Apakah warna cat penting pada heat sink?

Heat meninggalkan heat sink melalui konduksi, konveksi dan radiasi. Saya diajari bahwa permukaan hitam paling baik dalam memancarkan panas dan karenanya banyak heat sink berwarna hitam. Tetapi mereka juga memiliki sirip untuk konveksi. Dan heat sink besar memiliki banyak sirip besar. Konveksi karenanya penting.

Jadi apa yang terjadi jika karena alasan estetika saya harus mengecat heat sink putih cemerlang? Putih tentu saja adalah warna terbaik untuk memantulkan radiasi panas. Apakah itu kemudian mencerminkan panas kembali ke dalam seperti kalkun yang dibungkus foil? Bisakah seseorang menebak angka hilangnya efisiensi atau kenaikan peringkat kompensasi yang diperlukan?

Radiator domestik PS berwarna putih.

PPS Apa yang dimaksud dengan "penyelesaian bahan" dalam terminologi heat-sink? tidak cukup menjawabnya.

Jangan cat pendingin. Lapisan cat akan bertindak sebagai insulator antara logam dan udara, mengurangi kemampuannya untuk menghilangkan panas.

Anodizing heat sink tidak terlalu menjadi masalah. Lapisan anodisasi jauh lebih tipis dari cat (misalnya beberapa mikrometer dalam aluminium), sehingga memberikan ketahanan termal yang jauh lebih rendah daripada cat.

Warna cat tidak akan memiliki efek signifikan pada pendinginan kecuali warna cat yang berbeda lebih tipis atau lebih tebal dari yang lain, atau jika heat sink terkena sinar matahari langsung.

Ya hitam memiliki emisivitas tertinggi (ia juga menyerap radiasi terbaik-timbal balik - atau hukum radiasi termal Kirchoff). Perhatikan bahwa itu harus "hitam" pada panjang gelombang yang relevan, yang tidak harus sesuai dengan menjadi hitam dalam spektrum yang terlihat.

Itu berarti bahwa perpindahan panas radiasi akan dimaksimalkan jika emisivitas mendekati 1 (benda hitam). Jika heat sink Anda "melihat" sebagian besar hal-hal yang lebih dingin itu akan memiliki pendinginan yang lebih baik, dan jika ia melihat hal-hal yang lebih panas itu tidak akan dingin juga.

Namun, perpindahan panas radiasi biasanya tidak terlalu signifikan dibandingkan dengan perpindahan panas yang dilakukan dan (biasanya paling penting untuk heat sink semikonduktor di lingkungan normal) perpindahan panas konveksi. Jadi biasanya warnanya tidak terlalu penting dibandingkan dengan desain dinamika fluida tentang bagaimana udara mengalir di atas sirip dan bagaimana panas dilakukan ke sirip. Sirip kebanyakan "melihat" sirip lain, sehingga radiasi memiliki efek yang lebih kecil.

Pengecualian ada bagi kita yang merancang elektronik yang harus bertahan hidup dalam ruang hampa udara dan / atau di ruang angkasa atau di tempat yang sangat tinggi, dan jika benda yang diserap panas (atau apa yang dilihatnya) sangat panas, radiasi bisa menjadi lebih penting (kekuatan keempat). suhu).

Contoh situasi di mana heat sink berkilau (emisivitas rendah) bisa lebih unggul adalah heatsink pengatur tegangan dengan pandangan langsung dari pemanas, lampu pijar, atau tabung vakum.

Setiap warna pewarna yang Anda suka dapat diterapkan ketika menganodisasi, atau tidak sama sekali, yang disebut anoda "bening". Biasanya aluminium teroksidasi ( bukan lapisan) adalah lapisan isolasi yang cukup tipis, tetapi dalam beberapa kasus dapat dibuat lebih dari beberapa mil tebal.

