ความร้อนความต้านทานและกระแสมีความผันผวนหรือไม่?

15

เราได้รับการบอกว่าความร้อนเพิ่มความต้านทานของตัวต้านทาน (หรือลดค่าการนำไฟฟ้า) และกระแสลดลงเมื่อความต้านทานเพิ่มขึ้น

ดังนั้นเมื่อกระแสไฟฟ้าน้อยลงความร้อนที่ลดลงก็จะลดลงซึ่งจะทำให้ความต้านทานลดลงและทำให้กระแสไหลมากขึ้นและจากนั้นก็จะเกิดกระแสความร้อนมากขึ้นอีกครั้ง ... ดูเหมือนว่าวงจรไม่มีที่สิ้นสุด

ความผันผวนนี้เกิดขึ้นในวงจรจริงหรือไม่? มันหยุดในบางจุด?

(ฉันหมายถึงวงจร DC เนื่องจากอาจจะซับซ้อนกว่ามากในวงจร AC)

— soundslikefiziks
แหล่งที่มา

ทำไมวิศวกรถึงออกแบบวงจรการสั่นที่ฉลาดเมื่อพวกมันสามารถใส่ตัวต้านทานได้? / sarcasm

— Dmitry Grigoryev

4

@DmitryGrigoryev: เพราะออสซิลเลเตอร์ดูเหมือนว่ามันจะไวต่อความร้อนรอบข้างมาก (สมมติว่ามันใช้งานได้)

— MSalters

สิ่งที่คุณอธิบายคือกรณีที่ตัวต้านทานถูกขับเคลื่อนโดยแหล่งจ่ายกระแสคงที่ -> P = R * I² ที่สามารถเกิดขึ้นได้และเรียกว่าความร้อนควบคุมไม่ นอกจากนี้ยังหมายความว่าแหล่งจ่ายกระแสต้องส่งพลังงานมากขึ้นเรื่อย ๆ (ในความเป็นจริงคุณมีขีด จำกัด หรือตัวต้านทานไหลหรือควันออกไป) อย่างไรก็ตามในกรณีส่วนใหญ่คุณจะมีแหล่งจ่ายแรงดัน ในกรณีนั้น P = U ^ 2 / R นั่นหมายถึง R ที่สูงกว่ายิ่งมีแหล่งจ่ายพลังงานน้อยกว่า ถ้าค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิเป็นบวก 4

— abu_bua

ที่เกี่ยวข้องจากระยะไกล: ความต้านทานของหลอดไฟไส้หลอด

— Nick Alexeev

1

ฉันสงสัยเกี่ยวกับหลอดไฟสองชุดที่เหมือนกันเสมอซึ่งขับเคลื่อนโดยแหล่งกำเนิดแรงดันไฟฟ้า คนที่มีความต้านทานสูงกว่าเล็กน้อยสามารถปล้นอำนาจอื่น ๆ และพวกเขาจะมีความสว่างไม่เท่ากัน แต่การเพิ่มชั่วขณะลงในหลอดไฟสลัวหรือความอดอยากในปัจจุบันชั่วขณะสู่ความสว่างจะย้อนกลับเช่นพลิก

— richard1941

10

ฉันเชื่อว่าเป็นไปได้ที่จะสร้างแบบจำลองทางกายภาพที่เรียบง่ายด้วยแนวคิดที่คุณให้ไว้

ในวงจรไฟฟ้ากระแสตรงธรรมดาภายใต้แรงดันไฟฟ้าคงที่ V และความต้านทานโอห์มมิก R เป็นไปได้ที่จะใช้สมการกำลังไฟฟ้า:

P = V i = \frac{V^{2}}{R}

$P = V i = \frac{V^2}{R}$

หากเราสมมติว่าระบบทำจากลวดที่มีความยาวคงที่ L และพื้นที่หน้าตัด A ความต้านทาน R สามารถเป็น:

R = ρ \frac{L}{A}, w h e r e ρ = r e s i s t i v i t y

$R = \rho \frac{L}{A}, \: where \:\: \rho = resistivity$

สำหรับแนบแน่นอุณหภูมิ T ขนาดเล็กความต้านทานที่สามารถ aproximated ที่:

ρ = ρ_{0} (1 + α (T - T_{0})) = ρ_{0} (1 + α Δ T)

