חוטי חימום עם זרם

מכיוון שכמות החום שנוצרת מהזרם בזמן שהוא זורם דרך החוט היא פרופורציונלית לזמן, הטמפרטורה של החוט חייבת לעלות ברציפות כשהזרם זורם דרך החוט. למעשה, כאשר זרם מועבר ברציפות דרך חוט, נוצרת טמפרטורה קבועה מסוימת, אם כי שחרור רציף של חום נמשך בחוט זה.

תופעה זו מוסברת בכך שכל גוף שהטמפרטורה שלו גבוהה מטמפרטורת הסביבה משחרר אנרגיית חום לסביבה בשל העובדה ש:

• ראשית, לגוף עצמו ולגופים במגע איתו יש מוליכות תרמית;

• שנית, שכבות האוויר הסמוכות לגוף מתחממות, עולות ומפנות את מקומן לשכבות קרות יותר, אשר מתחממות שוב, וכן הלאה. (הסעת חום);

• שלישית, בשל העובדה שהגוף המחומם פולט קרניים כהות ולעיתים נראות לחלל שמסביב, ומוציא על זה חלק מהאנרגיה התרמית שלו (קרינה).

כל הפסדי החום הנ"ל הם גדולים יותר, ככל שההפרש בין טמפרטורות הגוף והסביבה גדול יותר.לכן, כאשר טמפרטורת המוליך הופכת כל כך גבוהה עד שכמות החום הכוללת שמוציא המוליך לחלל שמסביב ליחידת זמן שווה לכמות החום שנוצרת במוליך בכל שנייה על ידי זרם חשמלי, אזי הטמפרטורה של המנצח יפסיק להגדיל ויהפוך קבוע.

אובדן חום ממוליך במהלך מעבר זרם הוא תופעה מורכבת מכדי להשיג תיאורטית את התלות של טמפרטורת המוליך בכל הנסיבות המשפיעות על קצב הקירור של הגוף.

עם זאת, ניתן להסיק כמה מסקנות על סמך שיקולים תיאורטיים. בינתיים, לשאלת הטמפרטורה של החוטים יש חשיבות מעשית רבה לכל החישובים הטכניים של הרשת, ריאוסטטים, פיתולים וכו '. לכן בטכנולוגיה משתמשים בנוסחאות אמפיריות, כללים וטבלאות הנותנות את הקשר בין חתכי החוטים לחוזק הזרם המותר בתנאים שונים בהם נמצאים החוטים. כמה יחסים איכותיים ניתנים לניבוי ולבסס בקלות אמפירית.

ברור שכל מצב שמפחית את ההשפעה של אחד משלושת הגורמים לקירור הגוף מעלה את הטמפרטורה של המוליך. הבה נציין כמה מהנסיבות הללו.

לחוט ישר לא מבודד שנמתח אופקית יש טמפרטורה נמוכה יותר מאשר אותו חוט באותו חוזק זרם במצב אנכי, מכיוון שבמקרה השני האוויר המחומם עולה לאורך החוט והחלפת האוויר המחומם באוויר קר מתרחשת לאט יותר, מאשר במקרה הראשון.

חוט הכרוך בספירלה מתחמם הרבה יותר מחוט דומה באותו זרם נמתח בקו ישר.

מוליך מכוסה בשכבת בידוד מתחמם יותר מאשר מוליך לא מבודד, מכיוון שהבידוד הוא תמיד מוליך חום גרוע, וטמפרטורת פני הבידוד נמוכה בהרבה מטמפרטורת המוליך, ולכן הקירור של משטח זה על ידי זרמי אוויר וקרינה הוא הרבה יותר קטן.

אם מניחים חוט במימן או בגז זוהר, בעלי מוליכות תרמית גבוהה יותר מאוויר, אזי הטמפרטורה של החוט לאותו חוזק זרם תהיה נמוכה יותר מאשר באוויר. להיפך, עם פחמן דו חמצני, שהמוליכות התרמית שלו נמוכה מזו של האוויר, החוט מתחמם יותר.

אם המוליך ממוקם בחלל (וואקום), אז הסעת החום תיעצר לחלוטין והחימום של המוליך יהיה הרבה יותר גדול מאשר באוויר. זה משמש בעת התקנת נורות ליבון.

באופן כללי, לקירור זרמי האוויר של החוטים יש חשיבות עיקרית בין שאר גורמי הקירור. כל גידול בשטח הקירור מפחית את הטמפרטורה של המוליך. לכן, צרור של חוטים מקבילים דקים שאינם במגע זה עם זה מקורר הרבה יותר מאשר חוט עבה בעל אותה התנגדות, שחתכו שווה לסכום החתכים של כל החוטים בצרור. .

על מנת ליצור ריאוסטטים בעלי משקל נמוך יחסית, משמשים כמוליכים פסי מתכת דקים מאוד, אשר מכווצים כדי לצמצם את אורכם.

מכיוון שכמות החום המופק מהזרם במוליך היא פרופורציונלית להתנגדות שלו, הרי שבמקרה של שני מוליכים באותו גודל אך בחומר שונה, המוליך שהתנגדותו גדולה יותר מחומם לטמפרטורה גבוהה יותר.

על ידי הקטנת החתך של החוט, אתה יכול להגביר את ההתנגדות שלו עד כדי כך שהטמפרטורה שלו מגיעה לנקודת ההיתוך שלו. זה משמש כדי להגן על הרשת וההתקנים מפני פגיעה בזרמים בעלי חוזק גדול יותר ממה שהמכשירים והרשת מיועדים להם.

בשביל זה מה שנקרא נתיכים, שהם חוטים קצרים העשויים ממתכת נמסה נמוכה (כסף או עופרת). החתך של חוט זה מחושב כך שבחוזק זרם מסוים מסוים חוט זה נמס.

הנתונים המופיעים בטבלאות לחיפוש חתך של נתיכים עבור זרמים שונים מתייחסים לנתיכים באורך של לפחות ממדים מסוימים.

נתיך קצר מאוד מתקרר טוב יותר מאשר ארוך בגלל המוליכות התרמית הטובה של מלחצי הנחושת שאליהם הוא מחובר ולכן נמס בזרם מעט גבוה יותר. בנוסף, אורך הפתיל חייב להיות כזה שכאשר הוא נמס, לא יכולה להיווצר קשת חשמלית בין קצוות החוטים. בדרך זו, אורך הפתיל הקטן ביותר נקבע בהתאם למתח החשמל.

ראה גם:

חימום של חלקים חיים עם זרימת זרם ממושכת בנוסחאות