Защо токът се загрява? Да разгледаме детайлите


Разглобена защо и как се загрява проводникът, когато електрическият ток минава през него

Защо при провеждане на електрически ток проводникът се нагрява? Отговорът на този въпрос е изключително важен при избора на материали и сечение на проводници, както и в контекста на борбата с ефектите на токове на късо съединение.

Затова в нашата статия ще се опитваме колкото е възможно по-подробно, но в същото време, на достъпен език, да се справим с причините за отопление, неговите етапи и използването на това свойство на проводниците на практика.

Причини за нагряване на проводниците и техните етапи

Защо тогава проводникът се нагрява, когато токът минава? Отговорът на този въпрос е даден независимо от Джеймс Жул през 1841 г. и от Емил Ленц през 1842 година. В тази връзка. Отвореният от тях закон се нарича Joule-Lenz.

Законът Joule-Lenz


Джеймс Джоул

Емил Ленц

Този закон звучи така: силата на отделената топлина в единица обем на проводник е равна на произведението на напрежението на електрическия ток до неговата плътност. Ако от това определение веднага стана ясно, тогава нашата статия не е за вас. Ще разговаряме с тези, които като мен, когато за първи път чуха дефиницията, поклатиха очи с учудване.

Затова ще използваме поне една формула и ще се опитаме да обясним на пръст какво означава този закон:


Право на Joule-Lenz

Следователно имаме проводник, по който протича токът.
  • Самият лидер има определено пресичане, както и съпротива.
  • Стойността на това съпротивление обикновено не е висока, но е такава.
  • Освен това, след като имаме ток през проводника, той има определен потенциал или напрежение.
  • Чрез използването на тези концепции ще определим защо токовия проводник се нагрява.


Специфична устойчивост на различни вещества

Да започнем с обяснение на съпротивлението на проводника. Всеки материал има така наречената специфична проводимост - това е способността за провеждане на електрически ток.

В някои материали този показател е доста висок и те се наричат ​​проводници. В други материали тази способност е много ниска и те се наричат ​​диелектрици.


Зависимост на съпротивлението на проводника от съпротивлението на материала

Колкото по-висока е способността на материала да провежда електрически ток, толкова по-ниско е неговото съпротивление. Но съпротивлението на проводника зависи от един параметър - това е неговото пресичане.

Тъй като проводникът е като коридор за заредени частици, колкото повече са те, толкова по-трудно е да ги премине. Следователно, колкото по-голям е токът, толкова по-голямо е напречното сечение в проводника.

Зависимост на съпротивлението на кабела от неговото пресичане

Всички съвременни кабели и кабели имат строго определено съпротивление, което зависи пряко от тяхното пресичане. Обикновено се посочва в паспорта на продукта и се регулира от ГОСТ като видео.


Работата, извършвана от електрическия ток в проводника, е равна на количеството на разпределената топлина

Токът, нарушаващ съпротивлението на проводника, изпълнява работата. Резултатът от тази работа е разпределението на топлината. Колкото по-голяма е тази топлина,колкото по-бързо се загрява проводникът.

Съответно, колкото повече време тече през проводника, толкова по-голямо е съпротивлението на проводника, колкото по-голям е токът през проводника, толкова по-бързо и повече се нагрява. Ето как законът на Joul-Lenz регулира нагряването на електрически проводници.

Обърнете внимание! Електрическата проводимост, а оттам и съпротивлението на проводника, зависи пряко от неговата температура. Колкото е по-висока, толкова по-голяма е съпротивлението на проводника. Затова се оказва лавиноподобен процес. Проводникът се затопля, съпротивлението му нараства и се нагрява още повече. В това отношение най-голямо внимание трябва да се обърне на процеса на премахване на топлината от проводника.

Изпускане на топлина от етапите на проводника и нагряването

Във връзка с горното свойство трябва да се води отопление на проводниците. Това се постига чрез избор на оптимално пресичане на жицата, както и на материала. Това означава, че напречното сечение на телта трябва да съответства на максимално допустимия ток, който може да тече в него, както и да издържа краткотрайно претоварване нормално.

  • За да се изчисли правилно това, трябва да знаем не само как законът на Джаул-Ленцез изчислява нагряването на проводниците чрез електрически ток, но също и как да се изчисли връщането на топлината от проводника. В края на краищата, нашият проводник не е във вакуум и предава топлината на околната среда.


Област Leader

  • Нека веднага определим кои параметри влияят на проводимостта на проводника.Първо, това е пресечната точкаПроводник, защото е логично, че колкото по-голяма площ на проводника се сблъсква с околния въздух, толкова по-бързо го дава.


Топлообмен на различни материали

  • Следващият важен критерий е т.нар. Коефициент на топлопреминаване на материала, от който се изпълнява проводникът.Или тъй като този параметър се нарича още - термичната проводимост на материала. Никой не е тайна, че топлопроводимостта на материалите е различна.
  • Е, последният параметър е разликата между температурата на околната среда и материала на проводника.Както казва инструкцията: колкото по-голяма е тази разлика, толкова по-бързо материалът дава топлина.


Температура в режим на готовност

  • Въз основа на всички тези параметри, влияещи на преноса на топлина, може да се приеме, че за всеки проводник и всеки ток има така наречена установена температура.Това е температурата, при която има равенство на получената енергия от потока на ток и топлина.


