Грејне жице струјом

Пошто је количина топлоте коју генерише струја док тече кроз жицу пропорционална времену, температура жице мора континуирано расти како струја тече кроз жицу. У ствари, када струја непрекидно пролази кроз жицу, успоставља се одређена константна температура, иако се континуирано ослобађање топлоте наставља у овој жици.

Ова појава се објашњава чињеницом да свако тело чија је температура виша од температуре околине ослобађа топлотну енергију у околину због чињенице да:

• прво, само тело и тела у додиру са њим имају топлотну проводљивост;

• друго, слојеви ваздуха уз тело се загревају, подижу се и уступају место хладнијим слојевима, који се поново загревају, итд. (конвекција топлоте);

• треће, због чињенице да загрејано тело емитује тамне и понекад видљиве зраке у околни простор, трошећи део своје топлотне енергије на то (зрачење).

Сви наведени губици топлоте су утолико већи што је већа разлика између температура тела и околине.Дакле, када температура проводника постане толико висока да је укупна количина топлоте коју проводник одаје околном простору у јединици времена једнака количини топлоте која се сваке секунде генерише у проводнику електричном струјом, тада је температура проводника ће престати да се повећава и постаће трајна.

Губитак топлоте из проводника при проласку струје је превише сложена појава да би се теоретски добила зависност температуре проводника од свих околности које утичу на брзину хлађења тела.

Међутим, неки закључци се могу извући на основу теоријских разматрања. У међувремену, питање температуре жица је од великог практичног значаја за све техничке прорачуне мреже, реостата, намотаја итд. Због тога у техници користе емпиријске формуле, правила и табеле које дају однос пресека жица и дозвољене јачине струје под различитим условима у којима се жице налазе. Неки квалитативни односи се могу предвидети и лако утврдити емпиријски.

Очигледно, свака околност која смањује утицај једног од три узрока хлађења тела повећава температуру проводника. Истакнимо неке од ових околности.

Неизолована равна жица развучена хоризонтално има нижу температуру од исте жице при истој јачини струје у вертикалном положају, јер се у другом случају загрејани ваздух подиже дуж жице и замена загрејаног ваздуха хладним долази спорије, него у првом случају.

Жица намотана у спиралу се загрева много више од сличне жице исте ампераже истегнуте у правој линији.

Проводник прекривен слојем изолације се загрева више од неизолованог, јер је изолација увек лош проводник топлоте, а температура површине изолације је знатно нижа од температуре проводника, па се хлађење ова површина ваздушним струјама и зрачењем је много мања.

Ако се жица стави у водоник или усијани гас, који имају већу топлотну проводљивост од ваздуха, тада ће температура жице за исту јачину струје бити нижа него у ваздуху. Напротив, са угљен-диоксидом, чија је топлотна проводљивост нижа од ваздуха, жица се више загрева.

Ако се проводник постави у шупљину (вакум), онда ће конвекција топлоте потпуно престати и загревање проводника ће бити много веће него у ваздуху. Ово се користи приликом уградње сијалица са жарном нити.

Генерално, хлађење ваздушних струја жица је од примарне важности међу осталим факторима хлађења. Свако повећање површине хлађења смањује температуру проводника. Дакле, сноп танких паралелних жица које нису у додиру једна са другом се хлади много боље од дебеле жице истог отпора, чији је попречни пресек једнак збиру попречних пресека свих жица у снопу. .

Да би се направили реостати релативно мале тежине, као проводници се користе веома танке металне траке, које се увијају да би се смањила њихова дужина.

Пошто је количина топлоте коју одаје струја у проводнику пропорционална његовом отпору, онда се у случају два проводника исте величине, али различите супстанце, проводник чији је отпор већи загрева на вишу температуру.

Смањивањем попречног пресека жице можете повећати њен отпор толико да њена температура достигне тачку топљења. Ово се користи за заштиту мреже и уређаја од оштећења струјама веће јачине него што су уређаји и мрежа дизајнирани.

За ову тзв осигурачи, које су кратке жице направљене од метала ниског топљења (сребра или олова). Пресек ове жице се израчунава тако да се при одређеној одређеној јачини струје ова жица топи.

Подаци дати у табелама за тражење пресека осигурача за различите струје односе се на осигураче дужине најмање одређених димензија.

Веома кратак осигурач хлади се боље од дугог због добре топлотне проводљивости бакарних стезаљки на које је спојен и стога се топи на нешто већој струји. Поред тога, дужина осигурача мора бити таква да када се топи, између крајева жица не може да се формира електрични лук. На овај начин се одређује најмања дужина осигурача у зависности од напона мреже.

Такође видети:

Загревање делова под напоном са продуженим струјним током у формулама