در مطالب قبل ، ما در مورد اثرات بیشماری که دما بر LED ها دارد ، بحث کردیم. این امر باعث می شود تا به این فکر کنیم که چگونه این اثرات گرمایی را مدیریت کنیم. ما با ارائه یک روش تحلیلی راحت و قابل فهم برای محاسبه مواد حرارتی شروع می کنیم. سپس نگاهی عمیق به محیطی که LED ها در آن کار می کنند و انواع روشهای مختلف برای خنک نگه داشتن آنها انجام می دهیم. در ابتدا به مقدمه ای بر هدایت حرارتی و تشابه آن با هدایت الکتریکی می پردازیم. به این فکر کنید که وقتی قهوه داغ را درون یک فنجان سرامیکی قرار می دهید چه اتفاقی می افتد. در عرض 10 دقیقه ، قهوه به طور محسوسی خنک تر می شود. اگر به جای آن ، قهوه را درون یک فلاسک قرار دهید ، 10 ساعت بعد هنوز داغ است. به واحدی که تفاوت فنجان سرامیک و فلاسک را اندازه گیری می کند مقاومت حرارتی گفته می شود. می توانید آن را مشابه مقاومت الکتریکی تصور کنید. به جای مقاومت در برابر جریان برق ، جریان را از گرما متوقف می کند. فنجان سرامیکی مقاومت حرارتی کمی دارد ، بنابراین گرما به سرعت در آن جریان می یابد و گرمای قهوه به سرعت از بین می رود. فلاسک از مقاومت حرارتی بالایی برخوردار است ، بنابراین گرما از آن بسیار آهسته عبور می کند و قهوه گرمای خود را برای مدت طولانی حفظ می کند.
حال بیایید به فکر جوشاندن آب برای تهیه قهوه باشیم. اگر فقط مقدار کمی آب دارید ، آن آب در اثر حرارات به سرعت به دمای جوش می رسد. اگر قهوه را برای 10 نفر با همان مشعل درست می کنید ، رسیدن به دمای جوش بسیار بیشتر طول می کشد. واحدی که تفاوت کمیت آب را از لحاظ گرمایی اندازه می گیرد، ظرفیت گرمایی است. شما می توانید آن را شبیه به ظرفیت خازن الکتریکی تصور کنید. به جای ذخیره بار و افزایش ولتاژ ، گرما را ذخیره می کند و دما را افزایش می دهد. یک مقدار کم از آب ، ظرفیت گرمایی پایینی دارد لذا دما سریعا افزایش می یابد. یک مقدار زیاد از آب ، ظرفیت گرمایی بالایی دارد و بنابراین دما به آرامی افزایش می یابد. دقت داشته باشید که کمیتی که برای آب ثابت است و کم یا زیاد بودن آب در آن تاثیری ندارد ظرفیت گرمایی ویژه است ولی ما در این بحث در مورد ظرفیت گرمایی صحبت می کنیم نه ظرفیت گرمایی ویژه!
این مثالها کاملاً مشابه اصولی است که در مطالب آینده بحث خواهد شد. دلیل اصلی این است که مقاومت ها و خازن ها دستگاه های خطی هستند و همین طور مقاومت های حرارتی و خازن های حرارتی. معادلات یکسانی برای هر دو اعمال می شود ، فقط واحدها متفاوت هستند. بنابراین ما تشابه مستقیم نشان داده شده در جدول را داریم.
جدول : قیاس بین اجزای الکتریکی و حرارتی
شما می توانید به راحتی بررسی کنید که آیا این جدول به درستی پاسخگو هست یا نه؟ قانون اهم برای برق می گوید که V = IR ، به این معنی که ولت با اهم بار آمپر برابر است. به همین ترتیب ، واحد مقاومت حرارتی ، C° بر W است و واحد توان حرارتی W است ، بنابراین محصول آنها دما با واحد درجه سانتیگراد است.
علاوه بر این ، یک ثابت زمانی RC وجود دارد. اهم در فاراد برابر با ثانیه است. به طور مشابه ، مقاومت گرمایی در ظرفیت گرمایی دارای واحد J / W است. از آنجا که هر ژول یک وات ثانیه است ، نتیجه دارای واحد ثانیه است. به عنوان تشبیه ، به فکر این باشید که قهوه را با گرم کردن انتهای قاشقی که برای هم زدن آن استفاده می کنید ، گرم کنید. مدت زمانی که طول می کشد تا قهوه تا دمای مناسب برای نوشیدن گرم شود، هم به مقاومت حرارتی قاشق (فلز مقاومت حرارتی بسیار کمتری نسبت به پلاستیک دارد) و هم به ظرفیت گرمایی آب (آب بیشتر ظرفیت گرمایی بیشتری دارد) بستگی دارد.
