Fire de încălzire cu curent

Deoarece cantitatea de căldură generată de curent pe măsură ce curge prin fir este proporțională cu timpul, temperatura firului trebuie să crească continuu pe măsură ce curentul trece prin fir. De fapt, atunci când un curent este trecut continuu printr-un fir, se stabilește o anumită temperatură constantă, deși degajarea continuă de căldură continuă în acest fir.

Acest fenomen se explică prin faptul că orice corp a cărui temperatură este mai mare decât temperatura mediului eliberează energie termică în mediu datorită faptului că:

• în primul rând, corpul însuși și corpurile în contact cu acesta au conductivitate termică;

• în al doilea rând, straturile de aer adiacente corpului sunt încălzite, se ridică și lasă loc straturilor mai reci, care sunt încălzite din nou și așa mai departe. (convecție termică);

• în al treilea rând, datorită faptului că corpul încălzit emite raze întunecate și uneori vizibile în spațiul înconjurător, cheltuind o parte din energia sa termică pe aceasta (radiație).

Toate pierderile de căldură de mai sus sunt cu atât mai mari, cu atât diferența dintre temperaturile corpului și a mediului este mai mare.Prin urmare, atunci când temperatura conductorului devine atât de mare încât cantitatea totală de căldură degajată de conductor în spațiul înconjurător pe unitatea de timp este egală cu cantitatea de căldură generată în conductor în fiecare secundă de un curent electric, atunci temperatura a conductorului va înceta să crească și va deveni permanent.

Pierderea de căldură de la un conductor în timpul trecerii unui curent este un fenomen prea complex pentru a obține teoretic dependența temperaturii conductorului de toate circumstanțele care afectează viteza de răcire a corpului.

Cu toate acestea, unele concluzii pot fi trase pe baza considerațiilor teoretice. Între timp, problema temperaturii firelor este de mare importanță practică pentru toate calculele tehnice ale rețelei, reostatelor, înfășurărilor etc. Prin urmare, în tehnologie, ei folosesc formule empirice, reguli și tabele care oferă relația dintre secțiunile transversale ale firelor și puterea admisibilă a curentului în diferite condiții în care se află firele. Unele relații calitative pot fi prezise și ușor stabilite empiric.

Evident, orice circumstanță care reduce influența uneia dintre cele trei cauze ale răcirii corpului crește temperatura conductorului. Să subliniem câteva dintre aceste circumstanțe.

Un fir drept neizolat întins orizontal are o temperatură mai scăzută decât același fir la aceeași putere a curentului într-o poziție verticală, deoarece în al doilea caz aerul încălzit se ridică de-a lungul firului și înlocuirea aerului încălzit cu aer rece are loc mai lent, decât în ​​primul caz.

Un fir înfășurat într-o spirală se încălzește mult mai mult decât un fir similar de același amperaj întins în linie dreaptă.

Un conductor acoperit cu un strat de izolație se încălzește mai mult decât unul neizolat, deoarece izolația este întotdeauna un conducător slab de căldură, iar temperatura suprafeței izolației este mult mai mică decât temperatura conductorului, astfel încât răcirea această suprafaţă prin curenţii de aer şi radiaţii este mult mai mică.

Dacă un fir este plasat în hidrogen sau gaz incandescent, care au o conductivitate termică mai mare decât aerul, atunci temperatura firului pentru aceeași putere a curentului va fi mai mică decât în ​​aer. Dimpotrivă, cu dioxidul de carbon, a cărui conductivitate termică este mai mică decât cea a aerului, firul se încălzește mai mult.

Dacă conductorul este plasat într-o cavitate (vid), atunci convecția căldurii se va opri complet și încălzirea conductorului va fi mult mai mare decât în ​​aer. Acesta este utilizat la instalarea becurilor cu incandescență.

În general, răcirea curenților de aer ai firelor este de importanță primordială printre alți factori de răcire. Orice creștere a suprafeței de răcire reduce temperatura conductorului. Prin urmare, un mănunchi de fire subțiri paralele care nu sunt în contact unul cu celălalt este răcit mult mai bine decât un fir gros de aceeași rezistență, a cărui secțiune transversală este egală cu suma secțiunilor transversale ale tuturor firelor din mănunchi. .

Pentru a realiza reostate de greutate relativ mică, se folosesc drept conductori benzi metalice foarte subțiri, care sunt sertizate pentru a le reduce lungimea.

Deoarece cantitatea de căldură degajată de curent într-un conductor este proporțională cu rezistența acestuia, atunci în cazul a doi conductori de aceeași dimensiune, dar de substanță diferită, conductorul a cărui rezistență este mai mare este încălzit la o temperatură mai mare.

Prin reducerea secțiunii transversale a firului, îi puteți crește rezistența atât de mult încât temperatura acestuia să atingă punctul de topire. Acesta este utilizat pentru a proteja rețeaua și dispozitivele de a fi deteriorate de curenți mai puternici decât pentru care sunt proiectate dispozitivele și rețeaua.

Pentru aceasta asa-zisa sigurante, care sunt fire scurte realizate dintr-un metal cu punct de topire scăzut (argint sau plumb). Secțiunea transversală a acestui fir este calculată astfel încât, la o anumită putere de curent specificată, acest fir se topește.

Datele din tabelele pentru căutarea secțiunii transversale a siguranțelor pentru diferiți curenți se referă la siguranțe cu o lungime de cel puțin anumite dimensiuni.

O siguranță foarte scurtă se răcește mai bine decât una lungă datorită conductivității termice bune a clemelor de cupru la care este conectată și deci se topește la un curent puțin mai mare. În plus, lungimea siguranței trebuie să fie astfel încât, atunci când se topește, un arc electric să nu se formeze între capetele firelor. În acest fel, cea mai mică lungime a siguranței este determinată în funcție de tensiunea rețelei.

Vezi si:

Încălzirea pieselor sub tensiune cu flux de curent extins în formule