От каких причин зависит нагрев проводника?
Ответы (5):
Нагрев проводника зависит лишь от двух причин. Это от тока который по нему идет и от теплосъёма с этого проводника. С током, надеюсь понятно. Чем больше ток, тем больше и тепловыделение. Если ток значительно больше, чем может выдержать проводник (его поперечное сечение) , то проводник вспыхивает белым пламенем и перегорает, иногда устраивая пожары.
Большую роль играет и теплосъем. Именно поэтому не рекомендуется держать удлинители в катушках. Лучше при применении их разворачивать, обеспечивая приток воздуха к проводам. Тогда они не так сильно греются. Если же планируете использовать проводник в катушке, ток должен быть несколько меньше предельного для данного сечения. Иначе можете сплавить в один кусок всю изоляцию на своем проводнике. И вместо катушки получите кусок чего-то непонятного слипшегося в одну массу. И это если не будет короткого замыкания. С другой стороны применение вентиляторов в блоках питания, сварочных устройствах и прочих электрических приборах, позволило значительно сократить габариты и вес многих электрических аппаратов. Но при этом вентиляторы должны быть очень надежными и при выходе их из строя автоматически должны отключаться и сами электроприборы, во избежании повышенного тепловыделения.
Как-то народ слишком странно понял слова "причина нагрева проводника" и ударился в феноменологию. Рассказывая, как проявляется нагрев, рассказывая, как вычисляется тепловой эффект, рассказывая, как повлиять на степень нагрева, - но так и не объяснив, почему вообще ток нагревает проводник.
Физическая причина теплового действия тока - взаимодействие подвижных носителей заряда с кристаллической решёткой проводника.
Вот это взаимодействие и вызывает нагрев.
Если "на пальцах", то электрическое поле разгоняет электроны, и они начинают двигаться. Всё быстрее и быстрее. Но увы - металл не вакуум, и рано или поздно электрон втемяшится во что-нибудь, из чего металл состоит. Это соударение неупругое, а значит, часть своей кинетической энергии, накопленной за время разгона, он отдаёт тому, во что втемяшился. Вот эта энергия и вызывает разогрев проводника.
Если не на пальцах, а немного глубже, то рассеяние энергии происходит не на атомах кристаллической решётки, а на акустических фононах - тепловых колебаниях решётки, которые для анализа удобнее описывать как квазичастицы (фононы). Взаимодействие электронов и фононов приводит к обмену энергиями - именно колебаниям решётки электроны свою энергию и передают. Ну а колебания решётки - это и есть температура.
И если фононов становится мало (при сверхнизкой температуре), то у электронов появляется возможность объединиться в пары - куперовские пары (в таких парах у электронов противоположно направленные спины, то есть это магнитное взаимодействие, а не электростатическое). Размер куперовских пар существенно превышает постоянную решётки, поэтому электроны движутся в металле как бы не замечая его присутствия. Что проявляется как сверхпроводимость.
Нагрев проводника вычисляется по закону Джоуля-Ленца по формуле Q=I²Rt, где Q это количество теплоты измеряется в Дж, I сила тока в амперах, R электрическое сопротивление проводника и t это время, во время которого по проводника протекает ток.
Из формулы видно, из каких факторов зависит нагрев.
А сама физика нагрева это изменение внутренней энергии под действием выше приведённых величин.
Причина одна, ток (J) протекающий по проводнику. А вот он зависит от сопротивления току самого проводника (R) и от разности потенциалов (U) приложеных к этому проводнику.
Короче закон Ома: J=U/R. В результате мощность(P) выделяемая на проводнике: P=J*U.
Но это чисто физика, если проще, то чем ниже собственное сопративление проводника (сверхроводимость не рассматриваем) и выше напряжение, тем сильнее и быстрее он нагреется. P=U^2/R
Две основные причины:
- Сильно большое напряжение для проводника (у проводника сечение слишком тонкое или материал с большим сопротивлением);
- Плохой контакт/соединение.