Varmetråde med strøm

Da mængden af ​​varme, der genereres af strømmen, når den strømmer gennem ledningen, er proportional med tiden, skal ledningens temperatur stige kontinuerligt, når strømmen løber gennem ledningen. Faktisk, når en strøm kontinuerligt føres gennem en ledning, etableres en vis konstant temperatur, selvom den kontinuerlige frigivelse af varme fortsætter i denne ledning.

Dette fænomen forklares ved, at ethvert legeme, hvis temperatur er højere end miljøets temperatur, frigiver varmeenergi til miljøet på grund af det faktum, at:

• for det første har kroppen selv og de kroppe, der er i kontakt med den, varmeledningsevne;

• for det andet bliver luftlagene, der støder op til kroppen, opvarmet, stiger op og giver plads til koldere lag, som opvarmes igen, og så videre. (varmekonvektion);

• for det tredje på grund af det faktum, at det opvarmede legeme udsender mørke og nogle gange synlige stråler ind i det omgivende rum og bruger en del af sin termiske energi på dette (stråling).

Alle ovenstående varmetab er jo større, jo større forskel er der på kroppens og omgivelsernes temperaturer.Derfor, når lederens temperatur bliver så høj, at den samlede mængde varme, som lederen afgiver til det omgivende rum pr. tidsenhed, er lig med mængden af ​​varme, der genereres i lederen hvert sekund af en elektrisk strøm, så er temperaturen af konduktøren vil holde op med at stige og blive permanent.

Tabet af varme fra en leder under passagen af ​​en strøm er et for komplekst fænomen til teoretisk at opnå afhængigheden af ​​lederens temperatur af alle de omstændigheder, der påvirker kroppens afkølingshastighed.

Der kan dog drages nogle konklusioner ud fra teoretiske overvejelser. I mellemtiden er spørgsmålet om ledningernes temperatur af stor praktisk betydning for alle tekniske beregninger af netværket, rheostater, viklinger osv. Derfor bruger de i teknologien empiriske formler, regler og tabeller, der giver forholdet mellem ledningernes tværsnit og den tilladte strømstyrke under forskellige forhold, hvor ledningerne er. Nogle kvalitative sammenhænge kan forudsiges og let etableres empirisk.

Det er klart, at enhver omstændighed, der reducerer indflydelsen fra en af ​​de tre årsager til kropskøling, øger lederens temperatur. Lad os pege på nogle af disse omstændigheder.

En uisoleret lige ledning, der er strakt vandret, har en lavere temperatur end den samme ledning ved samme strømstyrke i lodret position, fordi i det andet tilfælde stiger den opvarmede luft langs ledningen, og udskiftningen af ​​den opvarmede luft med kold luft sker langsommere, end i det første tilfælde.

En ledning viklet i en spiral opvarmer meget mere end en lignende ledning med samme strømstyrke strakt i en lige linje.

En leder dækket med et lag isolering opvarmer mere end en uisoleret, fordi isoleringen altid er en dårlig varmeleder, og temperaturen på overfladen af ​​isoleringen er meget lavere end lederens temperatur, så afkølingen af denne overflade ved luftstrømme og stråling er meget mere -lille.

Hvis en ledning placeres i brint eller glødende gas, som har en højere varmeledningsevne end luft, så vil temperaturen på ledningen for samme strømstyrke være lavere end i luft. Tværtimod, med kuldioxid, hvis varmeledningsevne er lavere end luftens, opvarmes ledningen mere.

Hvis lederen placeres i et hulrum (vakuum), så stopper konvektionen af ​​varme helt, og opvarmningen af ​​lederen vil være meget større end i luft. Dette bruges ved installation af glødepærer.

Generelt er afkølingen af ​​ledningernes luftstrømme af primær betydning blandt andre kølefaktorer. Enhver stigning i køleoverfladeareal reducerer lederens temperatur. Derfor afkøles et bundt tynde parallelle ledninger, der ikke er i kontakt med hinanden, meget bedre end en tyk ledning med samme modstand, hvis tværsnit er lig med summen af ​​tværsnittene af alle ledningerne i bundtet .

For at lave reostater med relativt lav vægt, bruges meget tynde metalstrimler som ledere, der krympes for at reducere deres længde.

Da mængden af ​​varme, der afgives af strømmen i en leder, er proportional med dens modstand, så opvarmes lederen, hvis modstand er større, til en højere temperatur, hvis der er tale om to ledere af samme størrelse, men forskelligt stof.

Ved at reducere trådens tværsnit kan du øge dens modstand så meget, at dens temperatur når sit smeltepunkt. Dette bruges til at beskytte netværket og enhederne mod at blive beskadiget af strømme af større styrke end enhederne og netværket er designet til.

For denne såkaldte sikringer, som er korte ledninger lavet af et lavtsmeltende metal (sølv eller bly). Tværsnittet af denne ledning beregnes således, at denne ledning ved en bestemt specificeret strømstyrke smelter.

De data, der er angivet i tabellerne til at finde tværsnittet af sikringer for forskellige strømme, refererer til sikringer med en længde på mindst visse dimensioner.

En meget kort sikring køler bedre end en lang på grund af den gode varmeledningsevne af kobberklemmerne, som den er tilsluttet og smelter derfor ved en lidt højere strøm. Desuden skal sikringens længde være sådan, at der ikke kan dannes en lysbue mellem enderne af ledningerne, når den smelter. På denne måde bestemmes den mindste sikringslængde afhængig af netspændingen.

Se også:

Opvarmning af strømførende dele med udvidet strømflow i formlerne