Як провід нагрівається електричним струмом

При проходженні по дроту електричного струму відбувається перетворення електричної енергії в теплову. Швидкість процесу перетворення електричної енергії в теплову характеризується потужністю P = UI.

Кількість тепла, що виділяється струмом в провіднику, пропорційно квадрату струму, опору провідника і часу проходження струму: Q = I2rt (Закон Джоуля-Ленца).

Перетворення електричної енергії в теплову має величезне практичне значення для створення ламп розжарювання, нагрівальних пристроїв і електронних печей. Але виділення тепла в проводах і обмотках електронних, машин, трансформаторів, вимірювальних та інших пристроїв не тільки нікчемна розтрата електричної енергії, та й процес, який може принести до неприпустимо високого збільшення температури і до псування ізоляції проводів і навіть самих пристроїв.

Кількість тепла, що виділяється в дроті, пропорційно обсягу дроти і збільшенню температури, а швидкість віддачі тепла в навколишній простір пропорційна різниці температур дроти та середовища.

В 1-й час після включення ланцюга різниця температур дроти та середовища мала. Тільки невелика частина тепла, що виділяється струмом, розсіюється і навколишнє середовище, а велика частина тепла залишається в проводі і йде на його нагрівання. Цим пояснюється швидке зростання температури дроти в початковій стадії нагрівання.

У міру зростання температури дроти виростає різниця температур дроти та навколишнього середу до зростає кількість тепла, що віддається проводом. У зв`язку з цим зростання температури дроти все більш сповільнюється. Зрештою, при деякій температурі встановлюється тепловоз рівновагу: за однаковий час кількість виділяється в. проводі тепла стає рівним розсіює в навколишнє середовище.

При подальшому проходженні незмінних струму температура дроту не змінюється і іменується усталеною температурою.

Час нагрівання до сталої температури неоднаково для різних провідників: нитка лампи розжарювання гріється за частки секунди, електронна машина - за кілька годин (як показує аналіз, на теоретичному рівні час нагрівання нескінченно велике, ми під часом нагрівання будемо усвідомлювати час, протягом якого провід гріється до температури, викривав від звичної для менш ніж на 1%).

Для ізольованих проводів нормами встановлена ​​гранична температура нагріву 55 - 100 ° С залежно від параметрів ізоляції і критерій монтажу. Струм, при якому встановилася температура відповідає нормам, іменується максимально допустимим або номінальним струмом дроти. Значення номінальних струмів для різних перетинів проводів наводиться в особливих таблицях в ПУЕ та електротехнічних довідниках.

Потужність, що розвивається струмом в проводі, при якій настає термічне рівновагу до встановлюється допустима температура, іменується припустимою потужністю розсіювання.

Якщо по дроту проходить струм більше номінального, то провід виявляється «перевантаженим». Але, так як встановилася температура досягається не відразу, короткостроково можна допустити в ланцюзі струм більше номінального (до моменту, поки температура дроту не досягне граничного значення). Дуже велика температура дроти, зазвичай, виходить при короткому замиканні.

Школа для електрика