什么是熱輻射？

熱傳遞主要有以下三種類型：熱傳導：熱量通過分子、原子、電子的粒子振動傳遞熱對流：熱量在固體和流體（氣體或液體）之間交換熱輻射：熱量通過電磁波傳遞。在電子設備的熱管理中，這三種機制可以結合起來快速傳遞熱量。本文將重點介紹熱輻射的機理。

您在戶外感受到的太陽光熱是由于從太陽傳播的輻射熱。熱輻射本身是由熱源發(fā)出的電磁波引起的。熱是分子、原子和電子的振動。由于這些粒子帶有正電荷和負電荷，因此它們在振動時會像天線一樣發(fā)射電磁波。振動越強烈，例如在高溫下，發(fā)射的電磁波的能量就越高。

太陽的熱能是地球上所有生命的能量來源。它還會加熱地球表面和大氣層，引起雨和風等天氣現(xiàn)象。如此巨大的能量之所以到達地球，是因為太陽的中心散發(fā)出巨大的熱量，大約1600萬攝氏度，而太陽表面散發(fā)出大約5500攝氏度的熱量。

熱輻射公式

傳熱輻射公式如下：

Q = σ× A × (T1^4 ? T2^4)

其中，Q表示傳熱量，σ是輻射傳熱系數(shù)，A表示發(fā)射面積，T1是發(fā)射溫度，T2是接收溫度。

熱輻射的主要特點是不需要熱源與受熱表面直接接觸。熱量通過電磁波通過真空傳播。然而，對于熱傳導和熱對流傳熱，熱源和受熱物體之間必須存在分子或原子等物體的直接接觸。此外，除絕對零溫度外，所有物質都會經(jīng)歷分子、原子和電子的振動運動，即使在低溫下也會產(chǎn)生熱輻射。因此，當兩種物質之間發(fā)生熱輻射時，它們的熱值之差就會從溫度較高的物質轉移到溫度較低的物質。

主要材料的發(fā)射率

發(fā)射率值表示物體受熱時熱輻射所發(fā)射的電磁波的能量。它是一個介于0和1之間的數(shù)字，1是黑體（不反射任何波長的電磁波的理想物體，現(xiàn)實中不存在的理想物體）在相同溫度下發(fā)出的能量。

下表是主要材料的發(fā)射率。查看此表時要記住的關鍵點是，發(fā)射率根據(jù)物體表面的物理特性而變化，并且與基材（即物體表面內部的材料）的物理特性無關。因此，可以通過拋光、氧化或在表面上涂漆來控制發(fā)射率。

從表中可以看出，鋁和銅的表面經(jīng)過拋光或氧化處理后，發(fā)射率都增加了10倍以上。使用油性涂料時，顏色不會影響發(fā)射率。然而，“黑體涂料”是一種為實現(xiàn)接近黑體的發(fā)射率而開發(fā)的涂料。當它應用于材料表面時，發(fā)射率變得更接近 1。

低溫熱源發(fā)出遠紅外輻射

由于熱輻射而發(fā)射的電磁波的波長取決于熱源的溫度。由于像太陽這樣的恒星是一個非常高溫的熱源，它會發(fā)出從紫色到紅色的寬波長范圍的可見光，因此看起來會發(fā)出白光。然而，由于電子設備中的 LSI（大規(guī)模集成）溫度高達約 200°C，因此發(fā)射的電磁波波長幾乎不包含可見光。因此，輻射主要在遠紅外光譜中產(chǎn)生。因此，電子設備的溫度是通過使用非接觸式溫度計測量發(fā)射的紅外光量來確定的。

熱輻射與熱對流的比較

散熱器，用于電子設備的熱管理，是通過熱輻射和熱對流來散熱的部件。這兩種機制不同于熱傳導，熱傳導最終將散發(fā)的熱量釋放到外部（例如空氣和環(huán)境）。雖然視情況而定，但在不使用風扇的自然對流情況下，熱輻射和熱對流散發(fā)的熱量是差不多的。面積越大，熱輻射釋放的熱量也越大，因此在傳熱措施中必須始終考慮熱輻射量。

另一方面，在強制對流的情況下，空氣通過風扇或其他方式吹向散熱器，熱對流的傳熱值遠大于熱輻射的傳熱值。這可以在下面的散熱器圖中清楚地看到。在這種散熱器設計中，熱對流發(fā)生在紅色虛線標記的表面，而熱輻射僅發(fā)生在外部藍色虛線。因此，在強制對流的情況下，熱輻射的影響很小。

在電子設備中使用的散熱系統(tǒng)中，將熱對流、傳導和輻射三種機制結合起來非常重要。傲川科技從眾多項目中積累了豐富的知識，可以為散熱問題提供適當?shù)慕鉀Q方案。

本文更新于：2024-08-07 09:17:59