$\rho = \rho_0(1 + \alpha(T - T_0) ) = \rho_0(1 + \alpha \Delta T)$

และเนื่องจากมีเพียงความร้อนของวัสดุแข็งเท่านั้นพลังงานที่ได้รับจากสายไฟคือ: สุดท้ายทั้งหมดของ togheter นี้จะกลายเป็น:

P = \frac{d Q}{d t} = \frac{d}{d t} (m c T) = m c \dot{T} = m c Δ \dot{T}, w h e r e Δ \dot{T} = \frac{d Δ T}{d t} = \frac{d T}{d t}

$P = \frac{dQ}{dt} = \frac{d}{dt}(mcT) = mc \dot{T} = mc \Delta \dot{T}, \: where \:\: \Delta \dot{T} = \frac{d\Delta T}{dt} = \frac{dT}{dt}$

ผมไม่ทราบวิธีการที่จะแก้ปัญหานี้ analitically แต่มีประมาณที่ถูกต้องตั้งแต่ฉันทำงานกับความผันผวนของอุณหภูมิขนาดเล็ก:

m c Δ \dot{T} = \frac{V^{2} A}{ρ_{0} L} \frac{1}{1 + α Δ T} \Rightarrow \frac{m c ρ_{0} L}{V^{2} A} Δ \dot{T} = \frac{1}{1 + α Δ T}

$mc \Delta \dot{T} = \frac{V^2 A}{\rho_0 L}\frac{1}{1 + \alpha \Delta T} \Rightarrow \frac{mc \rho_0 L}{V^2 A}\Delta \dot{T} = \frac{1}{1 + \alpha \Delta T}$

ตอนนี้เราสามารถแก้ได้:

\frac{1}{1 + α Δ T} \approx 1 - α Δ T

$\frac{1}{1 + \alpha \Delta T} \approx 1 - \alpha \Delta T$

\frac{m c ρ_{0} L}{V^{2} A} Δ \dot{T} + α Δ T - 1 = 0

$\frac{mc \rho_0 L}{V^2 A}\Delta \dot{T} + \alpha \Delta T - 1 = 0$

และวิธีแก้ไขคือ:

Δ T = C e^{- t / τ} + \frac{1}{α}, w h e r e τ = \frac{m c L ρ_{0}}{α A V^{2}} a n d C = c t e

$\Delta T = C e^{ - t/\tau } + \frac{1}{\alpha} \, , \: where \: \tau = \frac{m c L \rho_0}{\alpha A V^2} \: \: and \: \: C = cte$

ในรุ่นนี้เราจะเห็นทางออกชั่วคราวตามด้วยค่าคงที่ แต่โปรดจำไว้ว่านี่ถูกต้องสำหรับความผันผวนของอุณหภูมิเพียงเล็กน้อย

— Pedro Henrique Vaz Valois
แหล่งที่มา

19

สิ่งนี้สามารถวิเคราะห์ได้ในลักษณะเดียวกับวงจรควบคุมพร้อมข้อเสนอแนะ จากการใช้งานจริงแล้วการทำความร้อนจะช้ากว่าเอฟเฟกต์อื่น ๆ มากดังนั้นมันจึงสามารถควบคุมสมการลูปได้ เช่นนี้มันจะอธิบายวิธีการสมดุลเว้นแต่จะมีองค์ประกอบอื่น ๆ ของระบบที่ จำกัด การตอบสนองของมัน (ตัวเหนี่ยวนำมหาศาลขันเครื่องจักรรัฐแนะนำความล่าช้า ฯลฯ )

— Cristobol Polychronopolis
แหล่งที่มา

15

นี่เป็นเทอร์มิสเตอร์ PTC ซึ่งจะไปถึงอุณหภูมิที่สมดุล

ในการรับความผันผวนคุณต้องมีการเลื่อนเฟสหรือล่าช้าบางอย่าง คุณอาจจะทำออสซิลเลเตอร์ด้วยความล่าช้าในการขนส่งจำนวนมากโดยมีน้ำร้อนฮีตเตอร์ไหลในหลอดซึ่งอุ่นเทอร์มิสเตอร์ลงและเพิ่มความร้อนให้กับฮีตเตอร์อัปสตรีม

— Spehro Pefhany
แหล่งที่มา

8

ความผันผวนนี้เกิดขึ้นในวงจรจริงหรือไม่?

