DC 전류로 와이어를 가열하는 단계; 왜 중간에서 가장 뜨겁습니까?

DC 전류를 와이어를 통해 가열합니다. 나는 와이어가 고르게 가열 될 것이라고 생각하지만, 중간에 가까울수록 더 뜨거워 지거나 클램프에 가까워 질수록 더 뜨겁다는 것을 알았습니다. 누구든지 이것을 설명 할 수 있습니까?

두 가지 효과가 있습니다. 와이어의 연결 및 온도 계수의 방열 효과.

처음에는 와이어의 온도가 모두 같습니다.

전원을 켜면 가열되기 시작합니다.

가열은 와이어의 주어진 부분에 대한 와이어의 전력 손실에 의해 결정됩니다. 전원 = 전류 * 전압. 전선의 모든 부분은 동일한 전류를 갖습니다. 주어진 길이에 대해 전압 = 전류 * 저항 제공 전력 = 전류 제곱 * 저항.

처음에는 모든 와이어의 저항이 동일하므로 가열은 와이어 길이를 따라 이루어집니다.

열은 더 뜨거운 물체에서 더 차가운 물체로 흐릅니다 (열역학의 첫 번째 법칙). 이 경우 연결 지점이 더 차가워 지므로 와이어 끝에서 커넥터로 열이 흘러 끝이 약간 냉각됩니다. 끝이 더 시원하기 때문에 근처의 와이어 비트는 와이어의 길이를 따라 더 적은 양으로 냉각됩니다. 이로 인해 와이어의 끝단보다 약간 따뜻한 중간에 온도 변화가 매우 작습니다.

구리는 포지티브 온도 계수가 C 당 약 0.4 %입니다. 이는 와이어가 따뜻할수록 저항이 높아짐을 의미합니다.

와이어의 중간이 더 뜨겁기 때문에 저항이 증가합니다. 위의 방정식에서 이것은 전선보다 중간에서 더 많은 전력이 소비된다는 것을 의미합니다.

더 많은 전력은 중간보다 더 많은 가열을 의미하며 긍정적 인 피드백 효과를 얻습니다. 중간이 더 뜨겁다는 것은 저항이 높고 더 많은 전력이 소비된다는 것을 의미합니다.

이것은 와이어의 중간에서 거의 모든 전력이 소산 될 때까지 계속됩니다. 와이어를 따라 열 전도가 중간 근처의 섹션도 상당히 높은 저항을 갖기 때문에 단일 지점에서 모든 전력을 얻지 못합니다. 결국 열전도도가 긍정적 인 피드백 효과의 균형을 맞추기에 충분한 에너지를 확산시키는 평형에 도달합니다.

양의 온도 계수의 가장 좋은 예는 구식 백열 전구입니다. 차가울 때 저항을 측정하는 경우 전력 정격에 대해 기대할 수있는 값의 일부가되며 약 3000도에서 작동하므로 차가움 저항이 켜져있을 때 정상 작동 저항의 약 1/10입니다. 그것들은 구리가 아닌 텅스텐으로 만들어졌으며, 구리는 그 온도에서 액체 일 것이지만 열 계수는 거의 같습니다.

열과 온도는 매우 다른 두 가지입니다. 평형 온도는 영역으로의 열 흐름이 열 흐름과 동일 할 때 발생합니다.

귀하의 경우 와이어의 단위 길이 당 열 흐름 (저항 가열)은 본질적으로 일정합니다. 그러나 와이어 자체와 주변 공기 모두로의 열 흐름은 주로 와이어 끝이 부착 된 열의 근접성 때문에 히트 싱크 역할을합니다.