Warum sinkt der Wärmewiderstand mit steigender Temperatur?

Hier sind die Wärmewiderstandsdaten für drei vom Lautsprecherkegel gelöste Lautsprecherspulen. Irgendwelche Ideen? Ich würde denken, es wäre eine horizontale Linie.

http://i.stack.imgur.com/pjKyE.png

http://en.wikipedia.org/wiki/Thermal_resistance Absoluter Wärmewiderstand des Teils, K/W

Bearbeiten: Ich möchte auch darauf hinweisen, dass der gleiche Trend mit dem Lautsprecher auftrat, der als normaler Lautsprecher fungierte (bevor ich die Schwingspulen herausgerissen habe, um sie separat zu testen). Der Grund für diesen Test war, dass ich dachte, der Abfall des Wärmewiderstands sei auf unerwünschte Kühleffekte zurückzuführen (eigentlich wünschenswert, aber im Moment nicht) durch die Membranbewegung, aber der Abfall des Wärmewiderstands gegenüber der Temperatur ist immer noch da.

Bearbeiten: Ich werde heute das gleiche Experiment mit einem 1/4W-Widerstand durchführen und meine Ergebnisse berichten.

Für x_C = 40, 60, 80:

  1. Backofen auf x_C vorheizen
  2. Elektrischen Widerstand messen
  3. Setzen Sie 0,2 W Leistung in den Widerstand
  4. Lassen Sie die Widerstandsmessung einschwingen (thermische Zeitkonstanten)
  5. Erhöhten elektrischen Widerstand messen
  6. Berechnen Sie die resultierende Temperaturänderung des Widerstands
  7. Berechnen Sie den resultierenden Wärmewiderstand (dT/dR)
Ich sollte klarstellen, dass es sich um ein Diagramm des Wärmewiderstands (K / W) gegen die Temperatur handelt. Frage bearbeitet
Es ist nicht klar, wonach Sie fragen. Sie schreiben, dass Sie den elektrischen Widerstand gemessen haben ( Ω ) dann berechnen Sie "Wärmewiderstand" in K / Ω . Vermutlich ist dies tatsächlich die Änderung des elektrischen Widerstands mit der Temperatur. Ihr Diagramm des "Wärmewiderstands" ist jedoch wieder in anderen Einheiten ( K / W ). Es ist also nicht klar, was Sie in Ihrem Experiment gemacht haben.

Antworten (3)

Wenn Sie die Temperatur erhöhen, werden die Elektronen, die ein kaltes Fermi-Gas sind, stärker angeregt. Nur eine dünne Haut aus Elektronen um die Fermi-Energie herum, mit der Breite kT, kann überhaupt irgendetwas tun, wie zum Beispiel Wärme leiten. Mit steigender Temperatur können die Elektronen mehr Wärme leiten.

Die Wärmeleitfähigkeit von Elektronen ist größer als die Wärmeleitfähigkeit von Phononen, und zusammen machen diese die gesamte Wärmeleitfähigkeit aus. Was vor sich geht ist, dass bei steigender Temperatur die Elektronen mit höherer Wärmeleitfähigkeit einen größeren Anteil der Wärme tragen, wodurch die Wärmeleitfähigkeit sinkt.

Ohne elektronische Wärmeleitfähigkeit würde bei einem isolierenden Material die Wärmeleitfähigkeit mit der Temperatur sinken, und dies gilt auch für die Wärmeleitfähigkeit nur der Phononen im Metall. Aber der Elektronenbeitrag führt zu diesem ansonsten paradoxen Effekt.

Es hilft immer daran zu denken, dass ein Metall niemals klassisch ist, die Elektronen sind immer Quanten. Ein Metall ist wie eine gigantische chemische Bindung, an der alle Atome in einem Metall nichtlokal beteiligt sind, das ist das Leitungsband, und die gemeinsamen Elektronen haben klassisch paradoxe Eigenschaften. Deshalb ist das Drude-Modell falsch und das Fermi-Modell richtig.

Hmmm. Dies ist wirklich ein interessanter Fall, denn gemäß der Gleichung, zu der @mwengler einen Link gepostet hat, ist der thermische Widerstand positiv mit der Temperatur korreliert. Ich frage mich jedoch, ob das, was Sie beobachten, etwas damit zu tun hat, dass sich die Moleküle bei höheren Temperaturen viel schneller bewegen, da sie kinetische Energie gewinnen. Diese erhöhte Molekülbewegung wird mit Sicherheit mehr Stöße und Kollisionen zwischen allen Molekülen verursachen.

