热辐射工作原理及注意事项

什么是热辐射？

热传递主要有以下三种类型：热传导：热量通过分子、原子、电子的粒子振动传递热对流：热量在固体和流体（气体或液体）之间交换热辐射：热量通过电磁波传递。在电子设备的热管理中，这三种机制可以结合起来快速传递热量。本文将重点介绍热辐射的机理。

您在户外感受到的太阳光热是由于从太阳传播的辐射热。热辐射本身是由热源发出的电磁波引起的。热是分子、原子和电子的振动。由于这些粒子带有正电荷和负电荷，因此它们在振动时会像天线一样发射电磁波。振动越强烈，例如在高温下，发射的电磁波的能量就越高。

太阳的热能是地球上所有生命的能量来源。它还会加热地球表面和大气层，引起雨和风等天气现象。如此巨大的能量之所以到达地球，是因为太阳的中心散发出巨大的热量，大约1600万摄氏度，而太阳表面散发出大约5500摄氏度的热量。

热辐射公式

传热辐射公式如下：

Q = σ× A × (T1^4 − T2^4)

其中，Q表示传热量，σ是辐射传热系数，A表示发射面积，T1是发射温度，T2是接收温度。

热辐射的主要特点是不需要热源与受热表面直接接触。热量通过电磁波通过真空传播。然而，对于热传导和热对流传热，热源和受热物体之间必须存在分子或原子等物体的直接接触。此外，除绝对零温度外，所有物质都会经历分子、原子和电子的振动运动，即使在低温下也会产生热辐射。因此，当两种物质之间发生热辐射时，它们的热值之差就会从温度较高的物质转移到温度较低的物质。

主要材料的发射率

发射率值表示物体受热时热辐射所发射的电磁波的能量。它是一个介于0和1之间的数字，1是黑体（不反射任何波长的电磁波的理想物体，现实中不存在的理想物体）在相同温度下发出的能量。

下表是主要材料的发射率。查看此表时要记住的关键点是，发射率根据物体表面的物理特性而变化，并且与基材（即物体表面内部的材料）的物理特性无关。因此，可以通过抛光、氧化或在表面上涂漆来控制发射率。

从表中可以看出，铝和铜的表面经过抛光或氧化处理后，发射率都增加了10倍以上。使用油性涂料时，颜色不会影响发射率。然而，“黑体涂料”是一种为实现接近黑体的发射率而开发的涂料。当它应用于材料表面时，发射率变得更接近 1。

低温热源发出远红外辐射

由于热辐射而发射的电磁波的波长取决于热源的温度。由于像太阳这样的恒星是一个非常高温的热源，它会发出从紫色到红色的宽波长范围的可见光，因此看起来会发出白光。然而，由于电子设备中的 LSI（大规模集成）温度高达约 200°C，因此发射的电磁波波长几乎不包含可见光。因此，辐射主要在远红外光谱中产生。因此，电子设备的温度是通过使用非接触式温度计测量发射的红外光量来确定的。

热辐射与热对流的比较

散热器，用于电子设备的热管理，是通过热辐射和热对流来散热的部件。这两种机制不同于热传导，热传导最终将散发的热量释放到外部（例如空气和环境）。虽然视情况而定，但在不使用风扇的自然对流情况下，热辐射和热对流散发的热量是差不多的。面积越大，热辐射释放的热量也越大，因此在传热措施中必须始终考虑热辐射量。

另一方面，在强制对流的情况下，空气通过风扇或其他方式吹向散热器，热对流的传热值远大于热辐射的传热值。这可以在下面的散热器图中清楚地看到。在这种散热器设计中，热对流发生在红色虚线标记的表面，而热辐射仅发生在外部蓝色虚线。因此，在强制对流的情况下，热辐射的影响很小。

在电子设备中使用的散热系统中，将热对流、传导和辐射三种机制结合起来非常重要。傲川科技从众多项目中积累了丰富的知识，可以为散热问题提供适当的解决方案。