Lämmitysjohdot virralla

Koska virran tuottama lämpö sen kulkiessa langan läpi on verrannollinen aikaan, langan lämpötilan on noustava jatkuvasti virran kulkiessa langan läpi. Itse asiassa, kun virtaa johdetaan jatkuvasti langan läpi, muodostuu tietty vakiolämpötila, vaikka jatkuva lämmön vapautuminen jatkuu tässä johdossa.

Tämä ilmiö selittyy sillä, että mikä tahansa kappale, jonka lämpötila on korkeampi kuin ympäristön lämpötila, vapauttaa lämpöenergiaa ympäristöön, koska:

• ensinnäkin itse kappaleella ja sen kanssa kosketuksissa olevilla kappaleilla on lämmönjohtavuus;

• toiseksi kehon vieressä olevat ilmakerrokset lämpenevät, nousevat ylös ja väistyvät kylmemmille kerroksille, jotka lämmitetään uudelleen ja niin edelleen. (lämmön konvektio);

• kolmanneksi johtuen siitä, että kuumennettu kappale lähettää tummia ja joskus näkyviä säteitä ympäröivään tilaan kuluttaen osan lämpöenergiastaan ​​tähän (säteilyyn).

Kaikki edellä mainitut lämpöhäviöt ovat sitä suurempia, mitä suurempi on ero kehon ja ympäristön lämpötilojen välillä.Siksi, kun johtimen lämpötila nousee niin korkeaksi, että johtimen ympäröivään tilaan luovuttaman lämmön kokonaismäärä aikayksikköä kohden on yhtä suuri kuin sähkövirran joka sekunti johtimeen tuottaman lämmön määrä, johtimen määrä lakkaa kasvamasta ja muuttuu pysyväksi.

Lämmönhäviö johtimesta virran kulun aikana on liian monimutkainen ilmiö, jotta johtimen lämpötilan riippuvuus teoreettisesti saataisiin kaikista olosuhteista, jotka vaikuttavat kehon jäähtymisnopeuteen.

Joitakin johtopäätöksiä voidaan kuitenkin tehdä teoreettisten näkökohtien perusteella. Sillä välin johtojen lämpötilakysymys on erittäin käytännönläheinen kaikissa verkon, reostaattien, käämien jne. teknisissä laskelmissa. Siksi tekniikassa he käyttävät empiirisiä kaavoja, sääntöjä ja taulukoita, jotka osoittavat johtojen poikkileikkausten ja sallitun virranvoimakkuuden välisen suhteen eri olosuhteissa, joissa johdot ovat. Jotkut laadulliset suhteet voidaan ennustaa ja määrittää helposti empiirisesti.

Ilmeisesti mikä tahansa seikka, joka vähentää yhden kolmesta kehon jäähtymisen syystä, nostaa johtimen lämpötilaa. Tarkastellaanpa joitain näistä olosuhteista.

Vaakasuoraan venytetyn eristämättömän suoran langan lämpötila on alhaisempi kuin saman johdon samalla virranvoimakkuudella pystyasennossa, koska toisessa tapauksessa lämmitetty ilma nousee lankaa pitkin ja lämmitetyn ilman korvautuminen kylmällä ilmalla tapahtuu hitaammin, kuin ensimmäisessä tapauksessa.

Spiraaliin kierretty lanka lämpenee paljon enemmän kuin samanlainen saman ampeerin lanka suorassa linjassa.

Eristyskerroksella päällystetty johdin lämpenee enemmän kuin eristämätön, koska eriste on aina huono lämmönjohdin ja eristeen pinnan lämpötila on paljon alhaisempi kuin johtimen lämpötila, joten tämä ilmavirtojen ja säteilyn pinta on paljon -pienempi.

Jos lanka asetetaan vetyyn tai hehkuvaan kaasuun, jonka lämmönjohtavuus on korkeampi kuin ilman, langan lämpötila samalla virranvoimakkuudella on alhaisempi kuin ilmassa. Päinvastoin, hiilidioksidilla, jonka lämmönjohtavuus on alhaisempi kuin ilman, lanka lämpenee enemmän.

Jos johdin asetetaan onteloon (tyhjiö), lämmön konvektio pysähtyy kokonaan ja johtimen kuumeneminen on paljon suurempi kuin ilmassa. Tätä käytetään hehkulamppujen asennuksessa.

Yleensä johtojen ilmavirtojen jäähdytys on ensisijainen merkitys muiden jäähdytystekijöiden joukossa. Jäähdytyspinta-alan lisäys laskee johtimen lämpötilaa. Siksi nippu ohuita rinnakkaisia ​​johtoja, jotka eivät ole kosketuksissa toisiinsa, jäähtyvät paljon paremmin kuin saman vastuksen omaava paksu lanka, jonka poikkileikkaus on yhtä suuri kuin nipun kaikkien johtojen poikkileikkausten summa. .

Suhteellisen pienipainoisten reostaattien valmistamiseksi käytetään johtimina erittäin ohuita metalliliuskoja, jotka puristetaan niiden pituuden lyhentämiseksi.

Koska virran luovuttaman lämmön määrä johtimessa on verrannollinen sen resistanssiin, niin kahden samankokoisen, mutta eri aineellisen johtimen tapauksessa se johdin, jonka resistanssi on suurempi, kuumennetaan korkeampaan lämpötilaan.

Pienentämällä langan poikkileikkausta voit lisätä sen vastusta niin paljon, että sen lämpötila saavuttaa sulamispisteen. Tätä käytetään suojaamaan verkkoa ja laitteita vaurioilta vahvemmilta virroilta kuin laitteet ja verkko on suunniteltu.

Tätä varten ns sulakkeet, jotka ovat lyhyitä lankoja, jotka on valmistettu matalassa lämpötilassa sulavasta metallista (hopea tai lyijy). Tämän langan poikkileikkaus lasketaan siten, että tietyllä määrätyllä virranvoimakkuudella tämä lanka sulaa.

Eri virtojen sulakkeiden poikkileikkauksen etsimiseksi taulukoissa annetut tiedot viittaavat sulakkeisiin, joiden pituus on vähintään tietyt mitat.

Hyvin lyhyt sulake jäähtyy paremmin kuin pitkä sulake sen liittämien kuparipuristimien hyvän lämmönjohtavuuden vuoksi ja sulaa siksi hieman suuremmalla virralla. Lisäksi sulakkeen pituuden tulee olla sellainen, että sen sulaessa johtimien päiden väliin ei voi muodostua kaaria. Tällä tavalla pienin sulakkeen pituus määritetään verkkojännitteen mukaan.

Katso myös:

Jännitteisten osien lämmitys laajennetulla virtauksella kaavoissa