Hallo liebe MC'ler, ich habe gelesen, dass wärme im Vakuum nicht abgeführt werden kann. Was heißt das eig. genau ? Und wo sind die Nachteile, dass man diese Wärme nicht abführen kann ? In dem Bericht ging es darum, dass eine Spule im Vakuum solang stromdurchflossen war, dass diese sehr warm wurde. Ich hoffe, ihr könnt mich aufklären!
Nur Wärmestrahlung geht durchs Vakuum. Wärmeströmung oder Wärmeleitung geht nicht, denn dafür braucht es ein Medium.
Alexander schrieb: > Hallo liebe MC'ler, > > ich habe gelesen, dass wärme im Vakuum nicht abgeführt werden kann. Was > heißt das eig. genau ? Und wo sind die Nachteile, dass man diese Wärme > nicht abführen kann ? > > In dem Bericht ging es darum, dass eine Spule im Vakuum solang > stromdurchflossen war, dass diese sehr warm wurde. > > Ich hoffe, ihr könnt mich aufklären! Die Umgebung der Spule kann die Wärme nicht abführen, wenn keine Luft vorhanden ist. Sie kann demzufolge die Wärme nur durch Strahlung abgeben.
ich schrieb: > Alexander schrieb: >> Hallo liebe MC'ler, >> >> ich habe gelesen, dass wärme im Vakuum nicht abgeführt werden kann. Was >> heißt das eig. genau ? Und wo sind die Nachteile, dass man diese Wärme >> nicht abführen kann ? >> >> In dem Bericht ging es darum, dass eine Spule im Vakuum solang >> stromdurchflossen war, dass diese sehr warm wurde. >> >> Ich hoffe, ihr könnt mich aufklären! > > Die Umgebung der Spule kann die Wärme nicht abführen, wenn keine Luft > vorhanden ist. Sie kann demzufolge die Wärme nur durch Strahlung > abgeben. Und wo sind dann die Nachteile, wenn die Wärme durch Strahlung abegegeben ist bzw. wo liegt das Problem ? Weil anscheinend ist es ja ein Problem, dass die Wärme nicht durch die Luft abgeführt werden kann.
Luft kann Wärme abführen, weil die Atome der Luft Energie aufnehmen können (wie alle Atome - denke ich. Im Normalfall strömt Warme nach oben, von unten strömt kalte Luft nach. So wird die Energie nach oben weg transportiert. (Ideales) Vakuum hat keine Atome, die Energie aufnehmen könnten.
Gegenfrage: Was passiert mit einem Gegenstand der Verlustleistung in Form von Wärme erzeugt, die er nicht los wird? Denk mal selbst nach.
:
Bearbeitet durch User
Das ist kein Problem sondern eine Eigenschaft des Vakuums. Ob es für die konkrete Anwendung ein Problem ist hängt vom Ziel ab. Ein Lampenfaden glüht etwas eher wenn er nicht in Luft sondern im Vakuum steckt. Ein Transistor dagegen raucht schneller ab wenn ihm die kühlende Luftströmung fehlt.
Alexander schrieb: > Und wo sind dann die Nachteile, wenn die Wärme durch Strahlung > abegegeben ist bzw. wo liegt das Problem ? > > Weil anscheinend ist es ja ein Problem, dass die Wärme nicht durch die > Luft abgeführt werden kann. In atmosphärischer Umgebung besteht die Wärmeableitung aus Strahlung UND Konvektion. Wobei die Konvektion den überaus größeren Anteil hat. Die umgebende Luft hat ja Kontakt mit der heißen Spule, also einen geringeren thermischen Widerstand. Genau dieser Kontakt fällt aber im Vakuum weg. Übrig bleibt nur die Strahlung.
Luft kann Wärme abführen, weil die Atome der Luft Energie aufnehmen können (wie alle Atome - denke ich). Im Normalfall strömt Warme nach oben, von unten strömt kalte Luft nach. So wird die Energie nach oben weg transportiert. (Ideales) Vakuum hat keine Atome, die Energie aufnehmen könnten. Die meisten warmen Dinge (z.B. Glühlampen und auch LED's) geben nur einen Bruchteil ihrer Energie als Strahlung ab. Der größe Teil wird von der Umgebungsluft abtransportiert. Ohne Luft kann die Glühpampe nur die Strahlung loswerden. Der rest der Wärme bleibt vor Ort und staut sich auf.
