиаторов, ибо их тепловое сопротивление зависит от положения в пространстве. Наименьшее тепловое сопротивление конвектора - это когда "трубы" расположены вертикально.
Соответственно располагать в пространстве можно только двумя правильными способами.
Теперь два заблуждения распространенных в интернете.
1. Тепловое излучение важно только при температурах выше 100 градусов. Это не так, ибо производят радиаторы водяного нагревания помещения, располагаемые на потолке. Они являются просто металлическими пластинами по середине которых проходит труба с водой. Смотри сайт ООО "Строительные Новейшие Энергосберегающие технологии" производящего водяные радиаторы, там есть фотографии потолочных радиаторов отопления.
http://waterinpanel.com/index/contacts/0-8
2. Конвектор надо нагревать снизу. На самом деле греть надо посередине, то есть таким образом, что бы максимально прогреть воздух в "трубах". Нагревать надо снизу только в случае разделения охладителя на два связанных узла: теплообменника и трубы создающей тягу. Хотя даже в этом случае охлаждаемую деталь на ребристом теплообменнике надо помещать по середине, то сам теплообменник надо помещать под трубой. Электрические нагреватели воздуха в комнате обычно содержат отдельный теплообменник и трубу над ним. Только понять, что в нем есть труба создающая тягу можно только по подсказке.
https://www.mosng.ru/articles/printsip-raboty-konvektora/?srsltid=AfmBOoqfbOYi4KT_kFyUjAhLFS3gnZQavUTGEbtd8hIh_C4oVqJUv3Sl
Водяные конвекторы более замысловаты, в них отдельной трубы нет, но и обнаружить трубы тоже сложно, ибо они имеют замыловатую форму и скрыты от глаз.
Из моего предыдущего текста возникает вопрос о возникновении теплового закона Ома, ибо если он неверен, то почему его используют на практике.
Ответ на него прост. Про тепловой закон Ома пишут люди знакомые с законом Ома, то есть использующие его для создания охлаждения полупроводниковых приборов, а значит для перегрева меньше 50 градусов, ибо больший перегрев полупроводниковых приборов недопустим. В физике используется абсолютная температура (прибавляется 273°C) и все электронные приборы предназначены для работы при температурах выше 0°C и ниже 40°C, то есть перегрев на 50°C - это увеличение абсолютной температуры всего лишь на 16% (100%*[273°+40°+50°]/[273°+40°]), а значит в грубом расчете горячий охладитель можно считать холодным.
Для примера возьму распространенную микросхему стабилизатора напряжения lm317 в корпусе to220. У нее тепловое сопротивление корпус-полупроводник равно 23°C/Вт и максимальная допустимая температура 125°C. Если эта микросхема выделяет хотя бы 2Вт, то есть ток нагрузки 1А и падает напряжение 2В, то значит температура охладителя должна быть ниже 80°C (125°C-23°C/Вт*2Вт). Обычно считают, что эксплуатировать можно при температуре ниже 40°C, то есть перегрев всего в 40°C. Если принять систему охлаждения лучистой, то есть с "тепловым ТКС" радиатора пропорциональным кубу абсолютной температуры, то тепловое сопротивление при этих 80°C будет меньше, чем при 40°C всего на 43% (100%*((273+80)/(273+40))^3), что при грубом расчете можно игнорировать. У реальных охладителей "тепловой ТКС" во много раз меньше, ибо перегрев меньше и в переносе тепла участвует конвекция еще, у которой отрицательный ТКС пропорционален всего лиш первой степени температуры.
Этот же пример показывает, что обжигающие пальцы детали на плате должны вызывать мысли о том, что девайс не долго будет работать, надо что-то с ним делать.
Мучил я два паяльника.
1. BL-8552A 220В, 60Вт, со встроенным регулятором мощности. Жало заменил на жало для пайки пластика. Подключил через ваттметр.
2. От паяльной станции Lukey 936D, он якобы 65Вт, в реальности 25Вт. Подключил к управляемому БП с отображение потребляемой мощности.
Тепловое сопротивление моделировал степенной функцией, ибо из моей теории теплоотдачи следует, что тепловое сопротивление охладителя обратно пропорционально температуре в степени меньшей 3. Степень зависит от соотношения лучевого и конвекционного теплообмена. Чем больше охладитель похож на полую трубу (конвектор) - тем меньше показатель степени.
