Vykurovacie drôty s prúdom

Pretože množstvo tepla generovaného prúdom, ktorý preteká drôtom, je úmerné času, teplota drôtu sa musí neustále zvyšovať, keď prúd prechádza drôtom. V skutočnosti, keď prúd nepretržite prechádza drôtom, vytvorí sa určitá konštantná teplota, hoci nepretržité uvoľňovanie tepla v tomto drôte pokračuje.

Tento jav sa vysvetľuje skutočnosťou, že každé teleso, ktorého teplota je vyššia ako teplota prostredia, uvoľňuje tepelnú energiu do prostredia v dôsledku toho, že:

• po prvé, samotné teleso a telesá, ktoré sú s ním v kontakte, majú tepelnú vodivosť;

• po druhé, vrstvy vzduchu priliehajúce k telu sa ohrievajú, stúpajú hore a ustupujú chladnejším vrstvám, ktoré sa opäť zahrievajú atď. (tepelná konvekcia);

• po tretie, kvôli skutočnosti, že vyhrievané telo vyžaruje tmavé a niekedy viditeľné lúče do okolitého priestoru, pričom na to vynakladá časť svojej tepelnej energie (žiarenie).

Všetky vyššie uvedené tepelné straty sú tým väčšie, čím väčší je rozdiel medzi teplotami tela a prostredia.Preto, keď sa teplota vodiča zvýši tak, že celkové množstvo tepla odovzdaného vodičom do okolitého priestoru za jednotku času sa rovná množstvu tepla generovaného vo vodiči každú sekundu elektrickým prúdom, potom teplota vodiča sa prestane zvyšovať a stane sa trvalým.

Strata tepla z vodiča pri prechode prúdu je príliš zložitý jav na to, aby sme teoreticky získali závislosť teploty vodiča od všetkých okolností, ktoré ovplyvňujú rýchlosť ochladzovania telesa.

Niektoré závery však možno vyvodiť na základe teoretických úvah. Medzitým má otázka teploty drôtov veľký praktický význam pre všetky technické výpočty siete, reostatov, vinutí atď. Preto v technológii používajú empirické vzorce, pravidlá a tabuľky, ktoré dávajú vzťah medzi prierezmi drôtov a prípustnou prúdovou silou za rôznych podmienok, v ktorých sa drôty nachádzajú. Niektoré kvalitatívne vzťahy možno predpovedať a jednoducho empiricky stanoviť.

Je zrejmé, že každá okolnosť, ktorá znižuje vplyv jednej z troch príčin ochladzovania tela, zvyšuje teplotu vodiča. Uveďme niektoré z týchto okolností.

Neizolovaný rovný drôt natiahnutý vodorovne má nižšiu teplotu ako ten istý drôt pri rovnakej prúdovej sile vo vertikálnej polohe, pretože v druhom prípade ohriaty vzduch stúpa pozdĺž drôtu a nahradenie ohriateho vzduchu studeným prebieha pomalšie, ako v prvom prípade.

Drôt navinutý do špirály sa zahrieva oveľa viac ako podobný drôt s rovnakou intenzitou natiahnutý v priamke.

Vodič pokrytý vrstvou izolácie sa zahrieva viac ako neizolovaný, pretože izolácia je vždy zlým vodičom tepla a teplota povrchu izolácie je oveľa nižšia ako teplota vodiča, takže ochladzovanie tento povrch vzdušnými prúdmi a žiarením je oveľa menší.

Ak sa drôt umiestni do vodíka alebo žeravého plynu, ktoré majú vyššiu tepelnú vodivosť ako vzduch, potom bude teplota drôtu pri rovnakej sile prúdu nižšia ako vo vzduchu. Naopak, pri oxide uhličitom, ktorého tepelná vodivosť je nižšia ako u vzduchu, sa drôt viac zahrieva.

Ak je vodič umiestnený v dutine (vákuu), potom sa konvekcia tepla úplne zastaví a zahrievanie vodiča bude oveľa väčšie ako vo vzduchu. Používa sa pri inštalácii žiaroviek.

Vo všeobecnosti má chladenie vzduchových prúdov drôtov primárny význam medzi ostatnými chladiacimi faktormi. Akékoľvek zvýšenie chladiacej plochy znižuje teplotu vodiča. Preto je zväzok tenkých paralelných drôtov, ktoré nie sú vo vzájomnom kontakte, chladený oveľa lepšie ako hrubý drôt s rovnakým odporom, ktorého prierez sa rovná súčtu prierezov všetkých drôtov vo zväzku. .

Na výrobu reostatov s relatívne nízkou hmotnosťou sa ako vodiče používajú veľmi tenké kovové pásiky, ktoré sú zvlnené, aby sa zmenšila ich dĺžka.

Pretože množstvo tepla odovzdaného prúdom vo vodiči je úmerné jeho odporu, potom v prípade dvoch vodičov rovnakej veľkosti, ale rozdielnej látky, vodič, ktorého odpor je väčší, sa zahreje na vyššiu teplotu.

Zmenšením prierezu drôtu môžete zvýšiť jeho odpor natoľko, že jeho teplota dosiahne bod topenia. Používa sa na ochranu siete a zariadení pred poškodením prúdmi s väčšou silou, než na aké sú zariadenia a sieť navrhnuté.

Pre tento tzv poistky, čo sú krátke drôty vyrobené z kovu s nízkou teplotou topenia (striebra alebo olova). Prierez tohto drôtu sa vypočíta tak, že pri určitej špecifikovanej sile prúdu sa tento drôt roztaví.

Údaje uvedené v tabuľkách na vyhľadanie prierezu poistiek pre rôzne prúdy sa vzťahujú na poistky s dĺžkou aspoň určitých rozmerov.

Veľmi krátka poistka chladí lepšie ako dlhá vďaka dobrej tepelnej vodivosti medených svoriek, ku ktorým je pripojená, a preto sa taví pri trochu vyššom prúde. Okrem toho musí byť dĺžka poistky taká, aby pri jej roztavení nemohol vzniknúť medzi koncami drôtov elektrický oblúk. Týmto spôsobom sa určí najmenšia dĺžka poistky v závislosti od sieťového napätia.

Pozri tiež:

Ohrev živých častí s predĺženým prietokom prúdu vo vzorcoch