Alu vs. Cu Wärmeabfuhr?

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Man sagt in diversen Foren, dass Alu schneller die Wärme transportiert als Cu.
Kann jemand auch erklären wieso?

Google hat nix dergleichen ausgespuckt. (vielleicht hab ich auch nicht die richtigen Suchbegriffe eingetippt)

Alu: leitet wärme langsamer, gibt sie aber schneller an die umgebung ab
Kupfer: leitet schneller, gibt die wärme aber langsamer an die Umgebung ab.

genaueres weiß ich aber leider auch nicht

bitte korrigieren falls falsch! ist nur eine annahme!

ich nehm an das hat was mit dem Atomgitter und den Abstand zwischen den Atomen zu tun - Kupfer hat mehr freie Elektronen, die Wärmeschwingungen aufnehmen können...
was ich gelesen hab ist der unterschied zwischen der wärmeabgabe von Cu und Al nicht so groß...
ist nur eine Überlegung: vielleicht hat Al ja ein größeres "Potential" zur "passiven" Wärmestrahlung und ist deswegen passiv etwas besser, Cu braucht mehr Luftstrom, gibt die wärme dann aber schneller ab...
(zusammenhang mit spezifischem Gewicht??)

wenns falsch ist einfach korrigieren...

also die waermeabfuhr von einem festkoerper kann unterteilt werden in waermeabfuhr durch:

1. waermeleitung
2. strahlung
3. konvektion

im fall eines processors aus silizium (Si) auf dem eine schicht waermeleitpaste aufgebracht ist und darauf der kuehlkoerper sitzt.

vom Si geht es durch waermeleitung durch die paste zum kuehler. das ist noch relativ einfach.

der waermetransfer ist dann gegeben durch:



der waermestrom ist dabei



und die einheit Watt.

wobei [lamda] der waermeleitungskoeffizient ist und [L] die schichtdicke der paste, [T2] ist die temperatur der cpu und [T1] die temperatur an der pastengrenzschicht zum kuehler. [A] ist die flaeche (cpu) und [t] die zeit.

je groesser [lamda] und je kleiner [L] desto mehr waerme wird weitergeleitet.

Je groesser der temperaturunterschied, desto mehr waerme wird weitergegeben.

dadurch laesst sich zunaechst einmal die temperatur bestimmen:

zb: cpu mit 100W
[lamda]=9W/mK (fuer arctic silver 3)
schichtdicke der paste = 0.00001m
flaeche der cpu = 0.0001m^2



der temperaturunterschied ist also nur 1 grad!
Falls man als theoretische waermeleitpaste kupfer nimmt mit 400W/mK anstatt den 9W/mK ist der temperaturunterschied 0.025grad.

Die beste waermeitpaste bringt also kaum eine verbesserung fuer 'hochglatte' oder sehr gut polierte flaechen!

die waerme ist nun ueber dich waermeleitpaste zum kuehler transportiert worden der diese an die umgebung abgibt.

durch strahlung. die strahlungsleistung ist gegebn durch



der kuehler nimmt aber auch strahlung von der umgebung auf und somit



wobei [T1] temperatur des kuehlers und [T2] temperatur der umgebung, [sigma] die strahlungskonstante und [epsilon] der emissionsgrad ist.

[epsilon] ist materialabhaengig.

fuer poliertes aluminium [epsilon] ~ 0.04
fuer poliertes kupfer [epsilon] ~ 0.04
stark oxidiertes kupfer [epsilon] ~ 0.78

fuer eine umgebungstemp von 30grad und einer kuehlertemp von 60grad und einer abstrahlfaleche von 20cmx20cm ist die abgestrahlte lesitung fuer kupfer (0.04) 0.34W.
das verbessert sich zu 6W fuer stark oxidiertes kupfer (0.78).

aber die strahlungsleistung ist viel zu gering um effektiv zur kuehlleistung beizutragen!

deswegen wird auch durch konvektion gekuehlt. (Newton!)



hier ist
[P] die transferierte waermemenge
[h] der konvektionskoeffizient
[A] die flaeche
[T1] temperatur des objekts (kuehler)
[T2] temperatur des umstroemenden mediums (luft)

der konvektionskoeffizient ist dabei



wobei [Nu] die Nusselt zahl ist, die gegebn ist durch



und hier ist [Pr] die Prandtl zahl und [Re] die Reynolds zahl.

fuer die Prandtl zahl gilt jetzt:



wobei

[v] kinematische viskositaet
[k] therm. diffusion

und die therm. difussion ist gegebn durch:



[lamda] ist die waermeletifaehigkeit
[Cp] spez. waerme
[rho] dichte


die Reynolds zahl ist:



der entscheidende faktor hier ist [v], die geschwindigkeit zwischen medium und koerper, also die geschwindigkeit der luft ueber den kuehler.

[l] ist eine charakteristische laenge fuer den kuehler
[rho] dichte des mediums (luft)
[eta] dynamische viskositaet

..fortsetzung folgt...

