डीसी करंट के साथ एक तार को गर्म करना; यह बीच में सबसे गर्म क्यों है?

Question

मैं इसे गर्म करने के लिए एक तार के माध्यम से डीसी करंट लगा रहा हूं। मुझे लगता है कि तार समान रूप से गर्म हो जाएगा, लेकिन मैंने पाया है कि यह बीच के करीब पहुंचने के लिए गर्म है, या क्रमशः, क्लैम्प के पास ठंडा हो जाता है। क्या कोई इसे समझा सकता है?

Comments

पक्षों पर तार कनेक्टर गर्मी सिंक के रूप में कार्य करते हैं?

— नज़र

इसके अलावा, एक उच्च सकारात्मक TCR प्रभाव को तेज कर सकता है।

— डैंपमास्किन

अपने सेटअप की तस्वीर पोस्ट करें और हो सकता है कि कोई नियम या पैमाना डालें ताकि हम आयामों का अनुमान लगा सकें।

— ट्रांजिस्टर

क्या आप पुष्टि कर सकते हैं कि आपकी शक्ति सर्किट को कैसे खिलाया जाता है?

— एंडी उर्फ

Answer 1

दो प्रभाव चल रहे हैं। कनेक्शन की गर्मी डूबने का प्रभाव और तार पर तापमान गुणांक।

प्रारंभ में तार सभी एक ही तापमान पर होते हैं।

आप शक्ति को चालू करते हैं और यह गर्म होना शुरू हो जाता है।

तार में विद्युत शक्ति अपव्यय से हीटिंग का निर्धारण किया जाता है, तार के किसी भी अनुभाग के लिए विद्युत = वर्तमान * वोल्टेज। तार के सभी हिस्सों में एक ही करंट होगा। किसी दिए गए लम्बाई के लिए वोल्ट = करंट * रेजिस्टेंस देने वाली पॉवर = करंट स्क्वेरड * रेसिस्टेंस।

प्रारंभ में सभी तार में एक ही प्रतिरोध होता है और इसलिए हीटिंग तार की लंबाई के साथ भी होता है।

ऊष्मा गर्म करने के लिए वस्तुओं से लेकर कूलर वाले तक बहती है (यह ऊष्मागतिकी का पहला नियम है)। इस मामले में कनेक्शन बिंदु कूलर हैं और इसलिए तार के सिरों से गर्मी प्रवाहित होती है, जिससे कनेक्टर थोड़ा ठंडा होता है। चूँकि बहुत ही अंत में उनके पास तार के टुकड़े ठंडे होते हैं, इसलिए थोड़ी मात्रा में और इसी तरह तार की लंबाई के साथ ठंडा होता है। यह तार के पार एक बहुत ही छोटे तापमान ढाल के परिणामस्वरूप मध्य छोर से थोड़ा गर्म होता है।

कॉपर में लगभग 0.4 प्रतिशत प्रति डिग्री सेल्सियस का सकारात्मक तापमान गुणांक होता है। इसका अर्थ है कि तार जितना अधिक प्रतिरोध करेगा।

तार के बीच का भाग गर्म होता है जिसका अर्थ है कि इसका प्रतिरोध बढ़ जाता है। उपरोक्त समीकरणों से इसका अर्थ है कि छोरों की तुलना में तार के बीच में अधिक शक्ति का विघटन होता है।

अधिक शक्ति का अर्थ है कि छोरों की तुलना में बीच में अधिक हीटिंग और आपको सकारात्मक प्रतिक्रिया प्रभाव मिलता है। मध्य गर्म होता है जिसका अर्थ है कि इसका प्रतिरोध अधिक है और अधिक शक्ति वहां फैल जाती है जिसका अर्थ है कि यह गर्म हो जाता है ...

