ลวดความร้อนด้วยกระแส DC; ทำไมมันถึงร้อนแรงที่สุดกลาง?

ฉันกำลังวางกระแส DC ผ่านสายเพื่อให้ความร้อน ฉันคิดว่าลวดจะร้อนขึ้นอย่างสม่ำเสมอ แต่ฉันพบว่ามันร้อนกว่าที่ฉันเข้าใกล้กลางหรือตามลำดับยิ่งใกล้กับที่หนีบยิ่งขึ้น มีใครอธิบายเรื่องนี้ได้บ้าง

มีเอฟเฟกต์สองอย่างเกิดขึ้น ผลกระทบการระบายความร้อนของการเชื่อมต่อและค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิบนลวด

เริ่มแรกลวดทั้งหมดที่อุณหภูมิเดียวกัน

คุณเปิดเครื่องและจะเริ่มร้อนขึ้น

ความร้อนถูกกำหนดโดยการกระจายพลังงานไฟฟ้าในสายไฟสำหรับส่วนใด ๆ ของสายไฟ = กระแส * แรงดัน ทุกส่วนของเส้นลวดจะมีกระแสเท่ากัน สำหรับความยาวที่กำหนดแรงดัน = กระแส * ความต้านทานให้กำลัง = กระแสกำลังสอง * ความต้านทาน

เริ่มแรกลวดทั้งหมดมีความต้านทานเท่ากันดังนั้นความร้อนจึงอยู่ในแนวยาวของลวด

ความร้อนไหลจากวัตถุที่ร้อนไปยังวัตถุที่เย็นกว่า (นี่คือกฎข้อแรกของอุณหพลศาสตร์) ในกรณีนี้จุดเชื่อมต่อจะเย็นลงและความร้อนจะไหลจากปลายลวดไปยังขั้วต่อเพื่อระบายความร้อนที่ปลายเล็กน้อย เนื่องจากปลายที่มีความเย็นมากขึ้นบิตของลวดที่อยู่ใกล้พวกมันจึงทำให้จำนวนที่น้อยลงนั้นเย็นลงตามความยาวของลวด สิ่งนี้ส่งผลให้การไล่ระดับอุณหภูมิที่เล็กมากทั่วทั้งเส้นลวดโดยมีอุณหภูมิปานกลางที่อบอุ่นกว่าปลายเล็กน้อย

ทองแดงมีค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิเชิงบวกประมาณ 0.4 เปอร์เซ็นต์ต่อองศาเซลเซียสซึ่งหมายความว่าลวดที่อุ่นจะมีความต้านทานที่สูงขึ้น

ตรงกลางของเส้นลวดนั้นร้อนกว่าซึ่งหมายถึงความต้านทานจะเพิ่มขึ้น จากสมการข้างต้นนี่หมายถึงพลังที่กระจายออกไปในสายตรงกลางมากกว่าในตอนท้าย

พลังงานที่มากขึ้นหมายถึงการให้ความร้อนที่ตรงกลางมากกว่าปลายและคุณจะได้รับผลตอบรับเชิงบวก ตรงกลางนั้นร้อนกว่าซึ่งหมายความว่ามันมีความต้านทานที่สูงขึ้นและกำลังจะกระจายไปมากขึ้นซึ่งหมายความว่ามันจะร้อนขึ้น ...

สิ่งนี้จะดำเนินต่อไปจนกระทั่งพลังเกือบทั้งหมดกระจายไปในสายกลางคุณไม่เคยได้รับพลังงานทั้งหมดในจุดเดียวเพราะการนำความร้อนตามเส้นลวดหมายความว่าส่วนที่อยู่ใกล้ตรงกลางก็มีความต้านทานสูงพอสมควร ในที่สุดคุณก็มาถึงสมดุลที่ซึ่งการนำความร้อนกระจายพลังงานเพียงพอที่จะสร้างสมดุลของผลตอบรับเชิงบวก

ตัวอย่างที่ดีที่สุดของค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิเชิงบวกคือหลอดไส้แบบเก่า หากคุณวัดค่าความต้านทานเมื่อความเย็นมันจะเป็นเพียงเศษเสี้ยวของค่าที่คุณคาดหวังจากค่ากำลังไฟพวกมันจะทำงานที่ประมาณ 3000 องศาดังนั้นความต้านทานความเย็นจะอยู่ที่ประมาณ 1 ใน 10 ของความต้านทานการใช้งานปกติเมื่อเปิด พวกเขาทำจากทังสเตนไม่ใช่ทองแดงทองแดงจะเป็นของเหลวที่อุณหภูมิเหล่านั้น แต่ค่าสัมประสิทธิ์ความร้อนใกล้เคียงกัน

ความร้อนและอุณหภูมิเป็นสองสิ่งที่แตกต่างกันมาก อุณหภูมิสมดุลเกิดขึ้นเมื่อความร้อนไหลเข้าสู่ภูมิภาคเท่ากับการไหลของความร้อนออกมา

ในกรณีของคุณการไหลของความร้อนในหน่วยความยาวของเส้นลวด (ความต้านทานความร้อน) นั้นคงที่ตามที่คุณคาดการณ์ อย่างไรก็ตามความร้อนที่ไหลออก - ทั้งตามแนวลวดและรอบ ๆ อากาศนั้นแตกต่างกันไปส่วนใหญ่เกิดจากความใกล้ชิดของปลายสายที่ติดกับซึ่งทำหน้าที่เป็นฮีทซิงค์