Ja aber wo liegt das Problem, wenn Wärme mit strahlung abgeführt wird?
Alexander schrieb: > Ja aber wo liegt das Problem, wenn Wärme mit strahlung abgeführt wird? Wo liegt jetzt dein Problem?
Alexander schrieb: > Ja aber wo liegt das Problem, wenn Wärme mit strahlung abgeführt wird? Der Transport ist "ineffektiv" und es wird viel mehr Temperaturdifferenz benoetigt...
Alexander schrieb: > Ja aber wo liegt das Problem, wenn Wärme mit strahlung abgeführt > wird? Es ist nur ein BRUCHTEIL dessen, was durch die Luftströmung möglich wäre. Deswegen Wärmestau in der Spule.
Ich habe mal irgendwo gelesen (finde die Quelle jetzt nicht), dass die Abstrahlung um mehrere Zehnerpotenzen weniger Wärme abführen kann als Konvektion. Natürlich ist die Strahlung nocht ganz extrem Temperaturabhängig, aber bei der Konvektion ist das ja auch so...
>Ja aber wo liegt das Problem, wenn Wärme mit strahlung abgeführt wird?
Wir wissen ja nicht, in welchem Zusammenhang das als Problem bezeichnet
wurde. Du solltest zu Texten immer die Quelle angeben.
An sich gibt es mit der Abführung von Wärme durch Strahlung kein
Problem. Die Frage ist nur ob genug Wärme abgeführt wird um das Gerät
nicht zu beschädigen. In Luft, kommt zu der Abführung durch Strahlung
eben noch die Abführung durch Konvektion hinzu.
Hallo! Bei den Projekten von Cube-Sat trat dieses problem in Erscheinung. Hobbybastler konnten Würfel-Satelliten ins All schicken mit Kantenlänge 10 cm. Wenn dort drinnen ein paar Watt Verlustleistung verbraten wurden, und die Oberfläche durch die Sonne erwärmt wird, funktioniert nicht mal mehr die Wärmestrahlung.
Bei Vakuum erfolgt keine Wärmeabfuhr durch Konvektion, sondern nur durch Abstrahlung von infraroten elektromagentischen Wellen. Die Strahlungsleistung ist proportional der vierten Potenz der Absoluten Temperatur (Stefan-Boltzmann-Gesetz) [1] Bei Wärmeleitung durch Konvektion und über Kontaktflächen ist die Leistung protpotional der Temperatur*differenz* und umgekehrt proportional dem Wärmewiderstand. D.h. ein Körper, der im Vakuum eine eingebrachte Leistung eben einzig und allein über Strahlung abführen muss wird sehr viel heißer, als ein Körper, der es über Konvektion oder Kontakt tun darf. Einfaches Rechenbeispiel aus der Praxis: Der Die eines MOSFETs (IRF540) sei als Kugel mit dem Durchmesser 1 mm ()r=0,5 mm modelliert. Das entspricht einer Kugeloberfläche von 3,14 mm² = 3,14e-6 m3, bzw. einer Kantenlänge des Chips von sqrt(pi) Millimeter, also rund 1,77 mm, was plausibel erscheint. Angenommen, der Chip setze eine Verlustleistung von nur 1 W um und gebe sie im Vakuum nur durch Strahlung ab. Einsetzen in das Stefan-Bolzman-Gesetz ergibt eine absolute Temoperatur von 1539 K also rund 1260°C, was knapp unter dem Schmelzpunkt des Siliziums liegt. Der MOSFET, selbst frei stehend montiert hat aber einen max. thermischen Widerstand von 62 K/W, d.h. der Chip wird also gerade mal 62 K über der Umgebung warm. Bei 25°C Raumtemperatur also gerade mal 87°C. Weil er eben seine Wärme durch Konvektion der Luft, die Kontakt mir dem Gehäuse hat abgeben kann bei einer moderaten Temperatur, und eben nicht wahnsinns heiß werden muss, um ein thermisches Gleichgewicht herzustellen. [1] http://de.wikipedia.org/wiki/Stefan-Boltzmann-Gesetz
M.N. schrieb: > Der Die eines MOSFETs (IRF540) sei als Kugel mit dem Durchmesser 1 mm > ()r=0,5 mm modelliert. Ein realistisches Modell für TO-220?
