الرادياتير هو جهاز إلكتروني مصنوع من مادة جيدة التوصيل للحرارة وغالباً ما يتم ربطه بجهاز إلكتروني لتبديد الحرارة غير المرغوب فيها. يتم استخدامه لتبريد مكونات الدائرة عن طريق تبديد الحرارة الزائدة لمنع ارتفاع درجة الحرارة والفشل المبكر وزيادة موثوقية المكونات وأدائها.
يعتمد تشغيل الرادياتير على قانون فورييه للحرارة. عندما يكون هناك تدرج في درجة حرارة الجسم، تنتقل الحرارة من مناطق ذات درجة حرارة أعلى إلى مناطق ذات درجة حرارة منخفضة. الطرق الثلاث المختلفة لنقل الحرارة هي عن طريق الإشعاع، أو الحمل الحراري، أو عن طريق التوصيل.
يحدث التوصيل الحراري عندما يتلامس جسمان عند درجات حرارة مختلفة. يتضمن ذلك تصادمات بين الجزيئات السريعة من جسم أكثر سخونة والجزيئات الأبطأ من جسم أكثر برودة. وينتج عن ذلك نقل الطاقة من الجسم الساخن إلى الجسم البارد. وبالتالي، ينقل المشتت الحراري الحرارة عن طريق التوصيل والحمل الحراري من مكون ذو درجة حرارة عالية مثل الترانزستور إلى وسط منخفض الحرارة مثل الهواء أو الزيت أو الماء أو أي وسط مناسب آخر.
ما هو المبرد
هناك نوعان من المشعاعات، مشعات سلبية ومشعات نشطة.
1. تستخدم المشتتات الحرارية النشطة مراوح تبريد أو منافيخ لتبديد الحرارة من المشتت الحراري. تتميز هذه المنتجات بخصائص تبريد ممتازة ولكنها تتطلب صيانة دورية بسبب الأجزاء المتحركة.
2. المشتتات الحرارية السلبية لا تستخدم أي مراوح ولا تحتوي على أجزاء متحركة، مما يجعلها أكثر موثوقية.
يمكن تصنيف المشعات أيضًا بناءً على تصميمها المادي وشكلها والمواد المستخدمة وما إلى ذلك. المشعات النموذجية هي:
تعمل المشعاعات كمبادلات حرارية وعادةً ما تكون مصممة بحيث تتمتع بأقصى مساحة سطحية تتلامس مع وسط التبريد مثل الهواء. يعتمد الأداء على الميزات المادية مثل المواد المستخدمة، ومعالجة السطح، والتصميم البارز، وسرعة تدفق الهواء، وطرق الاتصال. المعاجين الحرارية والمركبات والأشرطة الموصلة هي بعض المواد المستخدمة بين سطح المشتت الحراري لأحد المكونات وسطح المشتت الحراري لتحسين نقل الحرارة وبالتالي أداء المشتت الحراري.
تعتبر المعادن ذات الموصلية الحرارية الممتازة، مثل الماس والنحاس والألمنيوم، من أكثر المشتتات الحرارية كفاءة. ومع ذلك، يتم استخدام الألومنيوم بشكل شائع بسبب انخفاض تكلفته.
تشمل العوامل الأخرى التي تؤثر على أداء الرادياتير ما يلي:
1. المقاومة الحرارية
2. تدفق الهواء
3. مقاومة الحجم
4. كثافة الزعانف
5. تباعد الزعانف
6. العرض
7. الطول
تُستخدم المشتتات الحرارية لتبريد مجموعة متنوعة من المكونات الإلكترونية التي لا تتمتع بقدرات كافية لتبديد الحرارة لتبديد الحرارة الزائدة. تشمل هذه الأجهزة:
ترانزستورات الطاقة والثايرستورات وأجهزة التبديل الأخرى
الصمام الثنائي
دارة متكاملة
معالج وحدة المعالجة المركزية
معالج الرسومات
تأتي المشعات بأنواع وأحجام مختلفة لتناسب التطبيقات المختلفة. النوع الأكثر شيوعًا من الرادياتير هو الرادياتير ذو الزعانف، والذي يتكون من عدة زعانف معدنية رفيعة متصلة ببعضها البعض. تعمل هذه الزعانف على زيادة مساحة السطح لتبريد أفضل. تشمل الأنواع الأخرى من المشتتات الحرارية الزعانف الدبوسية، ومشعات الزعانف المتقاطعة، ومشعات الزعانف المسطحة، ومشعات الألواح المسطحة.
