Kodėl per didelis karštis kenkia elektronikai?
Trumpas atsakymas: Per didelis karštis kenkia elektronikai, nes pakeičia dalių ir medžiagų elgseną. Karštis gali išlydyti jungtis, priversti metalą judėti, pagreitinti blogas chemines reakcijas ir sutrikdyti tinkamą lustų veikimą.
Trumpas paaiškinimas
Elektronika gaminama iš metalų, plastikų ir mažyčių lustų. Karštis plečia metalus ir suminkština lydmetalį (metalą, kuris jungia dalis). Tai gali nutrūkinti jungtis arba priversti dalis judėti.
Karštis taip pat pagreitina chemines reakcijas akumuliatorių ir kondensatorių viduje, o tai gali sukelti nuotėkius ar staigius gedimus. Lustuose dėl aukštesnės temperatūros elektronai elgiasi kitaip, todėl lustas gali sulėtėti arba sugesti. Jei įrenginys pakankamai įkaista, dalys gali išsilydyti arba užsidegti.
Štai kodėl įtaisuose yra ventiliatoriai, radiatoriai arba programinė įranga, kuri sulėtina įrenginį, kai jis per daug įkaista, kad apsaugotų viduje esančias dalis. Žala gali būti greita (pavyzdžiui, lydymasis) arba lėta (pavyzdžiui, metalo atomai lėtai juda ir per mėnesius nutraukia laidą). Bet kuriuo atveju, elektronikos vėsinimas padeda jai tarnauti ilgiau.
Ką sako fizika
Įvardyti dėsniai / principai: Poveikių/dėsnių pavadinimai: Džaulio kaitinimas (I^2R), Arrhenius lygtis (reakcijos greitis didėja didėjant temperatūrai), elektromigracija ir šiluminis išsiveržimas.
Kai elektros srovė teka laidininku, ji išskiria šilumą (Džaulio kaitinimas). Aukštesnė temperatūra padidina cheminių reakcijų greitį medžiagų viduje (Arrhenius elgesys), todėl korozinės arba ardymo reakcijos vyksta greičiau. Mažyčiuose metaliniuose laiduose ant lustų atomai gali lėtai migruoti esant aukštai temperatūrai ir srovei; tai vadinama elektromigracija ir gali sudaryti atviras grandines arba trumpuosius jungimus.
Puslaidininkiai (medžiagos lustų viduje) keičia savo elektrines savybes priklausomai nuo temperatūros: krūvininkai ir jų judrumas pasislenka, todėl tranzistoriai gali sugesti arba gauti neteisingus signalus. Lituotos ir plastikinės dalys kaitinamos suminkštėja arba išsilydo, o skirtingos medžiagos plečiasi skirtingai, sukeldamos įtempimą ir įtrūkimus. Jei kaitinant dalys sunaudoja daugiau srovės, tai gali pagreitinti šilumos augimą kilpoje, vadinamoje šiluminiu išsiveržimu.
Kaip mes tai žinome: inžinieriai testuoja dalis ilgą laiką jas veikdami aukštesnėje temperatūroje (pagreitintas eksploatavimo laiko bandymas) ir stebi didesnį gedimų dažnį, o mokslininkai laboratorijoje matuoja elektromigraciją ir medžiagų pokyčius mikroskopais ir elektriniais bandymais . Realaus pasaulio įrenginių gedimai (pvz., telefonų išsijungimas saulėje) atitinka šiuos laboratorinių tyrimų rezultatus .
Pastebėk aplink
- Telefonas, kuris išsijungia arba užstringa, kai saulėje per daug įkaista.
- Nešiojamasis kompiuteris, kuris įkaista ir tada garsiai veikia ventiliatorius, kad atvėsintų procesorių.
- Baterija, kuri išsipučia arba praleidžia skystį po ilgo buvimo karštame automobilyje.
- Litavimo jungties įtrūkimas ant plokštės po daugelio šildymo / aušinimo ciklų (pvz., karštoje palėpėje).
- Maitinimo šaltinis, kuris sugenda po to, kai mėnesius buvo per karšta.
Išbandymas
Pašildykite ir palyginkite dvi baterijas
Sauga: Nešildykite baterijų liepsna ir nemeskite jų į karštą vandenį; nutraukite, jei baterija labai įkaista arba iš jos prateka skystis.
Priemonės
- 2 identiškos AA baterijos
- mažas LED diodas
- baterijų laikiklis arba kasetė
- chronometras arba telefono laikmatis
Žingsniai
- Įdėkite vieną bateriją į kambario temperatūrą, o kitą laikykite šiltoje rankoje apie 60 sekundžių.
- Įdėkite kiekvieną bateriją į LED grandinę vieną po kitos ir įjunkite LED diodą. Chronometru matuokite, kiek laiko LED diodas šviečia.
- Užrašykite bet kokį ryškumo skirtumą arba kiek laiko LED diodas šviečia.
- Leiskite pašildytai baterijai atvėsti iki kambario temperatūros ir pakartokite, kad vėl palygintumėte. Ką rodo: Karštis gali iš karto pakeisti baterijos veikimą ir laikui bėgant pagreitinti cheminius pokyčius, kurie kenkia baterijoms.
Žodžiai, kuriuos verta žinoti
- Elektromigracija: lėtas metalo atomų judėjimas laide dėl šilumos ir elektros srovės, kuris gali nutrūkti laidą.
- Terminis išsiveržimas: kilpa, kai dėl šilumos prietaisas sunaudoja daugiau srovės, kuri sukuria daugiau šilumos ir taip toliau, kol sugenda.
- Lydmetalis: minkštas metalas, naudojamas elektroninėms dalims sujungti; karštas jis gali išsilydyti arba įtrūkti.
- Puslaidininkas: medžiaga (pvz., silicis), naudojama lustams gaminti; jos elektrinės savybės kinta priklausomai nuo temperatūros.
Dažni klausimai
Ar galiu pataisyti įkaitusią elektroniką?
Kartais, jei atsilaisvina jungtis, galite ją vėl įstatyti, tačiau išsilydžiusias dalis ar pažeistus lustus paprastai reikia profesionaliai remontuoti arba pakeisti.
Ar nedidelis temperatūros padidėjimas pakenks mano įrenginiui?
Trumpalaikis, nedidelis temperatūros padidėjimas paprastai nesukelia tiesioginės žalos, tačiau pasikartojanti arba labai aukšta temperatūra sutrumpina jo tarnavimo laiką.
Kodėl įrenginiuose yra ventiliatoriai?
Ventiliatoriai ir radiatoriai pašalina šilumą, kad dalys išliktų saugioje temperatūros diapazone ir tarnautų ilgiau.
Ar šaltis geriau nei karštis elektronikai?
Šaltis taip pat gali sukelti problemų, tačiau karštis daug kartų greičiau pagreitina pažeidimus, todėl paprastai svarbiau yra vėsinti elektroniką.