نظرًا لأن الموصلية الحرارية هي الدعامة الأساسية للتبريد في الحوسبة، فهي ضرورية لمصنعي المعالجات ومبددات الحرارة وبطاقات الرسومات ومجموعات التبريد السائل. نفسر بعمق علميًا ما هي الموصلية الحرارية وكل تفاصيل هذا المفهوم.

نحن لسنا فيزيائيين أو كيميائيين، ولكن لدينا ما يكفي من المعرفة العلمية والتقنية لفهم أساسيات تبريد المكونات. وفي الوقت نفسه، من الضروري استكشاف أساسيات الأداء الحراري، والتأكيد على أهمية الخاصية المذكورة في المركبات. سنجد معجونًا حراريًا ويرتبط ارتباطًا وثيقًا به.

ما هي الموصلية الحرارية؟

إنها الخاصية المادية التي تحدد قدرة المادة على نقل الحرارة عن طريق الاتصال المباشر. وحدة القياس هي وات لكل كلفن (W / م · كلفن). هذا الحجم يعادل جول، بحساب J / مللي كلفن (متر لكل كلفن).

يحدث من خلال التحريض الجزيئي والاتصال. تتقدم الحرارة في تدرج درجة الحرارة (من الأعلى إلى المنخفض). يبدأ من درجة حرارة عالية ومنطقة طاقة جزيئية عالية. تصل إلى منطقة أكثر برودة وطاقة جزيئية أقل.

يمكنك أن ترى أن هناك انتقالًا ثابتًا ودوريًا حيث تتم محاولة التوازن الحراري. لذلك، من المهم جدًا أن يكون لديك معدل نقل حرارة جيد. الهدف هو نقل الحرارة ببطء.

على سبيل المثال، عند رفع تردد التشغيل عن وحدة المعالجة المركزية (CPU)، يُطلب من المعالج أن يكون بارداً قدر الإمكان، ويتحقق ذلك من خلال النقل السريع للحرارة. ولكن كيف نتأكد من أن الحرارة تنتقل بسرعة؟ لديها موصلية حرارية عالية بفضل معجون حراري عالي الأداء.

على ماذا تعتمد الموصلية الحرارية للمادة؟

عندما نتحدث عن مادة ما والتوصيل الحراري لها، فلدينا عدة عوامل تعتمد عليها:

  • تدرج درجة الحرارة
  • خصائص المواد
  • طول المسار الذي تأخذه الحرارة

ومع ذلك، من المهم معرفة المواد التي تكون أكثر فأكثر موصلةK الموصلية الحرارية (Wm·K):

  • 5000
  • الجرافين
  • 2000-2200
  • الماس
  • 429
  • الفضة
  • 385
  • نحاس
  • 314
  • ذهب
  • 205
  • المنيوم
  • 109
  • نحاس
  • 79.5
  • حديد
  • 50.2
  • فولاذ
  • 0.8
  • زجاج
  • 0.12-0.04
  • خشب

من بين هذه المواد، لن يتم استخدام الجرافين أو الماس أبدًا لتبديد الحرارة في الحياة اليومية، حيث يكون النحاس والألمنيوم أكثر شيوعًا لهذا الغرض. إذن ماذا نفعل بالمواد ذات الموصلية الحرارية المنخفضة؟ يمكنك استخدامها للمنازل والمكاتب وما إلى ذلك. يمكننا استخدامها للعزل.

بالنسبة للعزل، لا تعد المواد المستخدمة مهمة فحسب، بل تعد أيضًا مهمة لنوع الغلاف الذي نستخدمه. على العكس من ذلك، يتم استخدام المواد التي تكون موصلات للحرارة في أواني المطبخ، وتبريد الثلاجة، والمعدات القوية، وما إلى ذلك.

كيف نفهم ما إذا كانت الموصلية الحرارية للمعجون الحراري عالية؟

في الأساس، يتعلق تطبيقه في الحوسبة بالمعاجين الحرارية أو الفوط الحرارية. الأول هو مركب ينتج عن مزيج من المواد الموصلة المطبقة على IHS في وحدة المعالجة المركزية والتي تعمل على نقل الحرارة من المبدد الحراري إلى وحدة المعالجة المركزية.

متى يكون للعجين موصلية حرارية عالية؟ يمكننا القول أن هناك موصلية عالية في المعاجين الحرارية أعلى من 8 واط / م كلفن، وهي قيمة ليس من السهل الحصول عليها في جميع المعاجين الحرارية. لتجنبك البحث واحدًا تلو الآخر للتحقق من الموصلية، يمكننا القول أن هناك 3 أنواع من المعجون الحراري:

  • سيراميك . وهي ذات الموصلية الأقل، وتتراوح بين 3 و 6 واط / م كلفن، وتتميز بعدم توصيل الكهرباء وتكون أكثر أمانًا من غيرها. من السهل التمييز بين اللون الأبيض.
  • معدني . يوجد في خليطها معادن بالسيليكون، والتي تتمتع بموصلية أعلى بكثير: يمكن أن تصل إلى 13 واط / مللي كلفن.
  • معدن سائل . لا يتم بيع هذا المنتج، ولكن بفضل المكونات المستخدمة، فإنها تحقق موصلية قياسية تبلغ 80 واط / م كلفن.

من بين كل ما سبق ذكره، فإن المعدن السائل هو الأكثر خطورة، لأنه عند تسخينه يصبح شديد السائلة ويكون أيضًا موصلًا كهربائيًا. لذلك، لا يتم بيعه في متاجر التجزئة لأنه ليس من السهل جدًا تطبيقه وصيانته ويجب التعامل معه من قبل محترفين.

أخيرًا، لدينا بديل الوسادة الحرارية، والذي يفاجئ الكثيرين بموصلية حرارية تصل إلى 35 واط / م كلفن، ولا تتمتع جميع وسادات التسخين بهذه الموصلية، ولكن تلك التي تحقق هذه القيم مصنوعة من الجرافيت. بالنسبة لأولئك الذين لا يعرفون، يعد الجرافيت مادة موصلة لدرجة أنه تم استخدامه في المفاعلات النووية (على الرغم من أن حادث تشيرنوبيل كان مرتبطًا بعيب تصميم متعلق بالجرافيت).

بشكل عام، تحتوي المعاجين المعدنية الحرارية على أكسيد الزنك في معظم الحالات. عليك أن تميز بين أن تكون بالسعة كهربائياً وأن تكون موصلاً كهربائياً.

في حين أن هناك العديد من المعاجين الحرارية المعدنية السعوية كهربائياً، فإن بعض النماذج موصلة للكهرباء. عندما تكون في شك، فمن الأفضل دائمًا البحث عن معلومات حول المعجون الحراري الذي يثير اهتمامك قبل الشراء.