Heizdrähte mit Strom

Da die Wärmemenge, die der Strom erzeugt, während er durch den Draht fließt, proportional zur Zeit ist, muss die Temperatur des Drahtes kontinuierlich ansteigen, während der Strom durch den Draht fließt. Wenn ein Strom kontinuierlich durch einen Draht fließt, stellt sich tatsächlich eine bestimmte konstante Temperatur ein, obwohl in diesem Draht weiterhin Wärme abgegeben wird.

Dieses Phänomen erklärt sich aus der Tatsache, dass jeder Körper, dessen Temperatur höher als die Umgebungstemperatur ist, Wärmeenergie an die Umgebung abgibt, weil:

• Erstens haben der Körper selbst und die mit ihm in Kontakt stehenden Körper Wärmeleitfähigkeit;

• Zweitens werden die an den Körper angrenzenden Luftschichten erwärmt, steigen auf und weichen kälteren Schichten, die erneut erwärmt werden, und so weiter. (Wärmekonvektion);

• drittens, weil der erhitzte Körper dunkle und manchmal sichtbare Strahlen in den umgebenden Raum abgibt und dafür einen Teil seiner Wärmeenergie aufwendet (Strahlung).

Alle oben genannten Wärmeverluste sind umso größer, je größer der Temperaturunterschied zwischen Körper und Umgebung ist.Wenn also die Temperatur des Leiters so hoch wird, dass die Gesamtwärmemenge, die der Leiter pro Zeiteinheit an den umgebenden Raum abgibt, gleich der Wärmemenge ist, die im Leiter jede Sekunde durch einen elektrischen Strom erzeugt wird, dann steigt die Temperatur Die Wirkung des Leiters hört auf zuzunehmen und wird dauerhaft.

Der Wärmeverlust eines Leiters während des Stromdurchgangs ist ein zu komplexes Phänomen, um theoretisch die Abhängigkeit der Temperatur des Leiters von allen Umständen zu ermitteln, die die Abkühlgeschwindigkeit des Körpers beeinflussen.

Aus theoretischen Überlegungen lassen sich jedoch einige Schlussfolgerungen ziehen. Mittlerweile ist die Frage der Temperatur der Drähte für alle technischen Berechnungen des Netzes, der Rheostate, der Wicklungen usw. von großer praktischer Bedeutung. Daher verwendet man in der Technik empirische Formeln, Regeln und Tabellen, die den Zusammenhang zwischen den Querschnitten von Drähten und der zulässigen Stromstärke unter verschiedenen Bedingungen, in denen sich die Drähte befinden, angeben. Einige qualitative Beziehungen können vorhergesagt und empirisch leicht festgestellt werden.

Offensichtlich erhöht jeder Umstand, der den Einfluss einer der drei Ursachen der Körperkühlung verringert, die Temperatur des Leiters. Lassen Sie uns einige dieser Umstände hervorheben.

Ein nicht isolierter gerader Draht, der horizontal gedehnt ist, hat eine niedrigere Temperatur als derselbe Draht bei gleicher Stromstärke in vertikaler Position, da im zweiten Fall die erwärmte Luft entlang des Drahtes aufsteigt und der Austausch der erwärmten Luft durch kalte Luft langsamer erfolgt. als im ersten Fall.

Ein spiralförmig gewickelter Draht erwärmt sich viel stärker als ein ähnlicher, in einer geraden Linie gedehnter Draht gleicher Stromstärke.

Ein mit einer Isolierschicht bedeckter Leiter erwärmt sich stärker als ein nicht isolierter, da die Isolierung immer ein schlechter Wärmeleiter ist und die Temperatur der Oberfläche der Isolierung viel niedriger ist als die Temperatur des Leiters, sodass die Abkühlung erfolgt Diese Oberfläche ist durch Luftströmungen und Strahlung viel kleiner.

Wird ein Draht in Wasserstoff oder glühende Gase gelegt, die eine höhere Wärmeleitfähigkeit als Luft haben, dann ist die Temperatur des Drahtes bei gleicher Stromstärke niedriger als in Luft. Im Gegenteil: Bei Kohlendioxid, dessen Wärmeleitfähigkeit geringer ist als die von Luft, erwärmt sich der Draht stärker.

Wenn der Leiter in einem Hohlraum (Vakuum) platziert wird, hört die Wärmekonvektion vollständig auf und die Erwärmung des Leiters ist viel größer als an Luft. Dies wird bei der Installation von Glühlampen verwendet.

Im Allgemeinen ist neben anderen Kühlfaktoren die Kühlung der Luftströme der Drähte von vorrangiger Bedeutung. Jede Vergrößerung der Kühlfläche verringert die Temperatur des Leiters. Daher wird ein Bündel dünner paralleler Drähte, die nicht miteinander in Kontakt stehen, viel besser gekühlt als ein dicker Draht mit demselben Widerstand, dessen Querschnitt gleich der Summe der Querschnitte aller Drähte im Bündel ist .

Um Rheostate mit relativ geringem Gewicht herzustellen, werden als Leiter sehr dünne Metallstreifen verwendet, die zur Reduzierung ihrer Länge gecrimpt werden.

Da die Wärmemenge, die der Strom in einem Leiter abgibt, proportional zu seinem Widerstand ist, wird bei zwei Leitern gleicher Größe, aber unterschiedlicher Substanz der Leiter, dessen Widerstand größer ist, auf eine höhere Temperatur erhitzt.

Indem man den Querschnitt des Drahtes verringert, kann man seinen Widerstand so weit erhöhen, dass seine Temperatur seinen Schmelzpunkt erreicht. Dies dient dazu, das Netzwerk und die Geräte vor Schäden durch Ströme zu schützen, die stärker sind, als die Geräte und das Netzwerk dafür ausgelegt sind.

Für dieses sogenannte SicherungenDabei handelt es sich um kurze Drähte aus einem niedrig schmelzenden Metall (Silber oder Blei). Der Querschnitt dieses Drahtes ist so berechnet, dass bei einer bestimmten vorgegebenen Stromstärke dieser Draht schmilzt.

Die Angaben in den Tabellen zum Nachschlagen von Sicherungsquerschnitten für verschiedene Stromstärken beziehen sich auf Sicherungen mit einer Länge von mindestens bestimmten Abmessungen.

Eine sehr kurze Sicherung kühlt aufgrund der guten Wärmeleitfähigkeit der Kupferklemmen, an die sie angeschlossen ist, besser als eine lange und schmilzt daher bei einem etwas höheren Strom. Darüber hinaus muss die Länge der Sicherung so bemessen sein, dass sich beim Schmelzen kein Lichtbogen zwischen den Enden der Drähte bilden kann. Dadurch wird die kleinste Sicherungslänge abhängig von der Netzspannung ermittelt.

Siehe auch:

Erwärmung spannungsführender Teile bei längerem Stromfluss in den Formeln