Нагряване на проводници с ток

Тъй като количеството топлина, генерирано от тока, когато преминава през проводника, е пропорционално на времето, температурата на проводника трябва да се увеличава непрекъснато, докато токът преминава през проводника. Всъщност при непрекъснато преминаване на ток през проводник се установява определена постоянна температура, въпреки че в този проводник продължава непрекъснатото отделяне на топлина.

Това явление се обяснява с факта, че всяко тяло, чиято температура е по -висока от температурата на околната среда, отделя топлинна енергия на околната среда поради факта, че:

• първо, самото тяло и телата в контакт с него имат топлопроводимост;

• второ, слоевете въздух в съседство с тялото се нагряват, издигат нагоре и отстъпват място на по -студени слоеве, които се нагряват отново и т.н. (топлинна конвекция);

• трето, поради факта, че нагрятото тяло излъчва тъмни и понякога видими лъчи в околното пространство, изразходвайки част от топлинната си енергия за това (радиация).

Всички горепосочени топлинни загуби са колкото по -големи, толкова по -голяма е разликата между температурите на тялото и околната среда. Следователно, когато температурата на проводника стане толкова висока, че общото количество топлина, отделяно от проводника към околното пространство за единица време, е равно на количеството топлина, генерирано в проводника всяка секунда от електрически ток, тогава температурата на проводника ще спре да се увеличава и ще стане постоянна.

Загубата на топлина от проводник при преминаване на ток е твърде сложно явление, за да може теоретично да се получи зависимостта на температурата на проводника от всички обстоятелства, които влияят върху скоростта на охлаждане на тялото.

Някои изводи обаче могат да се направят въз основа на теоретични съображения. Междувременно въпросът за температурата на проводниците е от голямо практическо значение за всички технически изчисления на мрежата, реостати, намотки и т.н. Следователно в технологията те използват емпирични формули, правила и таблици, които дават връзката между напречните участъци от проводници и допустимата сила на тока при различни условия, в които са проводниците. Някои качествени взаимоотношения могат да бъдат предвидени и лесно установени емпирично.

Очевидно всяко обстоятелство, което намалява влиянието на една от трите причини за охлаждането на тялото, повишава температурата на проводника. Нека посочим някои от тези обстоятелства.

Неизолиран прав проводник, опънат хоризонтално, има по -ниска температура от същия проводник при същата сила на тока във вертикално положение, тъй като във втория случай нагрятият въздух се издига по протежение на проводника и подмяната на нагрятия въздух със студен въздух става по -бавно, отколкото в първия случай.

Проводник, навит в спирала, загрява много повече от подобен проводник със същата сила на тока, опънат в права линия.

Проводник, покрит със слой изолация, загрява повече от неизолиран, тъй като изолацията винаги е лош топлопроводник, а температурата на повърхността на изолацията е много по -ниска от температурата на проводника, така че охлаждането на този повърхността от въздушни течения и радиация е много по -малка.

Ако проводник е поставен във водород или светещ газ, които имат по -висока топлопроводимост от въздуха, тогава температурата на проводника при същата сила на тока ще бъде по -ниска, отколкото във въздуха. Напротив, при въглеродния диоксид, чиято топлопроводимост е по -малка от тази на въздуха, жицата се нагрява повече.

Ако проводникът е поставен в кухина (вакуум), тогава конвекцията на топлината ще спре напълно и нагряването на проводника ще бъде много по -голямо, отколкото във въздуха. Това се използва при инсталиране на крушки с нажежаема жичка.

Като цяло охлаждането на въздушните потоци на проводниците е от първостепенно значение сред другите охлаждащи фактори. Всяко увеличение на охлаждащата повърхност намалява температурата на проводника. Следователно, сноп от тънки паралелни проводници, които не са в контакт един с друг, се охлажда много по -добре от дебел проводник със същото съпротивление, чието напречно сечение е равно на сумата от напречните сечения на всички проводници в снопа .

За да се приготвят реостати с относително ниско тегло, като проводници се използват много тънки метални ленти, които ги гофрират, за да се намали дължината им.

Тъй като количеството топлина, отделяно от тока в проводника, е пропорционално на неговото съпротивление, тогава в случай на два проводника с еднакъв размер, но различно вещество, проводникът, чието съпротивление е по -голямо, се нагрява до по -висока температура .

Чрез намаляване на напречното сечение на проводника можете да увеличите неговото съпротивление толкова много, че температурата му да достигне точката на топене. Това се използва за защита на мрежата и устройствата от повреда от токове с по -голяма сила от тази, за която са предназначени устройствата и мрежата.

За това т.нар предпазители, които са къси проводници, изработени от ниско топящ се метал (сребро или олово). Напречното сечение на този проводник се изчислява така, че при определена определена сила на тока този проводник се топи.

Данните, дадени в таблиците за търсене на напречното сечение на предпазители за различни токове, се отнасят до предпазители с дължина поне определени размери.

Много къс предпазител се охлажда по -добре от дългия поради добрата топлопроводимост на медните скоби, към които е свързан и поради това се топи при малко по -висок ток. Освен това дължината на предпазителя трябва да бъде такава, че когато се стопи, електрическа дъга не може да се образува между краищата на проводниците. По този начин най -малката дължина на предпазителя се определя в зависимост от мрежовото напрежение.

Вижте също:

Загряване на части под напрежение с удължен токов поток във формулите