É possível calcular quanta dissipação de calor e aumento de temperatura ocorrerão em um resistor

Suponha que eu tenho uma bateria de 100 mAh a 20V. Eu conecto um resistor de 1000 kohm nele. Quanto calor será gerado e como posso encontrar o aumento de temperatura no resistor? Enquanto a bateria funciona, acho que o fluxo de corrente será reduzido com o tempo, mas não tenho certeza sobre a tensão de uma bateria real. Talvez eu não esteja dando informações suficientes aqui, desculpe-me por isso.

Eu só gostaria de saber que informações são necessárias para fazer esse cálculo? Você já fez isso? No caso ideal (considerando apenas os fatores mais significativos), quais fatores são considerados para fazer uma estimativa da dissipação de calor e aumento da temperatura e por que a dissipação e a temperatura reais do calor no experimento prático real seriam diferentes?

Sei que essa pergunta parece difícil, mas ficarei muito feliz se finalmente conseguir resolver esse mistério.

A energia fornecida a um resistor, que converte em calor, é a tensão que atravessa o tempo da corrente através dele:

    P = IV

Onde P é potência, I é corrente e V é tensão. A corrente através de um resistor está relacionada à tensão que o atravessa e à resistência:

    I = V / R

onde R é a resistência. Com essa relação adicional, você pode reorganizar as equações acima para gerar energia como uma função direta de tensão ou corrente:

    P = V ² / R

    P = I ² R

Acontece que, se você aderir a unidades de Volts, Amperes, Watts e Ohms, nenhuma constante de conversão adicional será necessária.

No seu caso, você tem 20 V em um resistor de 1 kΩ:

    (20 V) ² / (1 kΩ) = 400 mW

Essa é a quantidade de energia que o resistor estará dissipando.

O primeiro passo para lidar com isso é garantir que o resistor seja classificado para tanta potência em primeiro lugar. Obviamente, um resistor de "¼ Watt" não funciona. O próximo tamanho comum é "½ Watt", o que pode levar esse poder em teoria com todas as condições apropriadas atendidas. Leia atentamente a folha de dados para ver sob quais condições o seu resistor de ½ Watt pode realmente dissipar um ½ Watt. Pode especificar que o ambiente tenha que ser 20 ° C ou menos com uma certa quantidade de ventilação. Se esse resistor estiver em uma placa que está em uma caixa com outra coisa que dissipa energia, como uma fonte de alimentação, a temperatura ambiente pode ser significativamente superior a 20 ° C. Nesse caso, o resistor de "½ Watt" não aguenta realmente ½ Watt, a menos que talvez exista ar de um ventilador soprando ativamente em seu topo.

Para saber quanto a temperatura do resistor aumentará acima da temperatura ambiente, você precisará de mais uma figura, que é a resistência térmica do resistor à temperatura ambiente. Será aproximadamente o mesmo para os mesmos tipos de embalagem, mas a resposta verdadeira está disponível apenas na folha de dados do resistor.

Digamos apenas para escolher um número (do nada, não procurei nada, apenas exemplo) que o resistor com almofadas de cobre adequadas tem uma resistência térmica de 200 ° C / W. O resistor está dissipando 400 mW, portanto, seu aumento de temperatura será de cerca de (400 mW) (200 ° C / W) = 80 ° C. Se estiver em uma placa aberta em sua mesa, você provavelmente pode imaginar um ambiente máximo de 25 ° C, para que o resistor atinja 105 ° C. Observe que está quente o suficiente para ferver água, mas a maioria dos resistores fica bem nessa temperatura. Apenas mantenha seu dedo afastado. Se isso estiver em uma placa em uma caixa com uma fonte de alimentação que aumente a temperatura na caixa a 30 ° C do ambiente, a temperatura do resistor poderá atingir (25 ° C) + (30 ° C) + (80 ° C) = 135 ° C. Tudo bem? Não me pergunte, verifique a folha de dados.

Dissipação é apenas vem da lei do poder .

É impossível prever o aumento da temperatura sem saber quão bem o resistor em questão dissipa o calor. Depende do que está em contato (dissipador de calor ou não?), Qual é o fluxo de ar e qual é a temperatura ambiente. Quanto menos bem o resistor conseguir eliminar o calor, maior será sua temperatura para aumentar, para dissipar a potência implícita na lei de energia. Não podemos prever isso simplesmente a partir de tensão e resistência.

Além disso, os resistores têm uma resistência dependente da temperatura. Se o aumento da temperatura for significativo e o coeficiente for significativo, pode ser necessário considerar.