Работна температура на проводника от PVC изолация

  • Тази температура се нарича постоянен режим.И трябва да е в рамките на работната температура на проводника. Работната температура на проводниците обикновено е ограничена от използвания тип изолация.

Например, за PVC изолация, тя не трябва да надвишава 70 ° C, а различни материали с импрегниращ лак могат да издържат на температури до 120 ° C и повече.

избор на проводници

Както можете да видите от всички гореизброени, проводниците трябва да бъдат избрани от условията на нагряване.При определен ток тяхната температура не надвишава максимално допустимата. Можете да направите това със собствените си ръце, благодарение на таблиците в PUE. Но по този въпрос трябва първо да разберете.

  • В ПУЕ са дадени таблици, на които е възможно да се направи избор на проводници за отопление, икономична плътност на тока, метод на уплътнение и други параметри.Но първо трябва задължително да знаем условията за инсталиране и работа на проводника. Нека видим защо е необходимо.


Допустимо претоварване за кабели в хартиената изолация

  • Но първо ще се занимаем с тока.Не е тайна, че с течение на времето токът в проводника ще се промени. И кой от тях трябва да се разглежда като резултат от избора на секцията на проводника не е ясна. На този въпрос трябва да се съобразим с клауза 1.3.2 от PUE, която показва, че средният ток трябва да се използва за избор в рамките на половин час, най-натоварен през деня.


На фото корекционните температурни коефициенти

  • Сега нека определим температурата.В различни места на инсталация, тя може да варира значително от работната температура. Това трябва да се вземе предвид. Ето защо в табл. 1.3.3 PUE осигурява корекционни коефициенти за различни кабелни и проводникови продукти, ако температурата, при която ще работи кабелът, се различава от работната.
  • Изборът на проводници за нагряване, плътност на тока, задължително взема предвид метода на полагане на проводника.Това може да бъде единично уплътнение във въздуха и може да бъде инсталация в земята или вътретръби. Вие ще се съгласите, че топлопроводимостта в такива проводници ще бъде значително различна. И това определено трябва да се вземе предвид.
  • Броят на живите проводници също трябва да се вземе предвид.Дали сме охладени от една вена или три, които са изправени.

Обърнете внимание! В табл. 1.3.12 PUE е отделен корекционен коефициент за монтиране на проводници по греди. В края на краищата, ако до нас има няколко проводника, те могат да се загряват взаимно и значително да се влошат, за да се охладят. И това също трябва да се вземе предвид.


Избор на кръстовища на проводниците в гума и PVC изолация

  • Накрая ще можем да използваме таблиците 1.3.4. - 1.3.11 PUE, които указват на проводниците, от които сечението се използва, за различни токове и при използване на проводници с различни видове изолация.

Обърнете внимание! Ако изберете проводник за дневна, тогава трябва незабавно да изключите кабели и кабели, изработени от алуминий. В крайна сметка, според новите правила на PUE от 2001 г., такъв материал в електрическите инсталации на жилищни сгради е забранен.


Таблица на икономическата плътност на тока

  • Но тези таблици могат да се използват не за най-мощните линии.При изчисляване на междусистемни високоволтови линии с напрежение 330 kV или по-високо, не трябва да се разчита на тези таблици. В този случай използвайте таблицата 1.3.36 PUE, която ви позволява да избирате проводниците на пресичане, въз основа на икономическата плътност на тока.

От това видео ще научите за изискванията къмлидери.

Използване на нагряване на материалите при преминаване на ток в практиката

Но не винаги е възможно да се загреят проводниците с електрически ток, което е отрицателен фактор. Хората са се научили да прилагат този закон и в своя полза. Примерите за такова приложение са масови. Ще дадем само няколко от тях.


Най-простата електрическа фурна

  • Първото и най-широко разпространено е прилагането на закона Joule-Lenz в електрически пещи, нагреватели и сешоари за коса. За целта като проводник умишлено се монтира материал с висока устойчивост. При преминаване през него на тока се отделя голямо количество топлина, която тогава правилно използва от човека.
  • Друг начин за прилагане на този закон е да имате топли помещения във вашия дом или да загрявате кабелите, използвани в строителните и канализационните системи. За тях също така умишлено се използва проводник с висока устойчивост.


Лампа с нажежаема жичка

  • И дори крушката "Илич" частично използва този закон. Само тук материалът се избира не само въз основа на съпротивлението, но и на яркостта на нажежаването в нагрято състояние.
  • Електрическата проводимост на електрическия ток обаче е намерила своето приложение в електроенергетиката. Всички вие вероятно сте имали предпазители. Същността на това защитно устройство се свежда до факта, че в контейнер с условно непроменени параметри се поставя проводник на определена секция. При преминаване през този проводник токът е по-допустим, той изгаря и по този начин обезвъздушава мрежата, коятое защитен


Принципът на действие на предпазителя

\ t

И това са само няколко примера за бърза ръка. Всъщност те са повече от порядъка. Ето защо, отоплението на проводници по време на потока на електрически ток е далеч от винаги "зло".

заключение

Наистина се надяваме, че сега знаете как да обясните нагряването на електрическия проводник и да разберете самия процес. Трябва също така да разберете какви ограничения се отнасят до избора на секцията на проводниците и дали цената на игнориране на тези правила няма да бъде твърде висока.

В крайна сметка, всички те се основават на реална практическа и научна обосновка, а електротехниката много жестоко наказва тези, които ги игнорират.