DC電流でワイヤを加熱します。なぜ一番暑いのですか?


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ワイヤにDC電流を流して加熱します。ワイヤーは均​​等に熱くなると思いますが、中央に近づくほど高温になるか、クランプに近づくほど冷えることがわかりました。誰でもこれを説明できますか?


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側面のワイヤコネクタはヒートシンクとして機能しますか?
ナザール

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また、高い陽性TCRは効果を悪化させる可能性があります。
ダンプマスク

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セットアップの写真を投稿し、ディメンションを推定できるようにルールまたはスケールを設定することがあります。
トランジスタ

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回路に電力が供給されていることを確認できますか?
アンディ別名

回答:


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進行中の効果は2つあります。接続のヒートシンク効果とワイヤの温度係数。

最初は、ワイヤはすべて同じ温度です。

電源を入れると、加熱し始めます。

加熱は、ワイヤの任意のセクションのワイヤの電力消費によって決まります。電力=電流*電圧。ワイヤのすべての部分に同じ電流が流れます。与えられた長さに対して、電圧=電流*電力を与える抵抗=電流の2乗*抵抗。

最初は、すべてのワイヤの抵抗が同じであるため、ワイヤの長さに沿って均一に加熱されます。

熱はより熱いものからより冷たいものへと流れます(これが熱力学の第一法則です)。この場合、接続ポイントはより低温であるため、熱はワイヤの端からコネクタに流れ、端をわずかに冷却します。端がより冷たいので、それらの近くのワイヤのビットは、ワイヤの長さに沿ってより少ない量などを冷却します。これにより、ワイヤ全体の温度勾配が非常に小さくなり、中央部が両端部よりわずかに暖かくなります。

銅の温度係数は1℃あたり約0.4%の正の温度係数です。これは、ワイヤが温まるほど抵抗が大きくなることを意味します。

ワイヤーの中央はより高温になり、抵抗が増加します。上記の式から、これはより多くの電力が端よりもワイヤの中央で消費されることを意味します。

より多くの電力は、両端よりも中央でより多くの加熱を意味し、正のフィードバック効果が得られます。真ん中はより高温であるため、抵抗が大きくなり、より多くの電力が消費されるため、より高温になります...

これは、ほぼすべての電力がワイヤの中央で消費されるまで続きます。ワイヤに沿った熱伝導は、中央付近のセクションもかなり高い抵抗を持つことを意味するため、1点ですべての電力を得ることはできません。最終的には、熱伝導率が正のフィードバック効果のバランスをとるのに十分なエネルギーを分散させる平衡に達します。

正の温度係数の最良の例は、古いスタイルの白熱電球です。寒いときの抵抗を測定すると、定格電力の数分の1になり、約3000度で動作するため、寒い抵抗はオンのときの通常の動作抵抗の約1/10です。それらは銅ではなくタングステンで作られています。銅はそれらの温度では液体になりますが、熱係数はほぼ同じです。


もう1つの注意点-ワイヤの抵抗は低いため、ワイヤで消費される総電力は通常それほど高くないため、通常の電流では効果はそれほど大きくありません。より高い電気抵抗と熱抵抗の両方を持つ材料を使用する場合(たとえば、シャープペンシルからのリードがこれに適しています)、中央が数千度までゆっくりと熱くなり、輝き始めると、この効果を見ることができます。中間部はこれらの温度で燃焼/蒸発し、抵抗がさらに増加し​​、故障するまで効果が増加します。
アンドリュー

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あなたはすでにこれを知っていると確信していますが、わかりやすくするために、シャープペンシルの「リード」は、実際にはカーボンの一種であるグラファイトです。鉛の抵抗率が低い(そのためはんだに使用される)
スティーブコックス

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OPは銅を使用しているとは決して言っていないことに注意してください(ただし、おそらく安全な方法です)。また、の抵抗温度係数を持つ材料の良い例は、最初の電球で使用されているようなカーボンランプフィラメントです。
デイブツイード

@SteveCox:はい。ただし、金属鉛(およびはんだ)の抵抗率は、銅の約10倍です。なぜ高い電流を処理するためにハンダでPCBトレースを構築しているが...あなたが考えるよりも効果的である
デイブ・ツイード

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@DaveTweedは、誰かがグラファイトの抵抗を期待していた場所に誤って「より高い抵抗」のリードを接続することを望まない
スティーブコックス

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熱と温度は大きく異なります。平衡温度は、領域への熱の流れが熱の流出と等しいときに発生します。

あなたの場合、あなたが推測するように、ワイヤの単位長さあたりの熱流(抵抗加熱)は本質的に一定です。ただし、熱の流出は、ワイヤ自体と周囲の空気の両方に沿って変化します。これは主に、ワイヤの端が取り付けられているものの近くにあり、ヒートシンクとして機能します。

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