Du hast, unter normalen Umständen, drei Möglichkeiten Wärme loszuwerden:
1. Konvektion Strömende Luft, Wasser oder ähnliches
2. Strahlung Die gute, alte Infrarotstrahlung, aber auch Strahlung
Jeglicher Art.
3. Wärmeleitung Kupfer ist in dieser Hinsicht ein regelrechtes Leckerli
aber auch das gute alte Eisen entsorgt Dir Wärme.
Nur Punkt 1 macht mangels Teilnehmern Probleme.
Warum aber nicht Nümmerli 3 nutzen?
A. K. schrieb: >> Der Die eines MOSFETs (IRF540) sei als Kugel mit dem Durchmesser 1 mm >> ()r=0,5 mm modelliert. > > Ein realistisches Modell für TO-220? PS: Zum Vergleich müsstest dann aber auch du den Wärmewiderstand des nackten Dies in der Luft heranziehen, nicht den vom TO-220 Gehäuse.
Christoph Z. schrieb: > Ich habe mal irgendwo gelesen (finde die Quelle jetzt nicht), dass die > Abstrahlung um mehrere Zehnerpotenzen weniger Wärme abführen kann als > Konvektion. Na ja, die Sonne führt ziemlich viel Energie durch Strahlung ab. Es ist alles eine Frage der Temperatur: Zitat von Wiki: "in Schwarzer Körper emittiert bei einer Temperatur von 300 K (das entspricht einer Temperatur von ca. 27 °C) pro Quadratmeter Oberfläche eine Strahlungsleistung von etwa 460 Watt. Für den dieser Temperatur entsprechenden Wellenlängenbereich ist das Auge nicht empfindlich und der Schwarze Körper erscheint dunkel. Bei einer Temperatur von 5800 K (Temperatur der Sonnenoberfläche) emittiert ein Schwarzer Körper eine Strahlungsleistung von 64 MW/m2"
A. K. schrieb: > M.N. schrieb: >> Der Die eines MOSFETs (IRF540) sei als Kugel mit dem Durchmesser 1 mm >> ()r=0,5 mm modelliert. > > Ein realistisches Modell für TO-220? Nein, aber für den Die. Bitte weiterlesen: >bzw. einer Kantenlänge des Chips von sqrt(pi) Millimeter, also rund 1,77 mm, was plausibel erscheint. Nur der Die erzeugt die Verlustleistung und muss sie loswerden. Das TO220-Gehäuse steht in direktem Kontakt mit dem Die und "kühlt" ihn durch Wärmeleitung, zählt also explizit nicht mehr zum Vakuum.
Hab ich das nun richtig verstanden: Da die Wärme nur durch Strahlung abgeführt wird und diese nicht so effektiv wie Luft ist, wird die Spule heiß bleiben. Bzw.: Angenommen ich schicke durch eine normale Luftspule, welche Luftgekühlt ist, 20 A durch und diese erwärmt sich nach 3 min. auf 100 Grad. Unter den selben Bedingungen im Vakuum wäre die Erwärrmung nicht 100 Grad sondern höher, da ja weniger abgeführt wird als in der Luft, richtig?
Das mit der 4. Potenz hatte ich noch im Hinterkopf gespeichert. Wie machen die das wohl bei den Radionuklidbatterien z.B. von dem grossen Mars Rover Curiosity? Der hat immerhin 2kW thermische Leistung. Der Rover muss also einen ständig glühenden Hintern haben...
Edit: der R_th_JC ist mit gerade mal mit 1 K/W angegeben. Im Vakkuum gibt es kein Case, keine Luft kein gar nichts. Es ist keine Wärmeleitung möglich, sondern nur Strahlung. Von daher hinkt der Vergleich nicht allzu sehr, oder?