[QUOTE]Originally posted by kepten
also die waermeabfuhr von einem festkoerper kann unterteilt werden in waermeabfuhr durch:

1. waermeleitung
2. strahlung
3. konvektion

im fall eines processors aus silizium (Si) auf dem eine schicht waermeleitpaste aufgebracht ist und darauf der kuehlkoerper sitzt.

vom Si geht es durch waermeleitung durch die paste zum kuehler. das ist noch relativ einfach.

der waermetransfer ist dann gegeben durch:



der waermestrom ist dabei



und die einheit Watt.

wobei [lamda] der waermeleitungskoeffizient ist und [L] die schichtdicke der paste, [T2] ist die temperatur der cpu und [T1] die temperatur an der pastengrenzschicht zum kuehler. [A] ist die flaeche (cpu) und [t] die zeit.

je groesser [lamda] und je kleiner [L] desto mehr waerme wird weitergeleitet.

Je groesser der temperaturunterschied, desto mehr waerme wird weitergegeben.

dadurch laesst sich zunaechst einmal die temperatur bestimmen:

zb: cpu mit 100W
[lamda]=9W/mK (fuer arctic silver 3)
schichtdicke der paste = 0.00001m
flaeche der cpu = 0.0001m^2



der temperaturunterschied ist also nur 1 grad!
Falls man als theoretische waermeleitpaste kupfer nimmt mit 400W/mK anstatt den 9W/mK ist der temperaturunterschied 0.025grad.

Die beste waermeitpaste bringt also kaum eine verbesserung fuer 'hochglatte' oder sehr gut polierte flaechen!

die waerme ist nun ueber dich waermeleitpaste zum kuehler transportiert worden der diese an die umgebung abgibt.

durch strahlung. die strahlungsleistung ist gegebn durch



der kuehler nimmt aber auch strahlung von der umgebung auf und somit



wobei [T1] temperatur des kuehlers und [T2] temperatur der umgebung, [sigma] die strahlungskonstante und [epsilon] der emissionsgrad ist.

[epsilon] ist materialabhaengig.

fuer poliertes aluminium [epsilon] ~ 0.04
fuer poliertes kupfer [epsilon] ~ 0.04
stark oxidiertes kupfer [epsilon] ~ 0.78

fuer eine umgebungstemp von 30grad und einer kuehlertemp von 60grad und einer abstrahlfaleche von 20cmx20cm ist die abgestrahlte lesitung fuer kupfer (0.04) 0.34W.
das verbessert sich zu 6W fuer stark oxidiertes kupfer (0.78).

aber die strahlungsleistung ist viel zu gering um effektiv zur kuehlleistung beizutragen!

deswegen wird auch durch konvektion gekuehlt. (Newton!)



hier ist
[P] die transferierte waermemenge
[h] der konvektionskoeffizient
[A] die flaeche
[T1] temperatur des objekts (kuehler)
[T2] temperatur des umstroemenden mediums (luft)

der konvektionskoeffizient ist dabei



wobei [Nu] die Nusselt zahl ist, die gegebn ist durch



und hier ist [Pr] die Prandtl zahl und [Re] die Reynolds zahl.

fuer die Prandtl zahl gilt jetzt:



wobei

[v] kinematische viskositaet
[k] therm. diffusion

und die therm. difussion ist gegebn durch:



[lamda] ist die waermeletifaehigkeit
[Cp] spez. waerme
[rho] dichte


die Reynolds zahl ist:



der entscheidende faktor hier ist [v], die geschwindigkeit zwischen medium und koerper, also die geschwindigkeit der luft ueber den kuehler.

[l] ist eine charakteristische laenge fuer den kuehler
[rho] dichte des mediums (luft)
[eta] dynamische viskositaet

..fortsetzung folgt... [/QUOTE]

verstehe...

kepten nice aber ich denke du würdest vielen mehr helfen wenn du dein wissen so umformulierst das ein deutscher satz rauskommt

nicht jeder beschäftigt sich die ganze zeit mit phsikalischen formeln

Danke für die mathematisch-physikalische Erklärung, wobei ich auch nix verstanden hab...

er hats eh gut erklärt imho, man muss die formeln ja nicht im detail verstehen, die erklärungen dazu sind eh allgemein gehalten.

die frage ob kupfer oder alu nun wärme durch konvektion besser abgibt hat er aber leider noch offen gelassen

ok..dann hier eben die vereinfachte version:



d.h.:

fuer die kuehlung ist neben der waermeleitung die konvektion der massgebende faktor und diese ist von der lufttemperatur, der kuehlertemperatur und der geschwindigkeit der luft ueber den kuehler abhaengig.

also fuer konvektion ist egal ob alu oder kupfer.

BTW:

die formel sind allgemein fuer einen koerper (kuehler) in einem gasfoermigen oder fluessigen medium und deshalb auch fuer wasserkuehlung gueltig!

deshalb soll das wasser auch moeglichst schnell durch den kuehler fliessen!

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