Comparación del rendimiento del disipador de calor con aletas de cobre y del disipador de calor con aletas de aluminio

Disipador de calor de aleta de cobre El rendimiento frente al aluminio siempre ha sido debatido y nunca se ha detenido.¿Las aletas de cobre funcionan mejor o las aletas de aluminio?¿Cobre o aluminio?¡Es una verdadera pregunta!

Algunas personas dicen que el cobre conduce el calor más rápido y el aluminio lo disipa más rápido.¿Es correcta esta afirmación?Otros dicen que, en cualquier caso, el cobre es mejor que el aluminio en los disipadores de calor para PC fabricados por fabricantes de disipadores de calor para CPU.¿Existe una base científica para esto?Para comprender estas cuestiones, debemos comenzar con la conductividad térmica y la disipación de calor.

Conductividad térmica y disipación de calor.

En el proceso de funcionamiento de un disipador de calor, la transferencia de calor se divide en dos partes principales: conducción de calor y disipación de calor.Como sugiere el nombre, la llamada conducción de calor puede entenderse como conducción de calor en un sólido.Para el disipador de calor, podemos considerar aproximadamente el proceso de conducción de calor desde la CPU a las aletas como conducción de calor.

El término disipación de calor es aún más conciso y, naturalmente, se refiere al proceso de transferencia de calor de un sólido a un gas a medida que el calor se irradia desde las aletas al aire.

Los dos procesos de conducción y disipación de calor son el núcleo del trabajo de Heat Sink y van de la mano.

Cobre versus aluminio

Después de aclarar los conceptos de conductividad térmica y disipación de calor, analicemos las características materiales del cobre y el aluminio.

Como todos sabemos, la ventaja más destacada del cobre es su alta conductividad térmica.La conductividad térmica del cobre puro (violeta de cobre) es tan alta como 401 W/m*K, que es superada sólo por la plata (429 W/m*K) entre los metales comunes y mucho más alta que la del aluminio (240 W/m*K. ) Por lo tanto, en la conductividad térmica directa de la base, los tubos de calor y otros componentes, el cobre, que tiene una conductividad térmica más alta, es muy superior al aluminio.Frente al aluminio, no hay duda de que el cobre conduce el calor más rápido.

Base del radiador de cobre puro

La característica más destacada del aluminio es su gran capacidad calorífica específica.La capacidad calorífica específica del aluminio puro es tan alta como 8,8×10^2J/(kg-°C), que es 2,25 veces mayor que la del cobre.Sin embargo, ¿una mayor capacidad calorífica específica significa necesariamente una mayor capacidad calorífica?

Los disipadores de calor no son productos que puedan escalar infinitamente en volumen y, en comparaciones del mundo real, a menudo no es el peso del disipador de calor el que permanece constante sino su volumen; y en términos de densidad, el cobre tiene una gran ventaja.Como se mencionó anteriormente, el aluminio tiene 2,25 veces la capacidad calorífica específica del cobre.Sin embargo, ¡el cobre puro es hasta 3,3 veces más denso que el aluminio!

1m^3 × 2700kg/m^3 × 0,88 × 10^3J/(kg-°C) = 2376000J = calor absorbido por 1m^3 de aluminio

1m^3 × 8900kg/m^3 × 0,39 × 10^3J/(kg-°C) = 3471000J - calor absorbido por 1 metro cúbico de cobre

Después de algunas conversiones, podemos ver que el mismo volumen de cobre absorbe entre un 30 y un 40% más de calor.Aunque la capacidad calorífica específica es menor, el disipador de calor de cobre tiene una mayor capacidad calorífica gracias a su densidad.

Pero esto no parece necesariamente bueno, y es en la absorción de calor donde surge el desacuerdo.El proceso de disipación de calor en un disipador de calor requiere la convección de un fluido (es decir, aire), según la fórmula utilizada para estimar la convección de calor:

Flujo de calor = coeficiente de transferencia de calor por convección x área de la superficie del objeto x (diferencia de temperatura entre la superficie del objeto y el fluido ΔT)

Se puede aprender que, en el caso del mismo coeficiente de transferencia de calor por convección (que puede entenderse como fuerza del viento), cuanto mayor sea la diferencia de temperatura ΔT entre la superficie del objeto y el aire, mayor será el flujo de calor y mejor será el calor. disipación.

