Ogrevalne žice s tokom

Ker je količina toplote, ki jo ustvari tok, ko teče skozi žico, sorazmerna s časom, mora temperatura žice stalno naraščati, ko tok teče skozi žico. Dejansko se pri neprekinjenem prehajanju toka skozi žico vzpostavi določena stalna temperatura, čeprav se v tej žici nadaljuje neprekinjeno sproščanje toplote.

Ta pojav je razložen z dejstvom, da vsako telo, katerega temperatura je višja od temperature okolja, sprošča toplotno energijo v okolje zaradi dejstva, da:

• prvič, telo samo in telesa, ki so v stiku z njim, imajo toplotno prevodnost;

• drugič, plasti zraka, ki mejijo na telo, se segrejejo, dvignejo in prepustijo mesto hladnejšim plastem, ki se ponovno segrejejo itd. (konvekcija toplote);

• tretjič, zaradi dejstva, da segreto telo oddaja temne in včasih vidne žarke v okoliški prostor, pri čemer porabi del svoje toplotne energije za to (sevanje).

Vse naštete toplotne izgube so tem večje, čim večja je razlika med temperaturo telesa in okolice.Torej, ko temperatura prevodnika postane tako visoka, da je skupna količina toplote, ki jo prevodnik odda v okoliški prostor na časovno enoto, enaka količini toplote, ki jo v prevodniku vsako sekundo proizvede električni tok, potem je temperatura vodnika se bo prenehal povečevati in bo postal trajen.

Izguba toplote iz prevodnika pri prehodu toka je preveč zapleten pojav, da bi teoretično dobili odvisnost temperature prevodnika od vseh okoliščin, ki vplivajo na hitrost ohlajanja telesa.

Vendar pa je na podlagi teoretičnih premislekov mogoče narediti nekaj zaključkov. Medtem je vprašanje temperature žic velikega praktičnega pomena za vse tehnične izračune omrežja, reostatov, navitij itd. Zato v tehniki uporabljajo empirične formule, pravila in tabele, ki podajajo razmerje med prerezi vodnikov in dovoljeno jakostjo toka pri različnih pogojih, v katerih so žice. Nekatera kvalitativna razmerja je mogoče predvideti in zlahka empirično ugotoviti.

Očitno je, da vsaka okoliščina, ki zmanjša vpliv enega od treh vzrokov za hlajenje telesa, poveča temperaturo vodnika. Izpostavimo nekatere od teh okoliščin.

Neizolirana ravna žica, raztegnjena vodoravno, ima nižjo temperaturo kot enaka žica pri enaki jakosti toka v navpičnem položaju, ker se v drugem primeru segret zrak dviga vzdolž žice in zamenjava segretega zraka s hladnim zrakom poteka počasneje, kot v prvem primeru.

Žica, zvita v spiralo, se segreje veliko bolj kot podobna žica enake amperaže, raztegnjena v ravni črti.

Prevodnik, prekrit s plastjo izolacije, se segreje bolj kot neizoliran, saj je izolacija vedno slab prevodnik toplote, temperatura površine izolacije pa je veliko nižja od temperature prevodnika, zato se ohlajanje ta površina zaradi zračnih tokov in sevanja je veliko manjša.

Če žico položimo v vodik ali žareč plin, ki imata večjo toplotno prevodnost kot zrak, bo temperatura žice pri enaki jakosti toka nižja kot v zraku. Nasprotno, z ogljikovim dioksidom, katerega toplotna prevodnost je nižja od zraka, se žica bolj segreje.

Če prevodnik postavimo v votlino (vakuum), potem se konvekcija toplote popolnoma ustavi in ​​segrevanje prevodnika bo veliko večje kot v zraku. Uporablja se pri vgradnji žarnic z žarilno nitko.

Na splošno je hlajenje zračnih tokov žic med drugimi hladilnimi dejavniki primarnega pomena. Vsako povečanje hladilne površine zmanjša temperaturo prevodnika. Zato se snop tankih vzporednih žic, ki se med seboj ne dotikajo, veliko bolje ohladi kot debela žica z enakim uporom, katere presek je enak vsoti presekov vseh žic v snopu. .

Za izdelavo reostatov z relativno majhno težo se kot prevodniki uporabljajo zelo tanki kovinski trakovi, ki se za skrajšajo njihovo dolžino.

Ker je količina toplote, ki jo oddaja tok v prevodniku, sorazmerna z njegovim uporom, potem se v primeru dveh vodnikov enake velikosti, vendar različne snovi, prevodnik, katerega upor je večji, segreje na višjo temperaturo.

Z zmanjšanjem preseka žice lahko toliko povečate njen upor, da njena temperatura doseže tališče. To se uporablja za zaščito omrežja in naprav pred poškodbami zaradi močnejših tokov, kot so naprave in omrežje zasnovani.

Za to t.i varovalke, ki so kratke žice iz kovine z nizkim tališčem (srebra ali svinca). Prerez te žice je izračunan tako, da se pri določeni določeni jakosti toka ta žica stopi.

Podatki v tabelah za iskanje prereza varovalk za različne tokove se nanašajo na varovalke z dolžino vsaj določenih dimenzij.

Zelo kratka varovalka se zaradi dobre toplotne prevodnosti bakrenih sponk, na katere je priključena, bolje ohladi kot dolga in se zato pri nekoliko večjem toku tali. Poleg tega mora biti dolžina varovalke tolikšna, da ob taljenju med koncema žic ne more nastati električni oblok. Na ta način se določi najmanjša dolžina varovalke glede na omrežno napetost.

Poglej tudi:

Ogrevanje delov pod napetostjo s podaljšanim tokovnim tokom v formulah