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Thermodynamik

Wärmeausdehnung

- Festkörper dehnen sich mit zunehmender Temperatur aus
- Lägenausdehnung (Δl) ist annähernd linear zur Temperaturerhöhung(ΔT)
- Lägenausdehnung (Δl) = α * ΔT * l
- Temperaturerhöhung(ΔT) = T1 - T0
- Längenausdehnungskoeffizient (α) in 1/K

Längenausdehnung berechnen bei einer Temperaturerhöhung um 100K:

Δl(Silizium):

Δl(Kupfer):

 

Wärmekapazität

Um eine Temperaturerhöhung(ΔT) zu erhalten muss dem Stoff thermische Energie (Wv) zugeführt werden, welche dann in diesem gespeichert ist. Vereinfacht lässt sich dies durch die spezifische Wärmekapazität (cp) eines Stoffes beschreiben.

- Wärmekapazität (cp) in J / kg K (wird für 20°C angegeben
- zugeführte Energie (Wv) = Wärmekapazität (cp)  (in thermisch eingeschwungenem System)
- Verlustleistung (Pv) = ΔWv / Δt   =   Cp * (ΔT / Δt)
- Cp = cp * m
- Verlustleistung (Pv)

Vergleich Kondensator Elektrotechnik

 

Wärmeleitung

Sobald ein Festkörper unterschiedliche Temperaturzonen aufweist fließt ein Wärmestrom von der warmen zur kalten Zone.

- Wärmestromdichte (pv)- Wärmeleitfähigkeit (λ) in W / (m*K)
- thermischer Widerstand (Rv) in W / K

Vergleiche Widerstand Elektrotechnik

Wärmeleitung über Oberflächen / Kühlkörper

- thermischer Widerstand Junction - Case (RvJC)
- thermischer Widerstand Case - Ambient (RvCA)
- thermischer Widerstand Junction - Ambient (RvJA) = RvJC + RvJA
- Umgebungstemperatur (TA)
- Temperatur der aktiven Schicht (TJ) = RvJA * Pv + TA

Mit diesen Angaben kann einiges berechnet werden:
- aus Verlustleistung (Pv) und Umgebungstemperatur (TA) ===> RvJA bestimmen
- aus Umgebungstemperatur (TA) und RvJA ===> maximale Verlustleistung

 

 

Thermodynamische Materialzahlen (ein Auszug ...)

(Bild Tabelle Feststoffe)