El argumento del aluminio disipa el calor más rápido sugiere que, aunque los disipadores de calor de aluminio tienen una capacidad calorífica menor, tienen la ventaja de disipar el calor más rápido porque se calientan más rápido y el mayor gradiente de temperatura da como resultado un mayor flujo de calor.

Sin embargo, ¿es este el caso?

¿Recuerdas lo que dijimos antes?La conductividad térmica y el disipador de calor van de la mano;no puedes tener uno sin el otro.La clave es que el disipador de calor es un todo y la disipación de calor no se puede analizar independientemente de la conducción de calor.

Establezcamos la temperatura de la CPU en T1, la temperatura de las aletas en T2 y la temperatura del aire en T3, siendo la diferencia de temperatura entre las aletas y el aire todavía ΔT.

Todos queremos que la temperatura de la CPU T1 sea más baja, por lo que queremos que se transfiera más calor al disipador de calor, lo que hace que aumente la temperatura de la aleta T2.Cuanto menor sea la diferencia entre la temperatura de la CPU T1 y la temperatura de las aletas T2, más uniformemente se distribuirá el calor por el disipador de calor.Este es el proceso de conducción de calor.

Como se mencionó anteriormente, cuanto mayor sea la diferencia de temperatura entre la superficie de un objeto y el aire, mejor será la disipación del calor.Entonces, cuanto mayor sea la diferencia de temperatura ΔT entre la temperatura de la aleta T2 y la temperatura del aire T3, más rápida será la disipación de calor.Este es el proceso de disipación de calor.

No sé si lo habrás notado, pero según el orden de transferencia de calor, una pequeña diferencia entre la temperatura de la CPU T1 y la temperatura de las aletas T2 es un requisito previo para una gran diferencia entre la temperatura de las aletas T2 y la temperatura del aire T3.Es decir, bajo la premisa de una temperatura del aire constante, sólo cuando el calor se transfiera lo suficiente a las aletas será mayor la diferencia de temperatura entre las aletas y el aire.

Cuanto mayor es la conductividad térmica del material, más rápido conduce el calor, en igualdad de condiciones.Según la fórmula de conducción de calor, cuanto mayor es la conductividad térmica de las aletas de cobre, menor es la diferencia de temperatura con la CPU y mayor es la diferencia de temperatura ΔT con el aire;por lo tanto, la eficiencia de disipación de calor es mayor.

T1-T2 = Resistencia térmica × Flujo de calor

Resistencia térmica = longitud del conductor ÷ (conductividad térmica × área de la sección transversal)

Esto significa que, en la práctica, otras condiciones son constantes, la conductividad térmica del aluminio no es fuerte y es imposible crear una diferencia de temperatura ΔT mayor que la del cobre.La afirmación de que el aluminio disipa el calor más rápido ignora la débil conductividad térmica del aluminio y obliga al cobre y al aluminio a transportar la misma cantidad de calor en la misma cantidad de tiempo, lo que naturalmente lleva a una conclusión equivocada.

Así, el cobre es adecuado para los componentes responsables de la conducción del calor, como los heatpipes y las bases, y el aluminio y el aluminio para las piezas encargadas de la disipación del calor, como las aletas.Si pero no.

Es cierto porque, si bien los disipadores de calor no pueden ser infinitamente grandes, no pueden ser infinitamente pesados.Si todas las aletas estuvieran hechas de cobre puro para los disipadores de calor de las torres en crecimiento, el disipador de calor se volvería demasiado pesado para la placa base.

Por lo tanto, el cobre puro es una solución más eficaz que el híbrido cobre-aluminio, según lo permitan las condiciones.

Alcanzar un veredicto

La conductividad térmica y la disipación de calor van de la mano y son indispensables.Son el núcleo del sistema de refrigeración y no se pueden analizar por separado.Desde el punto de vista de la conductividad térmica del cobre no es un problema, y ​​la afirmación de la rápida disipación de calor del aluminio, que ignora el vínculo entre los dos, será térmica independiente de la discusión sobre la conductividad térmica, que llevó al error.La conductividad térmica se analiza independientemente de la conductividad térmica, llegando así a resultados erróneos.