Καλώδια θέρμανσης με ρεύμα

Δεδομένου ότι η ποσότητα της θερμότητας που παράγεται από το ρεύμα καθώς ρέει μέσα από το καλώδιο είναι ανάλογη του χρόνου, η θερμοκρασία του σύρματος πρέπει να αυξάνεται συνεχώς καθώς το ρεύμα ρέει μέσα από το καλώδιο. Στην πραγματικότητα, όταν ένα ρεύμα περνά συνεχώς μέσα από ένα σύρμα, δημιουργείται μια ορισμένη σταθερή θερμοκρασία, αν και η συνεχής απελευθέρωση θερμότητας συνεχίζεται σε αυτό το καλώδιο.

Αυτό το φαινόμενο εξηγείται από το γεγονός ότι κάθε σώμα του οποίου η θερμοκρασία είναι υψηλότερη από τη θερμοκρασία του περιβάλλοντος απελευθερώνει θερμική ενέργεια στο περιβάλλον λόγω του γεγονότος ότι:

• Πρώτον, το ίδιο το σώμα και τα σώματα που έρχονται σε επαφή με αυτό έχουν θερμική αγωγιμότητα.

• Δεύτερον, τα στρώματα αέρα που γειτνιάζουν με το σώμα θερμαίνονται, ανεβαίνουν και δίνουν τη θέση τους σε ψυχρότερα στρώματα, τα οποία θερμαίνονται ξανά κ.ο.κ. (συναγωγή θερμότητας)

• Τρίτον, λόγω του γεγονότος ότι το θερμαινόμενο σώμα εκπέμπει σκοτεινές και μερικές φορές ορατές ακτίνες στον περιβάλλοντα χώρο, ξοδεύοντας μέρος της θερμικής του ενέργειας σε αυτό (ακτινοβολία).

Όλες οι παραπάνω απώλειες θερμότητας είναι όσο μεγαλύτερες, τόσο μεγαλύτερη είναι η διαφορά μεταξύ των θερμοκρασιών του σώματος και του περιβάλλοντος.Επομένως, όταν η θερμοκρασία του αγωγού γίνει τόσο υψηλή ώστε η συνολική ποσότητα θερμότητας που εκπέμπει ο αγωγός στον περιβάλλοντα χώρο ανά μονάδα χρόνου είναι ίση με την ποσότητα θερμότητας που παράγεται στον αγωγό κάθε δευτερόλεπτο από ένα ηλεκτρικό ρεύμα, τότε η θερμοκρασία του αγωγού θα σταματήσει να αυξάνεται και θα γίνει μόνιμο.

Η απώλεια θερμότητας από έναν αγωγό κατά τη διέλευση ενός ρεύματος είναι πολύ περίπλοκο φαινόμενο για να ληφθεί θεωρητικά η εξάρτηση της θερμοκρασίας του αγωγού από όλες τις συνθήκες που επηρεάζουν τον ρυθμό ψύξης του σώματος.

Ωστόσο, μπορούν να εξαχθούν ορισμένα συμπεράσματα με βάση θεωρητικές εκτιμήσεις. Εν τω μεταξύ, το ζήτημα της θερμοκρασίας των συρμάτων έχει μεγάλη πρακτική σημασία για όλους τους τεχνικούς υπολογισμούς του δικτύου, ρεοστάτες, περιελίξεις κ.λπ. Επομένως, στην τεχνολογία, χρησιμοποιούν εμπειρικούς τύπους, κανόνες και πίνακες που δίνουν τη σχέση μεταξύ των διατομών των συρμάτων και της επιτρεπόμενης ισχύος ρεύματος υπό διάφορες συνθήκες στις οποίες βρίσκονται τα σύρματα. Ορισμένες ποιοτικές σχέσεις μπορούν να προβλεφθούν και να καθιερωθούν εύκολα εμπειρικά.

Προφανώς, κάθε περίσταση που μειώνει την επίδραση μιας από τις τρεις αιτίες ψύξης του σώματος αυξάνει τη θερμοκρασία του αγωγού. Ας επισημάνουμε μερικές από αυτές τις συνθήκες.

Ένα μη μονωμένο ευθύ σύρμα τεντωμένο οριζόντια έχει χαμηλότερη θερμοκρασία από το ίδιο σύρμα με την ίδια ισχύ ρεύματος σε κάθετη θέση, επειδή στη δεύτερη περίπτωση ο θερμαινόμενος αέρας ανεβαίνει κατά μήκος του σύρματος και η αντικατάσταση του θερμαινόμενου αέρα με κρύο αέρα γίνεται πιο αργά. παρά στην πρώτη περίπτωση.

Ένα σύρμα τυλιγμένο σε μια σπείρα θερμαίνεται πολύ περισσότερο από ένα παρόμοιο σύρμα της ίδιας έντασης τεντωμένο σε ευθεία γραμμή.

