สายไฟความร้อนด้วยกระแส

เนื่องจากปริมาณความร้อนที่เกิดจากกระแสในขณะที่ไหลผ่านเส้นลวดนั้นเป็นสัดส่วนกับเวลา อุณหภูมิของเส้นลวดจึงต้องเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องเมื่อกระแสไหลผ่านเส้นลวด ในความเป็นจริง เมื่อมีกระแสไฟฟ้าผ่านเส้นลวดอย่างต่อเนื่อง อุณหภูมิคงที่จำนวนหนึ่งจะถูกสร้างขึ้น แม้ว่าการปลดปล่อยความร้อนจะยังคงดำเนินต่อไปในเส้นลวดนี้

ปรากฏการณ์นี้อธิบายได้จากข้อเท็จจริงที่ว่าร่างกายใด ๆ ที่มีอุณหภูมิสูงกว่าอุณหภูมิของสิ่งแวดล้อมจะปล่อยพลังงานความร้อนสู่สิ่งแวดล้อมเนื่องจากข้อเท็จจริงที่ว่า:

• ประการแรกร่างกายและร่างกายที่สัมผัสกับมันมีค่าการนำความร้อน

• ประการที่สอง ชั้นของอากาศที่อยู่ติดกับร่างกายถูกทำให้ร้อน ลอยขึ้น และหลีกทางให้กับชั้นที่เย็นกว่าซึ่งถูกทำให้ร้อนอีกครั้ง และอื่น ๆ (การพาความร้อน);

• ประการที่สามเนื่องจากร่างกายที่ร้อนจะปล่อยรังสีมืดและบางครั้งมองเห็นได้ในพื้นที่โดยรอบโดยใช้พลังงานความร้อนส่วนหนึ่งไปกับสิ่งนี้ (รังสี)

การสูญเสียความร้อนทั้งหมดข้างต้นยิ่งมาก ความแตกต่างระหว่างอุณหภูมิของร่างกายและสิ่งแวดล้อมก็ยิ่งมากขึ้นเท่านั้นดังนั้น เมื่ออุณหภูมิของตัวนำสูงจนปริมาณความร้อนทั้งหมดที่ตัวนำระบายออกไปยังพื้นที่โดยรอบต่อหน่วยเวลาเท่ากับปริมาณความร้อนที่เกิดขึ้นในตัวนำในแต่ละวินาทีโดยกระแสไฟฟ้า ดังนั้นอุณหภูมิ ของตัวนำจะหยุดเพิ่มขึ้นและถาวร

การสูญเสียความร้อนจากตัวนำในระหว่างทางของกระแสเป็นปรากฏการณ์ที่ซับซ้อนเกินกว่าจะรับได้ในทางทฤษฎีโดยขึ้นอยู่กับอุณหภูมิของตัวนำในทุกสถานการณ์ที่ส่งผลต่ออัตราการเย็นตัวของร่างกาย

อย่างไรก็ตาม ข้อสรุปบางอย่างสามารถสรุปได้จากการพิจารณาทางทฤษฎี ในขณะเดียวกัน คำถามเกี่ยวกับอุณหภูมิของสายไฟมีความสำคัญในทางปฏิบัติอย่างยิ่งสำหรับการคำนวณทางเทคนิคทั้งหมดของเครือข่าย รีโอสแตท ขดลวด ฯลฯ ดังนั้นในเทคโนโลยี พวกเขาใช้สูตรเชิงประจักษ์ กฎ และตารางที่ให้ความสัมพันธ์ระหว่างส่วนตัดขวางของสายไฟและความแรงของกระแสไฟฟ้าที่อนุญาตภายใต้เงื่อนไขต่างๆ ที่สายไฟอยู่ ความสัมพันธ์เชิงคุณภาพบางอย่างสามารถทำนายได้และสร้างโดยง่ายในเชิงประจักษ์

เห็นได้ชัดว่า สถานการณ์ใดก็ตามที่ลดอิทธิพลของหนึ่งในสามสาเหตุที่ทำให้ร่างกายเย็นลงจะเพิ่มอุณหภูมิของตัวนำ ให้เราชี้ให้เห็นถึงสถานการณ์บางอย่างเหล่านี้

ลวดตรงที่ไม่มีฉนวนที่ยืดในแนวนอนมีอุณหภูมิต่ำกว่าลวดเดียวกันที่ความแรงของกระแสไฟฟ้าเท่ากันในตำแหน่งแนวตั้ง เนื่องจากในกรณีที่สองอากาศร้อนจะลอยขึ้นตามเส้นลวดและการแทนที่ของอากาศร้อนด้วยอากาศเย็นจะเกิดขึ้นช้ากว่า กว่าในกรณีแรก