Математическая модель была такой P=a*(T+273)^b-a*((Ta+273)^b, где 273 - температура абсолютного нуля; Р - мощность потребляемая паяльником, T - температура жала паяльника, Ta - температура окружающей среды.
Скормил данные labplot2 и получил хорошее согласование с моей теорией.
Показатель степени зависимости мощности от температуры получился равным 3.3 для BL-8552A, то есть лучистая и конвекционная теплоотдача равнозначные для этого паяльника.
Показатель степени зависимости мощности от температуры получился равным 2.8 для Lukey 936D, то есть важность конвекции возросла, хотя габариты паяльника меньше. Из этого делаю вывод, что увеличение гладких поверхностей охладителя приводит в первую очередь к лучевой теплоотдаче, для конвекции надо создавать "трубы".
Как я понимаю все теплообменники в русском языке называются радиаторами от того, что в Советском Союзе действительно все пассивные теплообменники с воздухом были лучевыми, то есть радиаторами.
1. Плоскими прямоугольниками.
2. Выпуклыми трубами.
3. Инфракрасными лампами с зеркалом.
4. Полупроводниковые приборы охлаждались игольчатыми охладителями черного цвета. Конвекторы могли быть, но в больших блоках с охладителем размером с половину персонального компьютера современного, которые мало кто видел, а кто видел не понимал отличия его от радиатора.
Статья про тепловой закон Ома.
https://electrum-av.com/ru/raschjot-polnogo-teplovogo-soprotivleniya?newsblog_path=5.html
T = P х R, где T - температура, P - тепловая мощность, R - тепловое сопротивление.
Ложный он от того, что тепловое сопротивление предмета осуществляющего теплообмен с окружающим воздушным и безвоздушным пространством нелинейно. Его тепловое сопротивление убывает пропорционально температуре в степени достигающей трех. Поэтому в формуле теплового сопротивления R - это не простой резистор, а помесь варистора с термистором, ибо в ней температура выполняет роль напряжения.
Тепловой закон Ома применим только для твердых тел отдающих тепло твердым телам или с активным охлаждением.
Пассивное охлаждение любого горячего предмета происходит за счет излучения теплового и Конвективных потоков воздуха вызванных разностью температуры.
Тепловое излучение пропорционально 4 степени температуры отсчитываемой от абсолютного нуля (T*T*T*T~P), это закон Стефана-Больцмана из учебника физики. Абсолютный ноль - это минус 273°.
Из этого следует, что тепловое сопротивление радиатора обратно пропорционально третей степени абсолютной температуры.
Радиаторы, то есть приборы предназначенные для передачи своего тепла окружающей среде при помощи теплового излучения, являются наиболее простыми. Лучи света распространяются по прямой, поэтому радиаторы, то есть приборы предназначенные для передачи своего тепла окружающей среде при помощи лучей, являются наиболее простыми. Это просто гладкие пластины или пластина с иголками, желательно черного цвета. Пластина с иголками - это модель леса, который тоже можно представить как уловитель солнечных лучей.
Конвективный поток воздуха - это тяга трубы. Почему возникает тяга трубы почему-то плохо понимают даже физики.
Пример ложного объяснения популярного в интернетах физика, который только запутывает людей знающих физику, ибо сначала высказывает ложный постулат о постоянстве скорости воды в вертикальной трубке, на которую действует только сила тяжести и силами сопротивления он пренебрегает, что вводит в ступор сразу, ибо делается непонятным почему вода начинает течь, когда он пробку/крышку убрал в своем опыте.
Когда он переходит к воздуху, то давление в трубе делает равным атмосферному только у верхнего края трубы, что тоже ложно, ибо нижний срез трубы ничем не отличается от верхнего в плане равенства давлений атмосферному. Чем тоже вводит в ступор, ибо если приравнять давления с нижнего края трубы, то тяга в трубе должна стать обратной. Из этого всего я делаю вывод что этот лысый учитель физики сам не понимает физику, а только манипулирует формулами мудреными. Его очкастый оппонент обычно ловит лысого учителя на ошибках, но свое альтернативное объяснение не дает.
Все на самом деле деле намного проще и понятнее.
