Thermischer Widerstand
Im Datenblatt eines Prozessorkühlers fand ich die Angabe eines „thermischen Widerstands“. Was hat es damit auf sich?
Im Datenblatt eines Prozessorkühlers fand ich die Angabe eines „thermischen Widerstands“. Was hat es damit auf sich?
Analog zum elektrischen Widerstand lässt sich auch ein Wärmewiderstand berechnen, der beschreibt, wie gut ein Kühler (oder ein beliebiger anderer Gegenstand) Wärme leitet. In der Praxis ist der thermische Widerstand von CPU-Kühlern allerdings weder exakt messbar noch im individuellen PC-System genau reproduzierbar.
Die Angabe des Wärmewiderstands erfolgt in Kelvin pro Watt (K/W), manchmal auch in Grad Celsius pro Watt (°C/W), und bezeichnet den Quotient aus Temperaturdifferenz und abgeführter Wärmeleistung (Rth = (Theiß - Tkalt) / Pv). Kennt man die aktuelle Leistungsaufnahme des Prozessors so exakt wie die Temperatur der Kühlluft, dann lässt sich mit Hilfe des Wärmewiderstands des kompletten Kühlsystems theoretisch die resultierende Prozessortemperatur berechnen. Ein Beispiel: Ein Intel Pentium 4 2,80 GHz (Northwood, FSB800) hat eine Thermal Design Power (TDP) von 69,7 Watt. Wenn der Kühler einen Wärmewiderstand von 0,45 K/W aufweist, so wird der Prozessor 31,4 K (beziehungsweise °C) heißer als die Kühlluft, wenn er tatsächlich die spezifizierte TDP umsetzt. Bei einer Lufttemperatur im PC-Gehäuse von 40 °C erreicht er also 71,4 °C, was bei diesem Prozessor (maximale Gehäusetemperatur 75 °C) noch zulässig wäre.
Doch bei Rechnungen mit dem Wärmewiderstand drohen in der Praxis viele Fallstricke. So hängt der tatsächliche Wärmewiderstand einer Kühllösung nicht nur vom Kühlkörper ab, sondern auch von Qualität und Schichtdicke der Wärmeleitpaste, planparallelem Sitz und Anpressdruck zwischen Kühler und Prozessor, Lüfterdrehzahl und Energieverteilung auf der Oberfläche des Prozessorgehäuses. Auch die exakte Leistungsaufnahme eines Prozessors lässt sich nicht ausreichend genau bestimmen. Einerseits wäre dazu eine Spezial-Software nötig (die es aber nicht öffentlich gibt), die exakt den Lastzustand nachvollzieht, bei dem die TDP-Angabe des Datenblattes definiert ist. Andererseits regeln die Spannungswandler von Mainboards die CPU-Kernspannung gar nicht ausreichend genau, und die Höhe dieser Spannung beeinflusst die Leistungsaufnahme im quadratischen Verhältnis. Mit vernünftigem Aufwand lässt sich die tatsächliche Leistungsaufnahme moderner Prozessoren kaum noch messen, dazu wären spezielle Adapter nötig (ein Pentium 4 im Sockel-478-Gehäuse hat 85 Pins für die Kernspannung und 180 für Masse).
Im Fazit ist der thermische Widerstand eines Prozessorkühlers zwar eine wichtige Kenngröße für den Vergleich verschiedener Kühler, erlaubt aber in der Praxis nur eine grobe Einschätzung der zu erwartenden Kühlleistung. (ciw) (ciw)