يعمل مبرد السيارة كمخزن للمياه وتبديد الحرارة. يعد الرادياتير جزءًا رئيسيًا من نظام التبريد والغرض منه هو حماية المحرك من التلف الناتج عن ارتفاع درجة الحرارة. مبدأ الرادياتير هو استخدام الهواء البارد لتقليل درجة حرارة سائل التبريد القادم من المحرك في الرادياتير. ينتمي المبرد إلى نظام تبريد السيارات. يتكون الرادياتير الموجود في نظام تبريد مياه المحرك من ثلاثة أجزاء: غرفة مدخل المياه، وغرفة مخرج المياه، واللوحة الرئيسية، وقلب الرادياتير. يقوم المبرد بتبريد سائل التبريد الذي وصل إلى درجات حرارة عالية. يصبح سائل التبريد الموجود في الرادياتير باردًا عندما تتعرض الأنابيب والزعانف الخاصة بالرادياتير لتدفق الهواء الناتج عن مروحة التبريد وحركة السيارة.
لمنع ارتفاع درجة حرارة المحرك، يجب تبريد المكونات المحيطة بغرفة الاحتراق (بطانات الأسطوانة، ورؤوس الأسطوانات، والصمامات، وما إلى ذلك) بشكل صحيح. من أجل ضمان تأثير التبريد، يتكون نظام تبريد السيارة عمومًا من المبرد، منظم الحرارة، مضخة المياه، قناة مياه الأسطوانة، قناة مياه رأس الأسطوانة، المروحة، إلخ. المبرد مسؤول عن تبريد المياه المتداولة. معظم أنابيب المياه وأحواض الحرارة مصنوعة من الألومنيوم. يتم تصنيع أنابيب المياه المصنوعة من الألومنيوم بشكل مسطح وتكون المشتتات الحرارية مموجة. انتبه إلى أداء تبديد الحرارة. اتجاه التثبيت عمودي على اتجاه تدفق الهواء. حاول تحقيق مقاومة الرياح يجب أن تكون صغيرة وكفاءة التبريد عالية. يتدفق سائل التبريد داخل قلب الرادياتير ويمر الهواء خارج قلب الرادياتير. يصبح المبرد الساخن باردًا عن طريق تبديد الحرارة إلى الهواء، ويسخن الهواء البارد عن طريق امتصاص الحرارة المنبعثة من المبرد، وبالتالي فإن المبرد عبارة عن مبادل حراري.
المشتت الحراري هو جهاز يستخدم لإدارة الحرارة الناتجة عن المكونات الإلكترونية. عادة ما تكون مصنوعة من المعدن أو الألومنيوم والغرض الرئيسي منها هو تبديد الحرارة بعيدًا عن العنصر المتصل به. تم تصميم المشتتات الحرارية بزعانف أو قنوات أو أخاديد لزيادة مساحة السطح للمساعدة في نقل الحرارة من المكون إلى البيئة المحيطة. تأتي المشعات بأحجام وأشكال متنوعة لتناسب التطبيقات المختلفة.
تعتبر المشتتات الحرارية عنصرًا ضروريًا في أي نظام إلكتروني لأنها تسمح بتبريد أفضل وتحسين الأداء. ومن خلال تبديد الحرارة بعيدًا عن العنصر، يمكن أن يظل العنصر باردًا ويعمل بأقصى قدر من الكفاءة دون الخوف من التلف الناتج عن ارتفاع درجة الحرارة. تعمل المشعاعات أيضًا على تقليل مستويات الضوضاء والاهتزاز عن طريق إزالة الحرارة من المكونات إلى البيئة.
المبرد هو المكون الرئيسي لنظام تبريد المحرك. ويتمثل دوره الرئيسي في تشتيت مزيج من مانع التجمد والماء في جميع أنحاء زعانفه، مما يؤدي إلى إطلاق بعض حرارة المحرك أثناء سحب الهواء البارد قبل الاستمرار في تمرير باقي أجزاء المحرك
الرادياتير عبارة عن مبادل حراري يستخدم لنقل الطاقة الحرارية من وسط إلى آخر بغرض التبريد والتدفئة. تم تصميم غالبية المشعاعات لتعمل في السيارات والمباني والإلكترونيات.