Причиной тяги в трубе является сила Архимеда. В пространстве ограниченном стенками трубы находится горячий воздух, то есть воздух плотность которого ниже плотности воздуха за трубой. На этот воздух действует сила Архимеда выталкивающая его вверх. На место вытолкнутого силой Архимеда воздуха засасывается холодный воздух. Эта сила равна Δρ*g*V, - где Δρ - разница плотности газа внутри трубы и снаружи, g - ускорение свободного падения, V - объем трубы. В соответствии с законом Менделеева-Клапейрона Δρ, то есть разность плотностей газа, пропорциональна разницам температур. Объем трубы - это площадь прохода трубы умноженное на ее высоту. Из этого всего следует, что давление тяги трубы будет пропорционально высоте трубы и разнице температуры воздуха в трубе и снаружи.
С другой стороны сила сопротивления движению воздуха пропорциональна квадрату скорости воздуха, поэтому при установившейся скорости воздуха в трубе, когда сила сопротивления уравняет силу тяги трубы, скорость воздуха в трубе будет пропорциональна корню квадратному разницы температур.
Скорость движения воздуха можно представить как увеличение поверхности воздуха, контактирующего с охладителем. Теплопроводность воздуха тоже пропорциональна корню квадратному от (абсолютной) температуры воздуха.
После перемножений корней квадратных температуры, то есть зависимости скорости воздуха и ее теплопроводности в трубе от температуры, получается, что теплопроводность конвектора пропорциональна температуре. Тепловое сопротивление, являющееся обратной величиной теплопроводности, соответственно обратно пропорционально температуре. Под конвектором понимаю устройство предназначенное для конвективного теплообмена.
Конвекторы устроены сложнее радиаторов, ибо они представляют собой рядом стоящие трубы. Если это просто длинные ребра вдоль поверхности, то они должны быть закрытыми кожухом, что бы образовывать трубы внутри.
Применять конвекторы сложнее радиаторов, ибо их тепловое сопротивление зависит от положения в пространстве. Наименьшее тепловое сопротивление конвектора - это когда "трубы" расположены вертикально.
Соответственно располагать в пространстве можно только двумя правильными способами.
Теперь два заблуждения распространенных в интернете.
1. Тепловое излучение важно только при температурах выше 100 градусов. Это не так, ибо производят радиаторы водяного нагревания помещения, располагаемые на потолке. Они являются просто металлическими пластинами по середине которых проходит труба с водой. Смотри сайт ООО "Строительные Новейшие Энергосберегающие технологии" производящего водяные радиаторы, там есть фотографии потолочных радиаторов отопления.
http://waterinpanel.com/index/contacts/0-8
Система водяного лучистого отопления "ТЕПЛОПАНЕЛЬ ТП" позволяет сократить эксплуатационные расходы на энергоносители благодаря отличному от конвективной системы (радиаторы, регистры, воздушно-отопительные агрегаты и др.) принципу передачи тепла.
В основе работы потолочных лучистых отопителей лежит принцип передачи тепла теплоизлучением. Тепловые лучи, испускаемые панелями отопления, не нагревают напрямую воздух. Инфракрасные волны, превращаются в тепло при поглощении их внутренними поверхностями ограждающих конструкций здания (пол, стены) и различными предметами. Нагретые, таким образом, объекты, уже вторично излучают тепло, а также отдают его воздуху за счёт конвекции. Воздух в помещении нагревается уже вторично, а под потолком помещения не скапливается его перегретый слой (классическая проблема конвективного отопления, когда отапливается там, где тепло совсем не нужно).
Применение водяных потолочных панелей лучистого отопления в помещениях высотой свыше 5-ти метров позволяет экономить более 40% энергоносителей, которые расходуются для работы системы отопления.
В качестве теплоносителя в панелях используется обычная вода системы отопления. В связи с этим, чем готовится данный теплоноситель - тепловыми сетями, газовыми или различными водогрейными котлами (газ, твердое топливо, электроэнергия), тепловым насосом или другим источником, значение не имеет.
2. Конвектор надо нагревать снизу. На самом деле греть надо посередине, то есть таким образом, что бы максимально прогреть воздух в "трубах". Нагревать надо снизу только в случае разделения охладителя на два связанных узла: теплообменника и трубы создающей тягу. Хотя даже в этом случае охлаждаемую деталь на ребристом теплообменнике надо помещать по середине, то сам теплообменник надо помещать под трубой. Электрические нагреватели воздуха в комнате обычно содержат отдельный теплообменник и трубу над ним. Только понять, что в нем есть труба создающая тягу можно только по подсказке.
https://www.mosng.ru/articles/printsip-raboty-konvektora/?srsltid=AfmBOoqfbOYi4KT_kFyUjAhLFS3gnZQavUTGEbtd8hIh_C4oVqJUv3Sl
Водяные конвекторы более замысловаты, в них отдельной трубы нет, но и обнаружить трубы тоже сложно, ибо они имеют замыловатую форму и скрыты от глаз.
