熱阻計算器

熱阻是材料阻礙熱量流動能力的量度，類似電路理論中的電阻。就像電阻 (R = V/I) 連結電壓與電流，熱阻 (R_th = ΔT/Q) 連結溫差與熱流率。這個類比很有用：熱阻的串聯與並聯組合遵循與電網路相同的數學規則，因此可用簡單的電路運算分析複雜的多層隔熱系統。 平板材料的熱阻公式為 R = L / (k × A)，其中 L 是厚度（公尺），k 是熱導率，單位 W/(m·K)，A 是橫截面積，單位 m²。所得單位為 K/W（克耳文每瓦）。已知 R 後，穩態熱流率就是 Q = ΔT / R，其中 ΔT 是材料兩側的溫差（克耳文）。材料內部的溫度梯度為 ΔT / L，單位 K/m。 熱導率 k 描述材料傳導熱的固有能力。靜止空氣的 k ≈ 0.024 W/(m·K)，是絕佳的隔熱體——這也是玻璃纖維與泡棉隔熱產品的基礎，它們將空氣困在小孔格中。高效能氣凝膠隔熱材料的 k 可低至 0.015 W/(m·K)。另一端，銅的 k ≈ 400 W/(m·K)，用於需要最大傳熱的散熱片、熱管與熱交換器。鋼 (k ≈ 50)、混凝土 (k ≈ 1.4) 與木材 (k ≈ 0.12) 則介於兩端之間。 在建築施工中，隔熱性能常以 R 值（單位面積）表示：R_spec = L / k，單位 m²·K/W。如此不需指定牆面面積，即可直接比較不同隔熱厚度與材料。英國與歐洲建築規範會規定牆、屋頂與地板的最低 U 值要求（U = 1/R_spec）。隔熱良好的英國空腔牆可達 U = 0.18 W/(m²·K)，需要總 R_spec > 5.5 m²·K/W。 在電子冷卻中，熱阻是選擇散熱片與熱介面材料的關鍵指標。功耗 100 W、接面到外殼熱阻為 0.5 K/W 的處理器，其晶粒溫度會比封裝外殼溫度高 50°C。若熱介面材料與散熱片再增加 1.5 K/W，接面溫度會比環境溫度高 150°C，可能超過最大額定溫度。將從晶片到環境的每個熱阻環節降到最低，是可靠電子設計的必要條件。