热对策的基础知识(1)
～热的基础知识～
2019-01-21
前言
热对策是用来确保设备、系统的特性、寿命以及安全性的重要研究事项。作为采取必要的热对策的基础知识，我们将分3次即“热的基础知识”、“需要采取热对策的背景”、“热设计和热对策”进行解说。本次作为其第1次，对与热相关的定义和术语等进行解说。
热的基础知识
要采取热对策，必须预先了解什么是热，其特性、定义和单位等基础知识。
1. 温度和热
温度是表示物体冷热程度物理量。较常用的温标有摄氏温标（℃）和华氏温标（℉）。譬如，浴缸内的热水温度(水温)如果是38℃和42℃，则可通过温度来表示相对较热的情况。辞典等中已对热力学方面的定义进行解说，这里请大家暂且将其理解为表示冷热程度物理量。
热是表示从高温部向低温部传递的能量，进出物体来使其温度发生变化。譬如，将热水倒入杯中杯子变热，是因为热水的热量传递到了杯子上。
2. 热量、焦耳
热量是指由于温度差别而转移的能量；也就是说将热量数值化。在温度不同的物体之间，热量总是由高温物体向低温物体传递。符号使用Q (heat Quantity的Q)，单位为J(焦耳)。
焦耳是表示向物体施力使其移动的功所需的能量的单位。焦耳除了能量外，还作为功、热量、功率量的单位来使用。譬如，1J可换算为功的1N・m(牛・米)，其含义是相同的。
3. 发热量
发热量是指单位时间内热的产生量或转移量。热量的单位是焦耳(J)，而发热量主要使用瓦特(W)。瓦特通过焦耳和时间(秒)来定义。
- W＝J/s
- W
- 发热量
- J
- 热量
- s
- 时间(秒)
顺便提一下，作为热量单位之一的“卡路里”的基本定义是“标准大气压下1g的水温提高1℃所需的热量”。1卡路里=4.184J。
4. 比热容和热容
比热容是指使得1g物质的温度上升1K时所需的热量。
符号使用C，单位为J/K・g。(K:绝对温度(+1℃ = +1K))
每一物质的比热容都不同。
热容是指使得某一定量的物质温度上升1K时所需的热量。符号使用C，是该物质的比热容乘以克数而得到的值。
5. 热的性质：热传递(传热)、热平衡
重要的热的性质包括以下2项。
- 热必然是从高温侧向低温侧的物质传递
⇒ 热传递 (传热) - 当两者的温度相等时，热传递不再进行
⇒ 热平衡
这些都是通过日常经验得来的，所以大家不难进行想像。热从高温侧向低温侧传递叫做热传递或者传热。当两方的温度相同时，热的传递停止，我们将这种状态叫做热平衡状态。
6. 热传递的种类
热传递(传热)包括3种形式。物质传递热的“热传导”和“热对流”、通过电磁波传递热的“热辐射”。篝火图简明易懂地示出了各自的情况。篝火发出的热，将金属棒作为媒介而传递(热传导)，变暖的空气上升(热对流)传到我们身边，同样也通过辐射(热辐射)传到我们身边。
热传导
按照热的特性，热从高温侧向低温侧传导。液体比气体易于进行热传导，固体比液体易于进行热导。
高温
低温
气体 < 液体 < 固体
当每１ｍ长有１℃的温差时，热导率表示在单位時间１sec内移动单位断面积１m2的热量，单位为(Ｗ/ｍ・K)。这意味着热导率的数值越大热越容易传递。热导率根据物质而不同。此外，前面所描述的“热按照气体＜液体＜固体的顺序易于传递”，表示热导率按照气体＜液体＜固体的顺序从高到低。当然，固体中热导率也会根据种类而不同。
以下列出各种材料的热导率。
热对流
高温
低温
热辐射
设备冷却中热传导、热对流、热辐射所发挥的作用
热传导：对温度的均一化做出贡献
热对流：对平均温度的降低做出贡献(散热量的约80％)
热辐射：对热对流发挥辅助性的作用(散热量的约20％)
此例中，电子零部件发出的热由于热传导而向安装基板传导并分散。由于零部件及安装基板的热而引起热对流，并使得周围温度平均化，温度随之下降。这种情况下，安装基板的热辐射对热对流发挥辅助性的作用。
小结
作为用于采取热对策的基础，这里我们以热的基本特性和术语为中心进行了解说。热比较接近我们的生活，所以通过与日常经验等进行对照，特性等就易于弄清。
关于术语的含义，我们挑选其核心内容进行了简要描述。在需要了解详情时，请并用辞典等书籍。
下次我们预定登载包括热对策为什么重要、其背景等在内的内容。
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这是本公司网站里「电路设计的最优解」的技术信息中，关于热对策的基础知识的相关内容整理后的资料。