Из моего предыдущего текста возникает вопрос о возникновении теплового закона Ома, ибо если он неверен, то почему его используют на практике.
Ответ на него прост. Про тепловой закон Ома пишут люди знакомые с законом Ома, то есть использующие его для создания охлаждения полупроводниковых приборов, а значит для перегрева меньше 50 градусов, ибо больший перегрев полупроводниковых приборов недопустим. В физике используется абсолютная температура (прибавляется 273°C) и все электронные приборы предназначены для работы при температурах выше 0°C и ниже 40°C, то есть перегрев на 50°C - это увеличение абсолютной температуры всего лишь на 16% (100%*[273°+40°+50°]/[273°+40°]), а значит в грубом расчете горячий охладитель можно считать холодным.
Для примера возьму распространенную микросхему стабилизатора напряжения lm317 в корпусе to220. У нее тепловое сопротивление корпус-полупроводник равно 23°C/Вт и максимальная допустимая температура 125°C. Если эта микросхема выделяет хотя бы 2Вт, то есть ток нагрузки 1А и падает напряжение 2В, то значит температура охладителя должна быть ниже 80°C (125°C-23°C/Вт*2Вт). Обычно считают, что эксплуатировать можно при температуре ниже 40°C, то есть перегрев всего в 40°C. Если принять систему охлаждения лучистой, то есть с "тепловым ТКС" радиатора пропорциональным кубу абсолютной температуры, то тепловое сопротивление при этих 80°C будет меньше, чем при 40°C всего на 43% (100%*((273+80)/(273+40))^3), что при грубом расчете можно игнорировать. У реальных охладителей "тепловой ТКС" во много раз меньше, ибо перегрев меньше и в переносе тепла участвует конвекция еще, у которой отрицательный ТКС пропорционален всего лиш первой степени температуры.
Этот же пример показывает, что обжигающие пальцы детали на плате должны вызывать мысли о том, что девайс не долго будет работать, надо что-то с ним делать.
Мучил я два паяльника.
1. BL-8552A 220В, 60Вт, со встроенным регулятором мощности. Жало заменил на жало для пайки пластика. Подключил через ваттметр.
2. От паяльной станции Lukey 936D, он якобы 65Вт, в реальности 25Вт. Подключил к управляемому БП с отображение потребляемой мощности.
Тепловое сопротивление моделировал степенной функцией, ибо из моей теории теплоотдачи следует, что тепловое сопротивление охладителя обратно пропорционально температуре в степени меньшей 3. Степень зависит от соотношения лучевого и конвекционного теплообмена. Чем больше охладитель похож на полую трубу (конвектор) - тем меньше показатель степени.
Математическая модель была такой P=a*(T+273)^b-a*((Ta+273)^b, где 273 - температура абсолютного нуля; Р - мощность потребляемая паяльником, T - температура жала паяльника, Ta - температура окружающей среды.
Скормил данные labplot2 и получил хорошее согласование с моей теорией.
Показатель степени зависимости мощности от температуры получился равным 3.3 для BL-8552A, то есть лучистая и конвекционная теплоотдача равнозначные для этого паяльника.
Показатель степени зависимости мощности от температуры получился равным 2.8 для Lukey 936D, то есть важность конвекции возросла, хотя габариты паяльника меньше. Из этого делаю вывод, что увеличение гладких поверхностей охладителя приводит в первую очередь к лучевой теплоотдаче, для конвекции надо создавать "трубы".
Как я понимаю все теплообменники в русском языке называются радиаторами от того, что в Советском Союзе действительно все пассивные теплообменники с воздухом были лучевыми, то есть радиаторами.
1. Плоскими прямоугольниками.
2. Выпуклыми трубами.
3. Инфракрасными лампами с зеркалом.
4. Полупроводниковые приборы охлаждались игольчатыми охладителями черного цвета. Конвекторы могли быть, но в больших блоках с охладителем размером с половину персонального компьютера современного, которые мало кто видел, а кто видел не понимал отличия его от радиатора.
