Solución:
El cobre tiene una mejor conductividad térmica.
Aluminio – $ mathrm {200 frac {W} {m cdot K}} $
Cobre – $ mathrm {400 frac {W} {m cdot K}} $
(de aquí, también aquí)
Pero la conductividad térmica dentro del material sólido es solo una parte de la historia. El resto de la historia depende de dónde se quiera arrojar el calor.
Refrigerante liquido
El disipador de calor de cobre (también se le puede llamar bloque de transferencia de calor) funcionará mejor que el de aluminio.
Aire con convección forzada
En otras palabras, hay un ventilador que sopla sobre el disipador de calor. El disipador de calor de cobre funcionará mejor que el de aluminio.
Aire con natural convección
He guardado lo mejor para el final. También parece que también es el caso del OP.
Con aire de convección natural, el disipador de calor de cobre funciona solo marginalmente1 mejor (en ° C / W) que el aluminio. Esto se debe a que el cuello de botella no está en la transferencia dentro del metal. Cuando tiene aire con convección natural, el cuello de botella está en la transferencia entre el metal y el aire, y es lo mismo para Al y Cu.
1 Debo agregar que el aumento marginal a menudo no vale el costo del Cu.
Esta curva demuestra la relación no lineal entre la transferencia de calor y la conductividad térmica del material. La curva es genérica. Se aplica a cualquier aplicación que tenga componentes de conducción y convección para la transferencia de calor total. [Radiation is typically small and is ignored in this calculation.] La forma de la curva es la misma independientemente de la aplicación. Los valores cuantitativos de los ejes no se muestran porque dependen de la potencia, el tamaño de la pieza y las condiciones de refrigeración por convección. Se vuelven fijos para cualquier aplicación y conjunto de condiciones dados. Es obvio por la forma de la curva que la transferencia de calor depende de la conductividad térmica del material, pero También hay un punto, un codo en la curva, donde el aumento de la conductividad térmica produce una mejora insignificante en la transferencia de calor..
(fuente, énfasis mío NA)
Phil ya ha vinculado un artículo de ECN que compara el aluminio y el cobre en el aire con la convección natural. Aquí hay otra perspectiva: ¿qué pasa si comparamos el aluminio con un material con menor conductividad térmica (a diferencia del cobre)? Existe una empresa que fabrica plástico termoconductor. Tiene $ mathrm {20 frac {W} {m cdot K}} $ conductividad, pero eso es mucho para un plástico. Lo han comparado con el aluminio en aire con convección natural.
E2 es el plástico (fuente)
Es una pregunta compleja, con muchos factores. Veamos algunas propiedades físicas:
- conductividad térmica ( $ mathrm {W over m cdot K} $)
- cobre: 400
- aluminio: 235
- capacidad calorífica volumétrica ( $ mathrm {J sobre cm ^ 3 cdot K} $)
- cobre: 3,45
- aluminio: 2,42
- densidad $ mathrm {g sobre cm ^ 3} $)
- cobre: 8,96
- aluminio: 2.7
- índice anódico $ mathrm V $)
- cobre: -0,35
- aluminio: -0,95
¿Qué significan estas propiedades? Para todas las comparaciones que siguen, considere dos materiales de geometría idéntica.
La conductividad térmica más alta del cobre significa que la temperatura a través del disipador de calor será más uniforme. Esto puede ser ventajoso ya que las extremidades del disipador de calor estarán más calientes (y por lo tanto irradiarán más eficazmente) y el punto caliente unido a la carga térmica estará más frío.
La mayor capacidad calorífica volumétrica del cobre significa que se necesitará una mayor cantidad de energía para elevar la temperatura del disipador de calor. Esto significa que el cobre puede “suavizar” la carga térmica de manera más eficaz. Eso podría significar que breves períodos de carga térmica dan como resultado una temperatura máxima más baja.
La mayor densidad del cobre lo hace más pesado, obviamente.
El índice anódico diferente de los materiales puede hacer que un material sea más favorable si la corrosión galvánica es una preocupación. Cuál es más favorable dependerá de qué otros metales estén en contacto con el disipador de calor.
Según estas propiedades físicas, el cobre parecería tener un rendimiento térmico superior en todos los casos. Pero, ¿cómo se traduce esto en un rendimiento real? Debemos tener en cuenta no solo el material del disipador de calor, sino cómo este material interactúa con el entorno ambiental. La interfaz entre el disipador de calor y su entorno (aire, generalmente) es muy significativa. Además, la geometría particular del disipador de calor también es significativa. Debemos considerar todas estas cosas.
Un estudio de Michael Haskell, Comparando el impacto de diferentes materiales de disipadores de calor en el rendimiento de enfriamiento, realizó algunas pruebas empíricas y computacionales en disipadores de calor de espuma de aluminio, cobre y grafito de geometría idéntica. Puedo simplificar enormemente los hallazgos: (e ignoraré el disipador de calor de espuma de grafito)
Para la geometría particular probada, el aluminio y el cobre tuvieron un rendimiento muy similar, siendo el cobre un poco mejor. Para que se haga una idea, a un flujo de aire de 1,5 m / s, la resistencia térmica del cobre del calentador al aire fue de 1,637 K / W, mientras que el aluminio fue de 1,677. Estos números están tan cerca que sería difícil justificar el costo y el peso adicionales del cobre.
A medida que el disipador de calor se vuelve más grande en comparación con la cosa que se enfría, el cobre gana una ventaja sobre el aluminio debido a su mayor conductividad térmica. Esto se debe a que el cobre puede mantener una distribución de calor más uniforme, extrayendo el calor hacia las extremidades de manera más eficaz y utilizando de forma más eficaz toda el área radiante. El mismo estudio hizo un estudio computacional para un enfriador de CPU grande y calculó resistencias térmicas de 0.57 K / W para cobre y 0.69 K / W para aluminio.
¡Tienes mucha buena información de los usuarios anteriores! Por favor, considere mi respuesta como un complemento significativo e importante de los consejos que ya tiene:
¡El material de interfaz térmica (TIM) puede importar tanto y fácilmente incluso más que el material que elija para su disipador de calor! Digo esto por experiencia y personalmente probando docenas de tipos y variedades de material de interfaz. Su presupuesto, métodos de conexión y otros parámetros de diseño probablemente limitarán sus opciones a un tipo específico de TIM. Por ejemplo: una pasta requiere que el disipador de calor esté asegurado mecánicamente y un adhesivo no. Algunos materiales son desordenados y difíciles de usar, pero funcionan bien y algunas cosas son casi inútiles en su rendimiento y pueden o no ser fáciles de usar.
Diría con mucha confianza que el TIM que usa puede importar mucho más que si usa cobre o aluminio. No en todos los casos, pero las diferencias de rendimiento pueden resultar sorprendentes.
Buscar materiales populares y bien revisados para CPU / disipadores de calor puede brindarle algunas buenas opciones para elegir.
¡Buena suerte!