Verwarmingsdraden met stroom

Aangezien de hoeveelheid warmte die wordt gegenereerd door de stroom terwijl deze door de draad stroomt, evenredig is met de tijd, moet de temperatuur van de draad continu toenemen terwijl de stroom door de draad vloeit. Wanneer er continu een stroom door een draad gaat, ontstaat er in feite een bepaalde constante temperatuur, hoewel de continue afgifte van warmte in deze draad doorgaat.

Dit fenomeen wordt verklaard door het feit dat elk lichaam waarvan de temperatuur hoger is dan de temperatuur van de omgeving warmte-energie afgeeft aan de omgeving vanwege het feit dat:

• ten eerste hebben het lichaam zelf en de lichamen die ermee in contact staan ​​thermische geleidbaarheid;

• ten tweede worden de luchtlagen naast het lichaam verwarmd, stijgen op en maken plaats voor koudere lagen, die weer worden verwarmd, enzovoort. (warmteconvectie);

• ten derde vanwege het feit dat het verwarmde lichaam donkere en soms zichtbare stralen uitzendt in de omringende ruimte, waarbij het een deel van zijn thermische energie hieraan besteedt (straling).

Alle bovengenoemde warmteverliezen zijn hoe groter, hoe groter het verschil tussen de temperatuur van het lichaam en de omgeving.Wanneer de temperatuur van de geleider zo hoog wordt dat de totale hoeveelheid warmte die de geleider per tijdseenheid afgeeft aan de omringende ruimte gelijk is aan de hoeveelheid warmte die elke seconde in de geleider wordt gegenereerd door een elektrische stroom, dan is de temperatuur van de geleider stopt met toenemen en wordt permanent.

Het verlies van warmte van een geleider tijdens het passeren van een stroom is een te complex fenomeen om theoretisch de afhankelijkheid van de temperatuur van de geleider te verkrijgen van alle omstandigheden die van invloed zijn op de afkoelsnelheid van het lichaam.

Er kunnen echter enkele conclusies worden getrokken op basis van theoretische overwegingen. Ondertussen is de kwestie van de temperatuur van de draden van groot praktisch belang voor alle technische berekeningen van het netwerk, reostaten, wikkelingen, enz. Daarom gebruiken ze in de technologie empirische formules, regels en tabellen die de relatie geven tussen de doorsneden van draden en de toegestane stroomsterkte onder verschillende omstandigheden waarin de draden zich bevinden. Sommige kwalitatieve verbanden kunnen worden voorspeld en gemakkelijk empirisch worden vastgesteld.

Het is duidelijk dat elke omstandigheid die de invloed van een van de drie oorzaken van lichaamskoeling vermindert, de temperatuur van de geleider verhoogt. Laten we enkele van deze omstandigheden aanstippen.

Een niet-geïsoleerde rechte draad die horizontaal is gespannen, heeft een lagere temperatuur dan dezelfde draad bij dezelfde stroomsterkte in verticale positie, omdat in het tweede geval de verwarmde lucht langs de draad stijgt en de vervanging van de verwarmde lucht door koude lucht langzamer verloopt, dan in het eerste geval.

Een draad die in een spiraal is gewikkeld, warmt veel meer op dan een vergelijkbare draad met dezelfde stroomsterkte die in een rechte lijn is uitgerekt.

Een geleider bedekt met een isolatielaag warmt meer op dan een niet-geïsoleerde, omdat de isolatie altijd een slechte warmtegeleider is en de temperatuur van het oppervlak van de isolatie veel lager is dan de temperatuur van de geleider, dus het koelen van dit oppervlak is door luchtstromen en straling veel kleiner.

Als een draad in waterstof of gloeiend gas wordt geplaatst, die een hogere thermische geleidbaarheid hebben dan lucht, dan zal de temperatuur van de draad bij dezelfde stroomsterkte lager zijn dan in lucht. Integendeel, met koolstofdioxide, waarvan de thermische geleidbaarheid lager is dan die van lucht, warmt de draad meer op.

Als de geleider in een holte (vacuüm) wordt geplaatst, stopt de convectie van warmte volledig en zal de verwarming van de geleider veel groter zijn dan in lucht. Dit wordt gebruikt bij het installeren van gloeilampen.

Over het algemeen is het koelen van de luchtstromen van de draden van primair belang naast andere koelfactoren. Elke toename van het koeloppervlak verlaagt de temperatuur van de geleider. Daarom wordt een bundel dunne parallelle draden die niet met elkaar in contact staan ​​veel beter gekoeld dan een dikke draad met dezelfde weerstand, waarvan de doorsnede gelijk is aan de som van de doorsneden van alle draden in de bundel .

Om reostaten met een relatief laag gewicht te maken, worden zeer dunne metalen strips gebruikt als geleiders, die worden gekrompen om hun lengte te verminderen.

Aangezien de hoeveelheid warmte die wordt afgegeven door de stroom in een geleider evenredig is met de weerstand ervan, wordt in het geval van twee geleiders van dezelfde grootte maar met een verschillende stof de geleider waarvan de weerstand groter is, verwarmd tot een hogere temperatuur.

Door de doorsnede van de draad te verkleinen, kunt u de weerstand zo sterk verhogen dat de temperatuur het smeltpunt bereikt. Dit wordt gebruikt om het netwerk en de apparaten te beschermen tegen beschadiging door stromen die sterker zijn dan waarvoor de apparaten en het netwerk zijn ontworpen.

Voor deze zgn zekeringen, dit zijn korte draden gemaakt van een laagsmeltend metaal (zilver of lood). De doorsnede van deze draad is zo berekend dat bij een bepaalde opgegeven stroomsterkte deze draad smelt.

De gegevens in de tabellen voor het opzoeken van de doorsnede van zekeringen voor verschillende stromen hebben betrekking op zekeringen met een lengte van ten minste bepaalde afmetingen.

Een hele korte lont koelt beter dan een lange door de goede warmtegeleiding van de koperen klemmen waarmee hij is verbonden en smelt dus bij een iets hogere stroom. Bovendien moet de lengte van de lont zodanig zijn dat wanneer deze smelt, er geen elektrische boog kan ontstaan ​​tussen de uiteinden van de draden. Op deze manier wordt afhankelijk van de netspanning de kleinste zekeringlengte bepaald.

Zie ook:

Verwarming van onder spanning staande delen met verlengde stroom in de formules