Ένας αγωγός καλυμμένος με ένα στρώμα μόνωσης θερμαίνεται περισσότερο από έναν μη μονωμένο, επειδή η μόνωση είναι πάντα κακός αγωγός θερμότητας και η θερμοκρασία της επιφάνειας της μόνωσης είναι πολύ χαμηλότερη από τη θερμοκρασία του αγωγού, επομένως η ψύξη του αυτή η επιφάνεια από τα ρεύματα αέρα και την ακτινοβολία είναι πολύ πιο -μικρή.

Εάν ένα σύρμα τοποθετηθεί σε υδρογόνο ή λαμπερό αέριο, τα οποία έχουν υψηλότερη θερμική αγωγιμότητα από τον αέρα, τότε η θερμοκρασία του σύρματος για την ίδια ισχύ ρεύματος θα είναι χαμηλότερη από ό,τι στον αέρα. Αντίθετα, με το διοξείδιο του άνθρακα, του οποίου η θερμική αγωγιμότητα είναι χαμηλότερη από αυτή του αέρα, το σύρμα θερμαίνεται περισσότερο.

Εάν ο αγωγός τοποθετηθεί σε μια κοιλότητα (κενό), τότε η μεταφορά της θερμότητας θα σταματήσει εντελώς και η θέρμανση του αγωγού θα είναι πολύ μεγαλύτερη από ό,τι στον αέρα. Αυτό χρησιμοποιείται κατά την εγκατάσταση λαμπτήρων πυρακτώσεως.

Γενικά, η ψύξη των ρευμάτων αέρα των συρμάτων είναι πρωταρχικής σημασίας μεταξύ άλλων παραγόντων ψύξης. Οποιαδήποτε αύξηση στην επιφάνεια ψύξης μειώνει τη θερμοκρασία του αγωγού. Επομένως, μια δέσμη λεπτών παράλληλων συρμάτων που δεν έρχονται σε επαφή μεταξύ τους ψύχεται πολύ καλύτερα από ένα παχύ σύρμα ίδιας αντίστασης, του οποίου η διατομή είναι ίση με το άθροισμα των διατομών όλων των συρμάτων της δέσμης .

Προκειμένου να κατασκευαστούν ρεοστάτες σχετικά μικρού βάρους, χρησιμοποιούνται πολύ λεπτές μεταλλικές λωρίδες ως αγωγοί, οι οποίες πτυχώνονται για να μειωθεί το μήκος τους.

Εφόσον η ποσότητα θερμότητας που εκπέμπεται από το ρεύμα σε έναν αγωγό είναι ανάλογη με την αντίστασή του, τότε στην περίπτωση δύο αγωγών ίδιου μεγέθους αλλά διαφορετικής ουσίας, ο αγωγός του οποίου η αντίσταση είναι μεγαλύτερη θερμαίνεται σε υψηλότερη θερμοκρασία.

Μειώνοντας τη διατομή του σύρματος, μπορείτε να αυξήσετε την αντίστασή του τόσο πολύ ώστε η θερμοκρασία του να φτάσει στο σημείο τήξης του. Χρησιμοποιείται για την προστασία του δικτύου και των συσκευών από ζημιά από ρεύματα μεγαλύτερης ισχύος από αυτά για τα οποία έχουν σχεδιαστεί οι συσκευές και το δίκτυο.

Για αυτό το λεγόμενο ασφάλειες, τα οποία είναι κοντά σύρματα κατασκευασμένα από μέταλλο χαμηλής τήξης (ασήμι ή μόλυβδο). Η διατομή αυτού του σύρματος υπολογίζεται έτσι ώστε σε μια συγκεκριμένη καθορισμένη ισχύ ρεύματος αυτό το σύρμα να λιώνει.

Τα δεδομένα που δίνονται στους πίνακες για την αναζήτηση της διατομής των ασφαλειών για διάφορα ρεύματα αναφέρονται σε ασφάλειες με μήκος τουλάχιστον ορισμένων διαστάσεων.

Μια πολύ κοντή ασφάλεια ψύχεται καλύτερα από μια μακριά λόγω της καλής θερμικής αγωγιμότητας των χάλκινων σφιγκτήρων στους οποίους είναι συνδεδεμένη και επομένως λιώνει σε λίγο υψηλότερο ρεύμα. Επιπλέον, το μήκος της ασφάλειας πρέπει να είναι τέτοιο ώστε όταν λιώνει, να μην μπορεί να σχηματιστεί ηλεκτρικό τόξο μεταξύ των άκρων των καλωδίων. Με αυτόν τον τρόπο προσδιορίζεται το μικρότερο μήκος ασφάλειας ανάλογα με την τάση του δικτύου.

Δείτε επίσης:

Θέρμανση ενεργών εξαρτημάτων με εκτεταμένη ροή ρεύματος στους τύπους