AW: CPU-Temperatur (6700k) erstaunlich unabhängig von Lüfterdrehzahl (Scythe Kotetsu) - limitierender Faktor Wärmeleitung?
1. Woran kann es liegen, dass sich die CPU-Temperatur zwischen 900 und 1400 RPM kaum ändert?
Warum sollte sie sich weiter ändern? Der Kühler ist so schmal, dass auch 900U/min so viel Luftmasse durch den Kühler bewegen,
dass die Erwärmung der Luft minimal wird. War bei meinem Brocken ECO ähnlich, mehr als 900U/min machen vor allem eines, Krach,
aber nicht mehr Kühlleistung. Rechnen wir doch einfach mal ganz grob und ohne genaue Werte zu kennen: Es geht nur ums Prinzip:
Wärmeleistung (W) = Masse (kg) x Wärmekapazität (J/kg s K) x Delta Temperatur (K)
W = Watt
J = Joule oder auch Ws
kg = Masse in Kilogramm
s = Zeit in Sekunden
Delta T = das suchst Du
Um es zu berechnen nimm der Einfachheitshalber an, das 1 Kubikmeter Luft ca. 1kg* wiegt und die Wärmekapazität ca 1 /Jkg s K* beträgt.
Das ist für einen Daumenwert genau genug. Dinge wie Wärmeübergang etc. vergessen wir mit der groben äußeren Betrachtung auch.
Die Lüfter haben bei freier Strömung eine lineare Kurve zwischen Drehzahl und Fördervolumen. Max. 100qm/h bei 1000/min. Mit Radiator
ist das natürlich anders, weil es einen gewissen Widerstand gibt, aber am prinzipiellen Verhalten ändert sich nicht, auch wenn der Nullpunkt
nicht durch 0/0 geht, sondern leicht verschoben ist. Auch das vergessen wir, es ist von untergeordneter Bedeutung. (Kurven für 140mm
Lüfter findest Du z.B. hier:
http://extreme.pcgameshardware.de/luftkuehlung/441379-140mm-luefter-roundup-2016-a.html)
Nehmen wir z.B. 72qm/h bei 900U/min an (weil es so schön einfach durch 3600 zu rechnen ist) ist das ein Massestrom von 20 g/s Luft.
Bei 100W, und die hat der Skylake nicht, wären es dann 5 K Temperaturerhöhung der Luft. Achtung, das ist nicht die CPU Temperatur-
erhöhung. Das ist nur die Betrachtung, Luft vor dem Kühler und hinter dem Kühler.
Jetzt hast Du weniger Verlustleistung und bei 900U/min geht etwas mehr Luft durch, Die Luftmasse ist mit 1,2kg/qm etwas höher darum
sind wir irgendwo bei 4°C Lufttemperaturerhöhung. Der große Sprung passiert zwischen dem Chip, dem Gehäuse und dem Kühlerboden.
Selbst wenn Du den Luftstrom von 900U/min auf 1800U/min verdoppeln würde, wäre die durchgehende Luft anstatt 4°C nur um 2°C wärmer.
Das macht den Kohl nicht mehr fett. Halbierst Du dagegen auf 450U/min, wären es anstatt 4°C derer 8°C und das spiegelt sich sehr schön
in Deinen Messwerten wieder. Dazu kommt real, dass die Leistung der CPU temperaturabhängig ist, weil die Frequenz runterregelt, wenn
es zu warm wird, die Gehäuseluft erwärmt sich, auch dagegen kann ein CPU-Kühler nix machen, weil er im Gehäuse ist. Du merkst, dass es
oft mehr bringt, die Gehäuselüfter höher zu regeln, als den CPU-Lüfter weiter orgeln zu lassen. Da hilft immer nur auszuprobieren und den
besten Kompromiss zu finden. Die Theorie gibt grobe Handlungsrichtungen, der Versuch am eigenen System dann die optimierte Situation.
Grafisch aufgetragen wird die CPU-Temperatur über der Drehzahl irgendetwas wie eine Funktion 1/x ergeben, allerdings mit einem Grenzwert
irgendwo je nach CPU, Kühler, welches Prime, etc. bei, keine Ahnung, min. 75°C. Selbst wenn Du eine wassergekühlte Kupferplatte auf die CPU
drückst, wirst Du eine bestimmte Temperaturerhöhung der CPU nicht vermeiden können. Darum wird bei OC-Rekorden auch flüssiger Stickstoff
genutzt.
Bild 1:
exemplarischer Verlauf der CPU-Temperatur über der Lüfter Drehzahl bei Prime
War das so verständlich?
In der Realität wird es dann viel komplizierter und nicht mehr berechenbar. Der Kühlerboden ist ganz entscheidend für den Wärmeübergang
von der CPU zum Kühler. Darum können auch Kleinstkühler, wie die Noctuakühler mit 92mm Lüfter ordentliche Leistung bringen, weil sie
gut verarbeitet sind. Da verlieren viele billige Kühler mit Direct touch Verfahren, also diesen eher günstig hergestellten plattgedrückten und
leicht angefrästen Heatpipes, das eine oder andere Grad. Das macht dann auch ein 140mm Lüfter nicht mehr weg. Mit dem Gehäuse ist es
ähnlich. Da bauen sich Leute zum teuren Doppelturmkühler nur zwei Lüfter ins Gehäuse und betreiben die mit 5V und wundern sich, warum
Grafikkarte und CPU so warm werden.
Was soll das mit der Masse des Kühlkörpers zu tun haben? Wenn ein Lüfter schneller dreht, wird der Kühlkörper doch immer etwas kälter.
Richtig, das tut es auch, es spielt nur keine Rolle mehr. Lies dir oben den Text durch und Du bekommst eine einfache Erklärung für das vom
TE gemessene. Es ist einfache Mathematik, eine Funktion 1/x. Und die nähert sich asymptotisch einem Grenzwert, der den Wärmeübergang
vom Chip zum Kühlerboden darstellt.
... AI Suite zeigt dir jene Werte an, welche du auch im BIOS zu sehen bekommst, während z.B. Core Temp keine exakten Messungen vornimmt. ...
Alle Programm greifen aus dieselben Werte zurück. Natürlich wird etwas gemessen, die Auswertung ist aber nicht so trivial, dazu müsste man
die CPU vermessen. Das Bios weiss auch nicht mehr als Coretemp. Die CPU kennt dagegen, weil vom Hersteller eingemessen, zumindest den
max. Wert, ab dem die Leistung gedrosselt relativ genau. Andere Werte interessieren nicht. Die absoluten Werte sind abdr auch egal, wir
vergleichen nachg Veränderungen des Luftstroms immer nur besser zu schlechter und das zeigen alle Programm sehr gut.
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Anhang
genaue Werte:
* Luftdichte bei 20°C 1,2kg/qm. , bei 35°C 1,14°C
* Wärmekapazität Luft bei 20°C 1,005 J/kg s K
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