Sunting: Mari kita lakukan perhitungan amplop belakang untuk melihat seberapa signifikan radiasi itu. Saya akan menganggap heatsink model 530002B02500G dari Aavid Thermalloy. Ini memiliki peringkat konveksi alami 2,6 derajat C per watt, yang saya percaya dinilai naik 70 derajat C di atas ambient.

Jadi jika suhu sekitar 25 derajat C dan heat sink pada 95 derajat C total daya yang dihabiskan akan 27W.

Berapa banyak dari itu karena radiasi? Kita dapat memperlakukan heat sink (hanya untuk keperluan kopling radiatif *) sebagai blok dimensi 64mm x 25mm x 42mm (mengabaikan takik) yang mewakili area permukaan 0,011 meter persegi.

Kehilangan panas karena radiasi (dengan asumsi emisivitas 1) adalah

$q = \sigma A (T_H^4 - T_C^4)$$\sigma$

Mengganti nilai-nilai kita mendapatkan aliran panas 6,4W karena radiasi pada suhu heatsink 95 derajat C dan ambient 25 derajat C, jadi kurang dari 25% adalah karena radiasi dalam kondisi optimal untuk memaksimalkan kehilangan radiasi. Lebih mungkin kita mengalami konveksi paksa dan kehilangan panas radiasi lebih sedikit. Heat sink yang lebih dekat ke sebuah kubus akan memiliki lebih sedikit kehilangan panas karena radiasi juga. Tidak cukup rendah untuk diabaikan, tetapi tidak dominan.

• Untuk radiasi, konvolusi heat sink "lihat" permukaan heat sink lainnya sebagian besar sehingga blok dimensi luar benar untuk radiasi (ke perkiraan pertama). Mereka benar-benar memiliki efek dalam membuat emisivitas efektif lebih dekat ke 1,0 daripada permukaan itu sendiri karena beberapa cahaya yang tidak diserap akan memantul ke permukaan lain dan mendapatkan kesempatan lain untuk diserap (dan sama secara terbalik, tentu saja untuk radiasi panas - tetapi lebih mudah untuk membayangkan menyerap cahaya karena kita dapat melihat cahaya tampak dan tidak dapat melihat panjang gelombang IR bahwa heat sink memancarkan pada suhu yang wajar - jika heat sink Anda menyala merah, kuning atau biru-putih Anda mungkin memiliki masalah).

Saya biasa menjual pelapis berkinerja tinggi termasuk pelapis untuk manajemen termal, dan ini bukan pertanyaan sederhana. Sebagai contoh satu vendor membuat dua pelapis yang keduanya hitam matte dengan ketebalan film kering yang disarankan kurang dari dua dan satu dirancang untuk menjadi isolator dan yang lainnya dirancang untuk menjadi lapisan disipatif termal. Kasus penggunaan yang disarankan masing-masing adalah header knalpot dan kaliper rem.

Saya memang memiliki heatsink yang dilapisi dan melakukan beberapa percobaan dan menemukan pada perbedaan suhu rendah heatsink yang telanjang bekerja paling baik diikuti oleh yang terisolasi dan lapisan radiasi yang terburuk. Pada perbedaan suhu tinggi, lapisan emissive menunjukkan perlunya mengungguli logam telanjang dan lapisan insulator juga menjadi lebih efektif dalam memperlambat perpindahan panas.

Saya juga bermain-main dengan lapisan lain seperti cat konvensional yang semuanya isolator sampai terbakar, dan lapisan isolasi tebal yang merupakan isolator terbaik hingga meleleh.

Kesimpulan: Itu tergantung pada suhu Anda, transfer panas yang dibutuhkan dan faktor-faktor lain Lapisan mana yang terbaik untuk kebutuhan Anda, tetapi menggunakan cat standar tidak akan pernah membantu heatsink.

Permukaan logam mengkilap sangat bagus dalam memantulkan, sangat buruk dalam memancarkan radiasi. Apa pun (hampir apa saja) yang Anda cat dengan mereka akan meningkatkan radiasi panas.