Amateur schrieb: > Warum aber nicht Nümmerli 3 nutzen? Wohin ableiten? Letztlich geht es über - Vergrösserung der Oberfläche - Höhere Temperatur, z.B. per Wärmepumpe - Kühlmittelvorrat, z.B. verdampfendes Eis oder flüssiges Helium
M.N. schrieb: > Nur der Die erzeugt die Verlustleistung und muss sie loswerden. Das > TO220-Gehäuse steht in direktem Kontakt mit dem Die und "kühlt" ihn > durch Wärmeleitung, zählt also explizit nicht mehr zum Vakuum. In deinem Modell kriegst du dann aber Probleme mit dem Anschlussleitungen, denn auch die sorgen bei dir bereits für Wärmeleitung. Und ohne Leitungen kriegst du deine 1W nicht zustande. Soll heissen: Haare spalten kann ich auch. ;-)
Amateur schrieb: > Warum aber nicht Nümmerli 3 nutzen? Macht man ja, Beispiel Alukernplatinen, aber wohin willst du die in einem Satelliten leiten ? Der ist froh, wenn er die Sonnenseite in den Schatten bekommt )Abdeckfolie) und auf der abgewandten Seite die paar Watt per Strahlung los wird.
Christoph Z. schrieb: > Wie machen die das wohl bei den Radionuklidbatterien z.B. von dem > grossen Mars Rover Curiosity? Der hat immerhin 2kW thermische Leistung. > Der Rover muss also einen ständig glühenden Hintern haben... Eine kühle (Strahlungskühlung) und eine heisse (Zerfallswärme) Arschbacke. Und Peltiers dazwischen. Beim Mars kommt vielleicht auch die Atmosphäre ins Spiel - immerhin hat er eine. Die heisse Seite zu kühlen wär da doch etwas widersinnig. Es ist ausserdem sogar so, dass man Raumsonden teilweise heizen muss, damit sie nicht zu kalt werden.
:
Bearbeitet durch User
Man versieht Raumsonden mit einer absorbierenden Seite, die auch gut abstrahlt und einer reflektierenden. Dann kann man die Temperatur durch das Flaechenverhaeltnis, das zur Sonne zeigt einstellen.
Alexander schrieb: > Da die Wärme nur durch Strahlung abgeführt wird und diese nicht so > effektiv wie Luft ist, wird die Spule heiß bleiben. Nein. Weder Wärme, noch Strahlung, noch Luft sind "effektiv". Es geht um den Vergleich der durch Strahlung und der durch Konvektion abgegebenen Wärme. Wenn man das Wort "effektiv" hier verwenden will so ist beides effektiv oder auch nicht, je nachdem welchen Aufwand man ansetzt - nur kann es eben im Vakuum keine Abführung der Wärme durch Konvektion geben. > > Bzw.: > > Angenommen ich schicke durch eine normale Luftspule, welche Luftgekühlt > ist, 20 A durch und diese erwärmt sich nach 3 min. auf 100 Grad. > > Unter den selben Bedingungen im Vakuum wäre die Erwärrmung nicht 100 > Grad sondern höher, da ja weniger abgeführt wird als in der Luft, > richtig? Ja.
> Wie machen die das wohl bei den Radionuklidbatterien z.B. von dem > grossen Mars Rover Curiosity? Der hat immerhin 2kW thermische Leistung. > Der Rover muss also einen ständig glühenden Hintern haben... In irgendeinem Amerikanischen Helden-Film hatten sie Flaschen mit einem Gas dabei, welches zur Kühlung der Technik diente. Aufgrund eines ungeplant längeren Aufenthaltes im All ging ihnen das Gas aus und die Elektronik ging kaputt. Ich weiss, in Filmen wird auch viel quatsch gezeigt. Immerhin kann ich mir vorstellen, das es so funktionieren könnte.
Hi alle zusammen, Diese Frage könnte durch das Studium des Aufbaus und Wirkungsweise der Elektronenroehre beantwortet werden. Stichwort Anode und deren Verlustleistung! Viel Spass dabei
Thread beobachten
Seitenaufteilung abschaltenBitte melde dich an um einen Beitrag zu schreiben. Anmeldung ist kostenlos und dauert nur eine Minute.
Bestehender Account
Schon ein Account bei Google/GoogleMail? Keine Anmeldung erforderlich!
Mit Google-Account einloggen
Mit Google-Account einloggen
Noch kein Account? Hier anmelden.