يعتبر المبرد دائمًا مصدرًا للحرارة لبيئته، على الرغم من أن ذلك قد يكون إما لغرض تدفئة البيئة، أو لتبريد السائل أو المبرد المزود إليه، كما هو الحال بالنسبة لتبريد محرك السيارات وأبراج التبريد الجاف لنظام التدفئة والتهوية وتكييف الهواء (HVAC). على الرغم من الاسم، فإن معظم المشعات تنقل الجزء الأكبر من حرارتها عبر الحمل الحراري بدلاً من الإشعاع الحراري
في بعض التطبيقات، يمكن أن تكون المشعاعات باهظة الثمن ويصعب تركيبها. بالإضافة إلى ذلك، إذا لم يكن حجم المشتت الحراري مناسبًا للتطبيق، فقد لا يقوم بتبديد كل الحرارة الناتجة عن المكون بشكل صحيح. من المهم أيضًا ملاحظة أن بعض المكونات حساسة للتغيرات في درجات الحرارة، لذا يجب توخي الحذر عند اختيار المشتت الحراري لهذه الأنواع من المكونات.
ببساطة، المبرد هو جسم يشتت الحرارة من مصدر الحرارة. يتم تثبيتها أيضًا على أجهزة الكمبيوتر ومشغلات DVD والأجهزة المحمولة الأخرى. عند التفكير في آلية بسيطة توضح كيفية عمل الرادياتير، يمكنك أن تتخيل مشعاعًا مثبتًا على السيارة. يقوم المبرد بسحب الحرارة بعيدًا عن محرك سيارتك. وبالمثل، يقوم المشتت الحراري بسحب الحرارة بعيدًا عن وحدة المعالجة المركزية للكمبيوتر الشخصي، على سبيل المثال. ترتبط آلية عمل الرادياتير ارتباطًا وثيقًا بالتوصيل الحراري. طالما أن جسمين لهما درجات حرارة مختلفة يتلامسان، فسوف يحدث التوصيل الحراري.
يتضمن ذلك تصادمات بين الجزيئات السريعة للجسم الأكثر سخونة والجزيئات الأبطأ حركة للجسم البارد. وينتج عن هذا أيضًا نقل الطاقة من الجسم الساخن إلى الجسم البارد. لذلك، ينقل المشتت الحراري الحرارة من المكونات ذات درجة الحرارة العالية (مثل الترانزستورات) إلى الوسائط ذات درجة الحرارة المنخفضة (مثل الهواء أو الزيت أو الماء أو أي وسط مناسب آخر) من خلال التوصيل والحمل الحراري.
يحتوي المشتت الحراري على موصل حراري يحمل الحرارة من مصدر الحرارة إلى زعانف أو دبابيس، مما يوفر مساحة سطح كبيرة لتبديد الحرارة في جميع أنحاء بقية أجزاء الكمبيوتر. ولهذا السبب تم تصميم المشتتات الحرارية لتعظيم مساحة السطح الملامسة لوسط التبريد المحيط. لذلك، يعتمد أداء الرادياتير على سرعة الهواء والمواد وتصميم النتوء ومعالجة السطح. هذه الحقيقة تدفعنا إلى ابتكار أنواع ومواد وتصنيع المشعات.
تستخدم مشعات الأنابيب الحرارية على نطاق واسع. يمكن لهذا النوع من المبرد تحسين كفاءة تبديد الحرارة للعديد من المعدات والأجهزة عالية الطاقة. يتم استخدامه على نطاق واسع ويمكن استخدامه في SVG، ومحولات التردد، والعاكسات، ومصادر الطاقة الجديدة، وما إلى ذلك.
غالبًا ما يستخدم النحاس كمادة أساسية وتكون موصليته الحرارية ضعف كفاءة الألومنيوم، مع موصلية حرارية تبلغ حوالي 400 وات/م-ك. نظرًا لأن النحاس يتمتع بخصائص ممتازة للمشتت الحراري من حيث التوصيل الحراري ومقاومة التآكل، فإنه يوفر تبديدًا ممتازًا وسريعًا وفعالًا للحرارة. ولكن بالنسبة للعيوب، فإن النحاس أثقل ثلاث مرات من الألومنيوم والسعر مرتفع للغاية. كما أن تشكيلها أصعب من تشكيل الألومنيوم.
الألومنيوم مادة خفيفة للغاية ورخيصة الثمن وذات موصلية حرارية عالية، مما يجعلها مثالية لمعظم المشتتات الحرارية. قد يكون الألومنيوم معدنًا أقوى من الناحية الهيكلية عند استخدامه في صفائح رقيقة. لكن قدرة الألومنيوم على توصيل الحرارة، المعروفة بالتوصيل الحراري، تبلغ حوالي نصف قدرة النحاس. يحد هذا العيب من المسافة التي يمكن أن تتحرك بها الحرارة أو تنتقل من مصدر الحرارة الموجود أسفل المبرد