Permukaan yang dicat hitam akan menyerap sinar matahari lebih baik, karena sebagian besar energi di bawah sinar matahari adalah atau di sekitar spektrum yang terlihat. Tapi kecuali pendingin Anda begitu panas sehingga bersinar, itu tidak akan memancarkan banyak radiasi dalam spektrum yang terlihat, sehingga warnanya bagi mata benar-benar tidak relevan.

Heatsink berventilasi pasif yang tidak tertutup dalam wadah reflektif memancarkan sejumlah besar radiasi. Maaf, saya tidak memiliki nomornya, tetapi kurang dari 50%. Untuk sirip paralel yang warnanya sama, radiasi diseimbangkan oleh penyerapan, jadi warna sirip internal tidak terlalu penting, tetapi untuk permukaan yang terbuka, itu penting.

Untuk alasan ini, Anda akan melihat bahwa heatsink udara paksa di dalam komputer Anda sering kali tidak memiliki pin anodized hitam.

Heatsink alumunium yang terpapar harus dicat / dianodisasi, untuk mencegah korosi, jika tidak Anda harus memasukkan instruksi seperti "tidak boleh digunakan dengan 1000 yard pantai"

Properti yang mungkin Anda cari adalah emisivitas.

Ada 3 proses utama di mana panas ditransfer:

• Konduksi (perpindahan panas di dalam material)
• Konveksi (pergerakan panas melalui pergerakan material yang dipanaskan)
• Radiasi

Efektivitas dari masing-masing proses ini tergantung pada bahan yang dipermasalahkan dan suhu lingkungan. Aliran panas total adalah jumlah dari aliran panas dari masing-masing proses pada batas udara / heatsink.

The aliran panas radiasi komponen sebanding dengan emisivitas permukaan, suhu untuk keempat, dan luas permukaan efektif.

Lihatlah daftar emisivitas ini pada suhu kamar .

Emisivitas tertinggi ditemukan di Es, Air, Kaca, Batu Kapur, dan Cat (termasuk putih); perhatikan bahwa semua itu bukan hitam. Bahkan, sepertinya terlepas dari logam yang dipoles, semua bahan memiliki emisivitas yang hampir ideal.

Selain itu, seperti disebutkan dalam sebagian besar jawaban lain, lapisan cat akan bertindak sebagai isolator yang hebat (untuk konduksi di dalam heatsink).

Jangan mengecat heat sink karena akan menjadi kurang efisien untuk memancarkan panas karena Anda akan memiliki lapisan tambahan yang menutupi heat sink Anda. Heat sink hitam lebih baik dalam memancarkan panas tetapi dalam persentase keuntungan kecil.

Jika Anda menggunakan kipas untuk meniup unit pendingin, warnanya tidak terlalu berarti.

"Saya diajari bahwa permukaan hitam terbaik untuk memancarkan panas"

Itu tidak benar. Benda hitam menyerap spektrum radiasi yang lebih luas daripada benda berwarna, tetapi warna itu sendiri tidak berpengaruh pada efisiensi radiator. Banyak heatsink berwarna hitam karena anodisasi hitam adalah proses berbiaya rendah yang mencegah oksidasi dan korosi. BTW, itu juga merupakan isolator, jadi jika penting bahwa transistor berada dalam kontak listrik dengan heatsink, Anda tidak dapat mengandalkan kontak fisik saja.

Itu tergantung pada konduktivitas termal dan radiasi ...

Jika Anda mendapatkan cat yang terpancar dengan baik, Anda dapat mencampur beberapa butiran di dalamnya untuk menambah luas permukaan ... Beberapa serbuk gergaji logam besar dari aluminium akan melakukan pekerjaan ...

Permukaan hitam menyerap dan memancarkan lebih baik daripada permukaan putih yang setara. Pilihan warna terbaik tergantung pada lingkungan di sekitar heatsink. Jika di lingkungan yang gelap dan dingin maka gunakan heatsink hitam. Jika perangkat diperkirakan akan berhadapan dengan lingkungan yang terang atau panas berseri, gunakan heatsink putih.