Ich würde mir vorstellen, dass mit zunehmender Anzahl von Kollisionen zwischen den Molekülen die Moleküle im Metall stärker verteilt werden, wodurch die Dichte pro Masseneinheit der Moleküle im Metall abnimmt. Je geringer die Dichte pro Masseneinheit der Moleküle ist, desto geringer ist der Widerstand. Das ist nur meine fundierte Vermutung.

Hier geht es nicht um Widerstand, sondern um Wärmewiderstand, und klassische Bilder wie die, die Sie geben, sind für beide völlig falsch.
Dann bitte, was denkst du, dass es ist?
Der Wärmewiderstand muss nicht mit der Temperatur steigen, wie es normalerweise der elektrische Widerstand tut. Elektrisches Zeug wird nur von Elektronen getragen, Wärme wird sowohl von Phononen als auch von Elektronen getragen. Meine anfängliche Vermutung war, dass Sie bei höheren Temperaturen den Anteil der von Elektronen getragenen Wärme gegenüber der von Phononen getragenen Wärme ändern, sodass Elektronen einen größeren Anteil der Wärme tragen und die Elektronen die Wärme nur mehr leiten. Ich muss es mit Daten und Schätzungen überprüfen, bevor ich es als Antwort poste. Sowohl die Phononen- als auch die Elektronendichte ändern sich mit der Temperatur nach unterschiedlichen Gesetzen.
Ich verstehe. Nun, entschuldigen Sie mein elementares Verständnis des spezifischen Wärmewiderstands im Vergleich zu Ihrem, aber mein Fachgebiet ist die Atmosphärenphysik ... Ich versuche nur, Theorien anzuwenden, die ich gelernt habe.
Ich bin kein Experte dafür, das ist nur Folklore. Bitte fühlen Sie sich nicht beleidigt, ich habe nur auf einen Fehler hingewiesen und nicht versucht zu sagen, dass Sie irgendwie fehlerhaft waren. Sie hatten ein klassisches Bild, es ist einfach nicht richtig --- die klassische Bewegung ist wahrscheinlich nicht das, was vor sich geht, weil ich denke, dass Wärmeleitung bei diesen niedrigen Temperaturen durch Phononenkollisionen beschrieben wird, nicht durch Nicht-Quantenatomkollisionen. Das Argument der Wärmeausdehnung im zweiten Absatz ist das, wogegen ich am meisten Einwände erhoben habe - die Dichteänderung ist nicht mit weniger Widerstand verbunden, weder Wärme noch Elektrizität.
Ja, Ron, du redest von den Green-Kubo-Beziehungen
@LarryHarson: Ich kenne Green-Kubo-Formeln, ich habe nicht über Formalismus gesprochen. Ich sprach über die Aufteilung zwischen dem Phononenbeitrag und dem Elektronenbeitrag zur spezifischen Wärme und Wärmeleitfähigkeit und wie sich dies ändert, wenn die Breite der Elektronenhaut breiter wird. Sie können dies mit "Green-Kubo-Formeln" berechnen, aber Sie können es von Grundprinzipien aus berechnen, und dies beinhaltet nur den allgemeinen Beweis von Green-Kubo. Der Elektron / Phonon-Kompromiss ist wahrscheinlich der Grund für die Änderung der Wärmeleitfähigkeit, aber die Details habe ich nicht ausgearbeitet.
@RonMaimon - Nun ... zumindest habe ich die Grundlagen, lol. :)
Seien Sie bitte noch einmal nicht beleidigt, aber wenn Sie den zweiten Teil niederschlagen und sagen, dass die Moleküle stärker schwingen, erwarten Sie, dass sich die Schwingungen langsamer ausbreiten, weil sie stärker behindert werden, und dies führt zu einem höheren Wärmewiderstand mit Temperatur, das wäre in der klassischen Hochtemperaturgrenze für die Phononenkomponente richtig, also für den thermischen Widerstand von Isolatoren. Die Reduzierung kommt von der wachsenden elektronischen Komponente mit der Temperatur, da bin ich mir jetzt fast sicher. Ich versuche nicht, Sie anzugreifen, nur um die Antwort korrekt zu machen. Der zweite Absatz ist nicht korrekt.

Ich bin kein Experte dafür, daher ist die folgende Erklärung meine eigene. Der elektrische Widerstand von Metallen steigt mit der Temperatur. Elektrischer Widerstand entsteht jedoch durch "Kollisionen" zwischen Elektronen und Gitterionen. Für elektrischen Strom bedeutet es die Umwandlung von elektrischem Strom in Wärme.

Aber für die Wärmeleitung ist es so, als würde man Wärmestrom in Wärme umwandeln. Kollisionen zwischen Ionen und Elektronen unterstützen die Wärmeleitung. Deshalb nimmt der Wärmewiderstand mit der Temperatur ab.

Warum sinkt der Wärmewiderstand mit steigender Temperatur?
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