ลวดที่พันเป็นเกลียวจะร้อนขึ้นมากกว่าลวดที่คล้ายกันที่มีแอมแปร์เท่ากันซึ่งยืดเป็นเส้นตรง

ตัวนำที่หุ้มด้วยชั้นของฉนวนจะร้อนมากกว่าที่ไม่มีฉนวน เนื่องจากฉนวนเป็นตัวนำความร้อนที่ไม่ดีเสมอ และอุณหภูมิของพื้นผิวของฉนวนจะต่ำกว่าอุณหภูมิของตัวนำมาก ดังนั้นการระบายความร้อนของ พื้นผิวนี้โดยกระแสอากาศและการแผ่รังสีมีขนาดเล็กกว่ามาก

หากวางสายไฟไว้ในไฮโดรเจนหรือก๊าซเรืองแสง ซึ่งมีค่าการนำความร้อนสูงกว่าอากาศ อุณหภูมิของสายไฟสำหรับความแรงของกระแสไฟฟ้าที่เท่ากันจะต่ำกว่าในอากาศ ในทางตรงกันข้ามกับคาร์บอนไดออกไซด์ซึ่งมีค่าการนำความร้อนต่ำกว่าอากาศ ลวดจะร้อนขึ้น

หากวางตัวนำไว้ในโพรง (สุญญากาศ) การพาความร้อนจะหยุดลงอย่างสมบูรณ์และความร้อนของตัวนำจะมากกว่าในอากาศ ใช้เมื่อติดตั้งหลอดไส้

โดยทั่วไป การระบายความร้อนของกระแสลมของสายไฟมีความสำคัญเป็นอันดับต้น ๆ ท่ามกลางปัจจัยการระบายความร้อนอื่น ๆ การเพิ่มพื้นที่ผิวระบายความร้อนจะลดอุณหภูมิของตัวนำ ดังนั้นมัดของสายขนานบาง ๆ ที่ไม่ได้สัมผัสกันจึงระบายความร้อนได้ดีกว่าลวดหนาที่มีความต้านทานเท่ากันซึ่งส่วนตัดขวางจะเท่ากับผลรวมของส่วนตัดขวางของสายไฟทั้งหมดในมัด .

เพื่อสร้างรีโอสแตทที่มีน้ำหนักค่อนข้างต่ำ แถบโลหะที่บางมากจะถูกใช้เป็นตัวนำ ซึ่งถูกบีบเพื่อลดความยาว

เนื่องจากปริมาณความร้อนที่ปล่อยออกมาจากกระแสในตัวนำจะแปรผันตามความต้านทาน ดังนั้นในกรณีของตัวนำสองตัวที่มีขนาดเท่ากันแต่สารต่างกัน ตัวนำที่มีความต้านทานมากกว่าจะถูกทำให้ร้อนที่อุณหภูมิสูงกว่า

ด้วยการลดขนาดหน้าตัดของเส้นลวด คุณจะสามารถเพิ่มความต้านทานได้มากจนอุณหภูมิถึงจุดหลอมเหลว สิ่งนี้ใช้เพื่อป้องกันเครือข่ายและอุปกรณ์จากการได้รับความเสียหายจากกระแสที่มีความแรงมากกว่าที่อุปกรณ์และเครือข่ายได้รับการออกแบบมา

สำหรับสิ่งนี้เรียกว่า ฟิวส์ซึ่งเป็นสายไฟสั้นที่ทำจากโลหะหลอมต่ำ (เงินหรือตะกั่ว) ส่วนตัดขวางของเส้นลวดนี้ถูกคำนวณเพื่อให้ลวดนี้ละลายที่ความแรงของกระแสไฟฟ้าที่ระบุ

ข้อมูลที่ระบุในตารางสำหรับการค้นหาส่วนตัดขวางของฟิวส์สำหรับกระแสต่างๆ อ้างอิงถึงฟิวส์ที่มีความยาวอย่างน้อยหนึ่งมิติ

ฟิวส์สั้นมากระบายความร้อนได้ดีกว่าฟิวส์ยาวเนื่องจากการนำความร้อนที่ดีของแคลมป์ทองแดงที่เชื่อมต่ออยู่ ดังนั้นจึงหลอมละลายที่กระแสที่สูงขึ้นเล็กน้อย นอกจากนี้ ความยาวของฟิวส์จะต้องอยู่ในระดับที่เมื่อหลอมละลายแล้ว จะไม่เกิดอาร์คไฟฟ้าระหว่างปลายสายไฟ ด้วยวิธีนี้ ความยาวฟิวส์ที่เล็กที่สุดจะถูกกำหนดโดยขึ้นอยู่กับแรงดันไฟหลัก

ดูสิ่งนี้ด้วย:

การให้ความร้อนแก่ชิ้นส่วนที่มีกระแสไฟฟ้าด้วยการไหลของกระแสที่เพิ่มขึ้นในสูตร