यह तब तक जारी रहता है जब तक कि लगभग सारी शक्ति तार के बीच में नहीं रह जाती है, आपको कभी भी एक बिंदु में सारी शक्ति नहीं मिलती है क्योंकि तार के साथ ऊष्मा चालन का अर्थ है कि मध्य के पास के खंडों में भी यथोचित उच्च प्रतिरोध होता है। आखिरकार आप एक संतुलन तक पहुंच जाते हैं जहां सकारात्मक प्रतिक्रिया प्रभाव को संतुलित करने के लिए तापीय चालकता पर्याप्त ऊर्जा फैलाती है।

एक सकारात्मक तापमान गुणांक का सबसे अच्छा उदाहरण एक पुरानी शैली तापदीप्त प्रकाश बल्ब है। यदि आप प्रतिरोध को मापते हैं, तो ठंडा होने पर यह उस मान का एक अंश होगा जो आप इसकी बिजली रेटिंग के लिए चाहते हैं, वे लगभग 3000 डिग्री पर संचालित होते हैं और इसलिए जब ठंडा प्रतिरोध सामान्य ऑपरेटिंग प्रतिरोध का लगभग 1/10 वाँ होता है। वे टंगस्टन से बने होते हैं तांबा नहीं, तांबे उन तापमानों पर एक तरल होगा, लेकिन थर्मल गुणांक लगभग उसी के बारे में है।

Comments

एक अन्य नोट - वायर में एक कम प्रतिरोध है जिसका मतलब है कि एक तार में छोड़ी गई कुल शक्ति आमतौर पर इतनी अधिक नहीं होती है और इसलिए इसका प्रभाव सामान्य धाराओं में उतना बड़ा नहीं होता है। यदि आप एक उच्च विद्युत और थर्मल प्रतिरोध दोनों के साथ एक सामग्री का उपयोग करते हैं (उदाहरण के लिए एक यांत्रिक पेंसिल से सीसा इसके लिए अच्छी तरह से काम करता है) तो आप इस प्रभाव को स्पष्ट रूप से देख सकते हैं क्योंकि मध्य धीरे-धीरे कुछ हजार डिग्री तक गर्म होता है और चमकना शुरू होता है। बीच में उन तापमानों में जलन / वाष्पीकरण होगा जो इसके प्रतिरोध को बढ़ाते हैं और प्रभाव को बढ़ाते हैं जब तक कि यह विफल न हो जाए।

— एंड्रयू

मुझे यकीन है कि आप पहले से ही यह जानते हैं, लेकिन स्पष्टता के लिए यांत्रिक पेंसिल "लीड" वास्तव में ग्रेफाइट, कार्बन का एक रूप है। लेड की प्रतिरोधकता कम होती है (इसलिए इसका उपयोग मिलाप में होता है)

— स्टीव कॉक्स

ध्यान दें कि ओपी ने कभी नहीं कहा कि वह तांबे का उपयोग कर रहा था (हालांकि यह शायद एक सुरक्षित दांव है)। इसके अलावा, प्रतिरोध के एक नकारात्मक तापमान गुणांक वाली सामग्री का एक अच्छा उदाहरण कार्बन लैंप फिलामेंट है, जैसे बहुत बड़े बल्बों में उपयोग किया जाता है।

— डेव ट्वीड

@ सेटेवॉक्स: हाँ, लेकिन धातु सीसा (और मिलाप) अभी भी लगभग 10x तांबे की प्रतिरोधकता है। यही कारण है कि उच्च धाराओं को संभालने के लिए मिलाप के साथ एक पीसीबी ट्रेस का निर्माण कम प्रभावी है जितना आप सोच सकते हैं ...

— डेव ट्वीड

@DaveTweed नहीं चाहता कि कोई गलती से "उच्च प्रतिरोध" सीसे को झुका दे, जहां वे ग्रेफाइट के प्रतिरोध की उम्मीद कर रहे थे

— स्टीव कॉक्स

Answer 2

गर्मी और तापमान दो बहुत अलग चीजें हैं। संतुलन तापमान तब होता है जब एक क्षेत्र में गर्मी प्रवाह गर्मी प्रवाह के बराबर होता है।

आपके मामले में, तार की प्रति यूनिट लंबाई (प्रतिरोधक ताप) में गर्मी का प्रवाह अनिवार्य रूप से स्थिर होता है, जैसा कि आप करते हैं। हालांकि, गर्मी बाहर निकलती है - दोनों तार के साथ और आसपास की हवा के लिए - भिन्न होती है, मुख्य रूप से तार के छोर जो कुछ भी जुड़े होते हैं, की निकटता के कारण होता है, जो एक हीट के रूप में कार्य करता है।