Värmetrådar med ström

Eftersom mängden värme som genereras av strömmen när den flyter genom tråden är proportionell mot tiden, måste trådens temperatur öka kontinuerligt när strömmen flyter genom tråden. Faktum är att när en ström kontinuerligt leds genom en tråd, etableras en viss konstant temperatur, även om den kontinuerliga frigöringen av värme fortsätter i denna tråd.

Detta fenomen förklaras av det faktum att varje kropp vars temperatur är högre än omgivningens temperatur avger värmeenergi till miljön på grund av det faktum att:

• för det första har kroppen själv och kropparna i kontakt med den värmeledningsförmåga;

• för det andra värms luftlagren intill kroppen, stiger upp och ger vika för kallare lager, som värms upp igen, och så vidare. (värmekonvektion);

• för det tredje, på grund av det faktum att den uppvärmda kroppen avger mörka och ibland synliga strålar i det omgivande utrymmet och spenderar en del av sin termiska energi på detta (strålning).

Alla ovanstående värmeförluster är ju större, desto större skillnad är det mellan kroppens och omgivningens temperaturer.Därför, när temperaturen på ledaren blir så hög att den totala mängden värme som avges av ledaren till det omgivande utrymmet per tidsenhet är lika med mängden värme som genereras i ledaren varje sekund av en elektrisk ström, då av konduktören kommer att sluta öka och bli permanent.

Värmeförlusten från en ledare under passagen av en ström är ett alltför komplext fenomen för att teoretiskt sett erhålla beroendet av ledarens temperatur på alla omständigheter som påverkar kroppens kylningshastighet.

Vissa slutsatser kan dock dras utifrån teoretiska överväganden. Samtidigt är frågan om trådarnas temperatur av stor praktisk betydelse för alla tekniska beräkningar av nätverket, reostater, lindningar etc. Därför använder de inom tekniken empiriska formler, regler och tabeller som ger förhållandet mellan trådarnas tvärsnitt och den tillåtna strömstyrkan under olika förhållanden som ledningarna befinner sig i. Vissa kvalitativa samband kan förutsägas och lätt etableras empiriskt.

Uppenbarligen ökar varje omständighet som minskar inverkan av en av de tre orsakerna till kroppskylning temperaturen på ledaren. Låt oss peka på några av dessa omständigheter.

En oisolerad rak tråd sträckt horisontellt har en lägre temperatur än samma tråd vid samma strömstyrka i vertikalt läge, eftersom i det andra fallet stiger den uppvärmda luften längs tråden och ersättningen av den uppvärmda luften med kall luft sker långsammare, än i det första fallet.

En tråd lindad i en spiral värms upp mycket mer än en liknande tråd med samma strömstyrka sträckt i en rak linje.

En ledare täckt med ett lager av isolering värmer upp mer än en oisolerad, eftersom isoleringen alltid är en dålig värmeledare, och temperaturen på isoleringens yta är mycket lägre än temperaturen på ledaren, så kylningen av denna yta av luftströmmar och strålning är mycket mindre.

Om en tråd placeras i väte eller glödande gas, som har en högre värmeledningsförmåga än luft, kommer temperaturen på tråden för samma strömstyrka att vara lägre än i luft. Tvärtom, med koldioxid, vars värmeledningsförmåga är lägre än luftens, värms tråden upp mer.

Om ledaren placeras i ett hålrum (vakuum) kommer värmekonvektionen att sluta helt och uppvärmningen av ledaren blir mycket större än i luft. Detta används vid installation av glödlampor.

I allmänhet är kylningen av trådarnas luftströmmar av primär betydelse bland andra kylningsfaktorer. Varje ökning av kylytan minskar ledarens temperatur. Därför kyls ett knippe av tunna parallella trådar som inte är i kontakt med varandra mycket bättre än en tjock tråd med samma resistans, vars tvärsnitt är lika med summan av tvärsnitten av alla trådar i bunten .

För att göra reostater med relativt låg vikt används mycket tunna metallremsor som ledare, som krymps för att minska deras längd.

Eftersom mängden värme som avges av strömmen i en ledare är proportionell mot dess resistans, värms ledaren vars resistans är större upp till en högre temperatur i fallet med två ledare av samma storlek men olika substans.

Genom att minska trådens tvärsnitt kan du öka dess motstånd så mycket att dess temperatur når sin smältpunkt. Detta används för att skydda nätverket och enheterna från att skadas av strömmar med större styrka än vad enheterna och nätverket är designade för.

För detta sk säkringar, som är korta trådar gjorda av en lågsmältande metall (silver eller bly). Tvärsnittet av denna tråd beräknas så att vid en viss specificerad strömstyrka smälter denna tråd.

Uppgifterna i tabellerna för att se tvärsnittet av säkringar för olika strömmar avser säkringar med en längd av åtminstone vissa dimensioner.

En mycket kort säkring kyler bättre än en lång på grund av den goda värmeledningsförmågan hos kopparklämmorna som den är ansluten till och smälter därför vid en något högre ström. Dessutom måste säkringens längd vara sådan att en elektrisk ljusbåge inte kan bildas mellan ledarnas ändar när den smälter. På så sätt bestäms den minsta säkringslängden beroende på nätspänningen.

Se även:

Uppvärmning av spänningsförande delar med utökat strömflöde i formlerna