Considere um circuito integrado (CI) 10 mm times 10 mm que dissipa 1 W de potência. O CI é resfriado por convecção natural com o ar ambiente a 25^circ C. A superfície superior do CI é exposta ao ar, enquanto as outras cinco faces são isoladas. Se a temperatura da superfície do CI não pode exceder 85^circ C, determine o coeficiente de transferência de calor por convecção para este CI.

Passo 1

Beleza, vamos resumir o que temos:
Você tem um circuito integrado (CI) quadrado de 10 mm × 10 mm que está dissipando 1 W de potência. Ele está em convecção natural com o ar a 25 °C, mas só a face de cima troca calor (as outras cinco estão isoladas). A máxima temperatura permitida na superfície é 85 °C.
Conteúdo da matéria: transferência de calor por convecção natural, usando a Lei de Resfriamento de Newton.
O que vamos precisar:
  • Entender que a potência dissipada por convecção vale .
  • Calcular a área da face exposta em metros quadrados.
  • Isolar o coeficiente .

Passo 2

Listando os dados e o que falta descobrir:
Dados:
• Potência dissipado
• Temperatura da superfície
• Temperatura do ar ambiente
• Dimensões do CI: 10 mm × 10 mm
• Somente a face superior (área ) troca calor
Objetivo:
• Determinar o coeficiente de convecção .

Passo 3

Teoria aplicada (Lei de Newton do Resfriamento):
A transferência de calor por convecção é dada por
Q = h,A,l(Ts - Tinftyr)
onde
h = QA,(Ts - Tinfty) é a potência transferida por convecção (W),
é o coeficiente de convecção (W/m²·K),
é a área de troca térmica (m²),
e são as temperaturas da superfície e do fluido (K ou °C, pois a diferença é a mesma).
Para achar , basta isolar:

Passo 4

Calcular a área da face superior em unidades do SI:
Comprimento = 10 mm = 0,010 m
Largura = 10 mm = 0,010 m
Então
A = 0,010 m times 0,010 m = 1,0times10^-4 m^2

Passo 5

Agora, basta colocar tudo na fórmula:
De
h = QA,De

Resposta

O coeficiente de transferência de calor por convecção natural para esse CI é
boxedh approx 1,7 times 10^2 W/m^2 cdot K

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