DC akımıyla bir telin ısıtılması; neden ortada en sıcak?

DC akımını ısıtmak için bir telden geçiriyorum. Telin eşit şekilde ısınacağını düşünürdüm ama ortasına yaklaştıkça daha sıcak olduğunu veya kelepçelere daha yakınlaştığını gördüm. Bunu açıklayan var mı?

temperature wire heat

— MikeCrump
kaynak

Yanlardaki tel konektörler ısı alıcı olarak mı işlev görür?

— Nazar

Ayrıca, yüksek pozitif TCR etkiyi daha da kötüleştirebilir.

— Dampmaskin

Kurulumunuzun bir resmini gönderin ve boyutları tahmin edebilmemiz için bir kural veya ölçek ekleyin.

— Transistör

Gücünüzün devreye nasıl beslendiğini doğrulayabilir misiniz?

— Andy aka

Devam eden iki efekt var. Bağlantıların ısı batan etkisi ve tel üzerindeki sıcaklık katsayısı.

Başlangıçta telin hepsi aynı sıcaklıktadır.

Gücü açıyorsunuz ve ısınmaya başlıyor.

Isıtma, telin herhangi bir bölümü için teldeki elektrik gücü dağılımı ile belirlenir. Güç = Akım * Gerilim. Telin tüm parçaları aynı akıma sahip olacaktır. Belirli bir uzunluk için Gerilim = Akım * Güç veren direnç = Akım karesi * Direnç.

Başlangıçta tüm teller aynı dirence sahiptir ve bu nedenle ısıtma, telin uzunluğu boyunca bile olur.

Isı daha sıcaktan nesnelere daha soğuk olanlara akar (bu termodinamiğin birinci yasasıdır). Bu durumda bağlantı noktaları daha soğuktur ve böylece telin uçlarından uçları hafifçe soğutan konektörlere ısı akar. Uçları daha soğuk olduğundan, yanlarındaki tel parçaları daha az miktarda soğur ve böylece telin uzunluğu boyunca devam eder. Bu, orta kısım uçlardan biraz daha sıcak olan tel boyunca çok küçük bir sıcaklık gradyanı ile sonuçlanır.

Bakırın her bir derece C için yaklaşık yüzde 0.4'lük bir pozitif sıcaklık katsayısı vardır.

Telin ortası daha sıcaktır, bu da direncinin arttığı anlamına gelir. Yukarıdaki denklemlerden bu, telin ortasında uçlara göre daha fazla güç harcanması anlamına gelir.

Daha fazla güç, ortada uçlardan daha fazla ısıtma anlamına gelir ve olumlu bir geri bildirim etkisi elde edersiniz. Orta daha sıcaktır, bu da daha yüksek bir dirence sahip olduğu ve orada daha fazla güç yayıldığı anlamına gelir, bu da ısındığı anlamına gelir ...

Bu, neredeyse tüm güç telin ortasında dağılana kadar devam eder, tüm gücü asla tek bir noktada elde edemezsiniz, çünkü tel boyunca ısı iletimi, ortadaki bölümlerin de makul derecede yüksek dirence sahip olduğu anlamına gelir. Sonunda, termal iletkenliğin enerjiyi pozitif geri besleme etkisini dengelemek için yeterince yaydığı bir dengeye ulaşırsınız.

Pozitif sıcaklık katsayısının en iyi örneği eski bir stil akkor ampuldür. Soğukta direnci ölçerseniz, güç derecesi için beklediğiniz değerin bir kısmı olacaktır, yaklaşık 3000 derecede çalışırlar ve böylece soğuk direnci, açıkken normal çalışma direncinin yaklaşık 1 / 10'u kadardır. Bakır değil tungsten yapılırlar, bakır bu sıcaklıklarda sıvı olur, ancak termal katsayı yaklaşık olarak aynıdır.

— Andrew
kaynak

Bir başka not - Telin düşük bir direnci vardır, bu da bir telde harcanan toplam gücün genellikle o kadar yüksek olmadığı ve dolayısıyla normal akımlarda etkisi o kadar büyük olmadığı anlamına gelir. Hem daha yüksek elektriksel hem de termal dirence sahip bir malzeme kullanırsanız (örneğin mekanik bir kurşun kalemden gelen kurşun bunun için iyi çalışır), orta yavaşça birkaç bin dereceye kadar ısındığı ve parlamaya başladığı için bu etkiyi gözle görülür şekilde görebilirsiniz. Orta, bu sıcaklıklarda yanar / buharlaşır, direncini daha da arttırır ve başarısız olana kadar etkisini arttırır.

— Andrew

eminim zaten bunu biliyorsun, ama netlik uğruna mekanik kurşun kalem "kurşun" aslında grafit, bir karbon türüdür. kurşun düşük dirençlidir (bu nedenle lehim içinde kullanımı)

— Steve Cox

OP'nin bakır kullandığını asla söylemediğini unutmayın (muhtemelen güvenli bir bahis olmasına rağmen). Ayrıca, negatif sıcaklık katsayısına sahip bir malzemenin iyi bir örneği, ilk ampullerde kullanılanlar gibi bir karbon lamba filamentidir.

— Dave Tweed

@SteveCox: Evet, ancak metalik kurşun (ve lehim) hala yaklaşık 10 kat bakır direncine sahiptir. Bu nedenle, daha yüksek akımları işlemek için lehim ile bir PCB izi oluşturmak düşündüğünüzden daha az etkilidir ...

— Dave Tweed

@DaveTweed sadece birinin yanlışlıkla grafit direncini bekledikleri "daha yüksek direnç" potansiyelini bağlamasını istemiyor

— Steve Cox

Isı ve sıcaklık çok farklı iki şeydir. Denge sıcaklığı, bir bölgeye ısı akışı ısı akışına eşit olduğunda oluşur.

Sizin durumunuzda, telin birim uzunluğundaki (rezistif ısıtma) ısı akışı, tahmin ettiğiniz gibi esasen sabittir. Bununla birlikte, hem telin kendisi hem de çevredeki havaya giden ısı akışı, esas olarak telin uçlarının bağlı olduğu her şeye yakın olması nedeniyle değişir, bu da bir soğutucu görevi görür.

— Dave Tweed
kaynak