تسخين الأسلاك بالتيار

نظرًا لأن كمية الحرارة الناتجة عن التيار أثناء تدفقه عبر السلك تتناسب مع الوقت ، يجب أن تزداد درجة حرارة السلك باستمرار مع تدفق التيار عبر السلك. في الواقع ، عندما يتم تمرير تيار مستمر عبر سلك ، يتم إنشاء درجة حرارة ثابتة معينة ، على الرغم من استمرار الإطلاق المستمر للحرارة في هذا السلك.

تفسر هذه الظاهرة بحقيقة أن أي جسم تكون درجة حرارته أعلى من درجة حرارة البيئة يطلق طاقة حرارية إلى البيئة بسبب حقيقة أن:

• أولاً ، يتمتع الجسم نفسه والأجسام التي تتلامس معه بموصلية حرارية ؛

• ثانيًا ، يتم تسخين طبقات الهواء المجاورة للجسم ، وترتفع ، وتفسح المجال لطبقات أكثر برودة ، يتم تسخينها مرة أخرى ، وهكذا. (الحمل الحراري) ؛

• ثالثًا ، نظرًا لأن الجسم الساخن يبعث أشعة داكنة وأحيانًا مرئية في الفضاء المحيط ، مما يؤدي إلى إنفاق جزء من طاقته الحرارية على هذا (الإشعاع).

جميع الخسائر الحرارية المذكورة أعلاه هي أكبر ، وكلما زاد الفرق بين درجات حرارة الجسم والبيئة.لذلك ، عندما تصبح درجة حرارة الموصل عالية جدًا بحيث تكون الكمية الإجمالية للحرارة المنبعثة من الموصل إلى المساحة المحيطة لكل وحدة زمنية مساوية لكمية الحرارة المتولدة في الموصل كل ثانية بواسطة تيار كهربائي ، فإن درجة الحرارة سيتوقف الموصل عن الزيادة وسيصبح دائمًا.

يعد فقدان الحرارة من الموصل أثناء مرور التيار ظاهرة معقدة للغاية بحيث لا يمكن نظريًا الحصول على اعتماد درجة حرارة الموصل في جميع الظروف التي تؤثر على معدل تبريد الجسم.

ومع ذلك ، يمكن استخلاص بعض الاستنتاجات على أساس الاعتبارات النظرية. وفي الوقت نفسه ، فإن مسألة درجة حرارة الأسلاك لها أهمية عملية كبيرة لجميع الحسابات التقنية للشبكة ، ومقاومات متغيرة ، ولفائف ، وما إلى ذلك. لذلك ، في التكنولوجيا ، يستخدمون الصيغ والقواعد والجداول التجريبية التي تعطي العلاقة بين المقاطع العرضية للأسلاك وقوة التيار المسموح بها في ظل الظروف المختلفة التي تكون فيها الأسلاك. يمكن التنبؤ ببعض العلاقات النوعية وإقامتها بسهولة تجريبياً.

من الواضح أن أي ظرف يقلل من تأثير أحد الأسباب الثلاثة لتبريد الجسم يزيد من درجة حرارة الموصل. دعونا نشير إلى بعض هذه الظروف.

السلك المستقيم غير المعزول الممتد أفقيًا له درجة حرارة أقل من نفس السلك بنفس قوة التيار في الوضع الرأسي ، لأنه في الحالة الثانية يرتفع الهواء الساخن على طول السلك ويحدث استبدال الهواء الساخن بالهواء البارد بشكل أبطأ ، مما كانت عليه في الحالة الأولى.

يسخن جرح السلك في لولب أكثر بكثير من السلك المماثل من نفس التيار الممتد في خط مستقيم.

الموصل المغطى بطبقة من العزل يسخن أكثر من غير المعزول ، لأن العزل دائمًا موصل رديء للحرارة ، ودرجة حرارة سطح العزل أقل بكثير من درجة حرارة الموصل ، وبالتالي فإن تبريد هذا السطح بواسطة التيارات الهوائية والإشعاع أصغر بكثير.

إذا تم وضع سلك في الهيدروجين أو الغاز المتوهج ، والذي له موصلية حرارية أعلى من الهواء ، فإن درجة حرارة السلك لنفس قوة التيار ستكون أقل من الهواء. على العكس من ذلك ، مع ثاني أكسيد الكربون ، الذي تكون موصليةه الحرارية أقل من الهواء ، يسخن السلك أكثر.

إذا تم وضع الموصل في تجويف (فراغ) ، فسيتوقف الحمل الحراري تمامًا وسيكون تسخين الموصل أكبر بكثير من الهواء. يستخدم هذا عند تركيب المصابيح المتوهجة.

بشكل عام ، فإن تبريد التيارات الهوائية للأسلاك له أهمية قصوى من بين عوامل التبريد الأخرى. أي زيادة في مساحة سطح التبريد تقلل من درجة حرارة الموصل. لذلك ، يتم تبريد حزمة من الأسلاك المتوازية الرفيعة التي لا تتلامس مع بعضها البعض بشكل أفضل بكثير من السلك السميك من نفس المقاومة ، والذي يكون المقطع العرضي له مساويًا لمجموع المقاطع العرضية لجميع الأسلاك في الحزمة .

من أجل صنع ريوستات ذات وزن منخفض نسبيًا ، يتم استخدام شرائح معدنية رفيعة جدًا كموصلات ، والتي يتم تجعيدها لتقليل طولها.

نظرًا لأن كمية الحرارة المنبعثة من التيار في الموصل تتناسب مع مقاومته ، ففي حالة وجود موصلين لهما نفس الحجم ولكنهما مادة مختلفة ، يتم تسخين الموصل الذي تكون مقاومته أكبر إلى درجة حرارة أعلى.

عن طريق تقليل المقطع العرضي للسلك ، يمكنك زيادة مقاومته لدرجة أن درجة حرارته تصل إلى نقطة الانصهار. يستخدم هذا لحماية الشبكة والأجهزة من التلف بسبب التيارات ذات القوة الأكبر من الأجهزة والشبكة المصممة من أجلها.

لهذا يسمى الصمامات، وهي أسلاك قصيرة مصنوعة من معدن منخفض الانصهار (الفضة أو الرصاص). يتم حساب المقطع العرضي لهذا السلك بحيث يذوب السلك عند قوة تيار معينة محددة.

تشير البيانات الواردة في الجداول للبحث عن المقطع العرضي للصمامات للتيارات المختلفة إلى الصمامات بطول أبعاد معينة على الأقل.

يبرد المصهر القصير جدًا بشكل أفضل من المصهر الطويل نظرًا للتوصيل الحراري الجيد للمشابك النحاسية التي يتصل بها ، وبالتالي يذوب عند تيار أعلى قليلاً. بالإضافة إلى ذلك ، يجب أن يكون طول المصهر بحيث لا يتشكل قوس كهربائي بين نهايات الأسلاك عند ذوبانه. بهذه الطريقة ، يتم تحديد أصغر طول فتيل اعتمادًا على جهد التيار الكهربائي.

أنظر أيضا:

تسخين الأجزاء الحية بتدفق تيار ممتد في الصيغ