ฉันไม่คิดว่านี่เป็นสิ่งที่คุณต้องการ แต่ในกรณีที่สัญญาณไฟเลี้ยวขึ้นอยู่กับพฤติกรรมนี้

จากสิทธิบัตรปี 1933 :

สวิตช์อุณหภูมิจะปิดและเปิดวงจรที่สอง เมื่อกระแสไฟฟ้าไหลแถบโลหะในสวิตช์ร้อนขึ้นจะขยายและเปิดวงจรในที่สุด เมื่อมันเย็นตัวลงมันจะหดตัวและปิดอีกครั้ง

บางคนทันสมัย (โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อใช้หลอดไฟ LED ปัจจุบันต่ำ) เป็นสถานะดิจิตอล / แข็ง แต่รถยนต์จำนวนมากยังคงใช้หลักการที่แน่นอนเดียวกัน

— กรงขัง
แหล่งที่มา

1

สัญญาณไฟเลี้ยวขึ้นอยู่กับการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิที่เกิดขึ้นและการสัมผัสไม่เพียง แต่เปลี่ยนความต้านทานของตัวนำที่เป็นเนื้อเดียวกัน

— Peter Green

จริงแม้ว่ากะพริบจะขึ้นอยู่กับการดึงปัจจุบันจากหลอดไฟสำหรับอัตราการแฟลช

— Nick

ฉันสงสัยว่า "bimetallic" อาจจะมีความถูกต้องมากกว่า "โลหะ" แต่ไม่ทราบว่า

— สกอตต์เซดแมน

3

ขึ้นอยู่กับความจุความร้อนขององค์ประกอบ ลดความจุความร้อนเช่นวงจร opamp แบบตอบรับความต้านทานที่อุณหภูมิจะมาบรรจบกัน ความจุความร้อนทำหน้าที่เหมือนองค์ประกอบที่มีปฏิกิริยาและจะทำให้เกิดการแกว่ง การนำความร้อนขององค์ประกอบ (ความเร็วการถ่ายเทความร้อนสู่ภายนอก) จะเป็นตัวกำหนดว่าจะทำให้ชื้นหรือเบี่ยงเบนหรือไม่

— Ayhan
แหล่งที่มา

3

สำหรับบันทึกฉันชอบคำตอบของเปโดร Henrique Vaz Valois และยกมันขึ้นมา

พูดง่าย ๆ : ใช่มีผู้อยู่ชั่วคราว

คุณสามารถคิดถึงสิ่งนี้ในแบบเดียวกับที่คุณทำกับวงจรฟังก์ชั่น RLC ใช้เครื่องเป่าลมทิ้งสวิตช์ดูชั่วคราวบนออสซิลโลสโคปดูเส้นแบน ๆ ปรากฏขึ้นเมื่อพลังงานทั้งหมดสมดุลสู่สภาวะคงตัว เปลี่ยนสวิตช์เป็นแรงดันไฟฟ้าสั่นและดูการแกว่งตัวต้านทานไปมาตราบใดที่มีแรงดันไฟฟ้าสั่นอยู่

และมันก็เป็นปัญหาที่แท้จริงมาก

หนึ่งในหลายเหตุผลที่ระบบระบายความร้อนขนาดใหญ่ติดอยู่กับซีพียูและชิปความหนาแน่นสูง / ความถี่สูงอื่น ๆ คือเราไม่ต้องการ (เราไม่ต้องการอย่างยิ่ง ) ต้องการจัดการกับเอฟเฟกต์ความร้อน ผู้ผลิตตัวต้านทานไปจนถึงความยาวที่ยอดเยี่ยมเพื่อลดความแปรปรวนของความต้านทานในผลิตภัณฑ์ของพวกเขาให้น้อยที่สุด

มันคุ้มค่ากับเวลาที่คุณจะอ่าน " การต้านทานแบบไม่เชิงเส้น / อุณหภูมิ: อิทธิพลของประสิทธิภาพของตัวต้านทานความแม่นยำ " ที่ตีพิมพ์เมื่อต้นปีนี้จาก Dr. Felix Zandman และ Joseph Szwarc ของตัวต้านทานแบบฟอยล์ Vishay

— JBH
แหล่งที่มา

2

เราได้รับการบอกว่าความร้อนเพิ่มความต้านทานของตัวต้านทาน (หรือลดค่าการนำไฟฟ้า) และกระแสลดลงเมื่อความต้านทานเพิ่มขึ้น

ขึ้นอยู่กับสิ่งที่ตัวต้านทานทำ ส่วนใหญ่มีค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิเป็นบวก แต่ค่อนข้างเป็นไปได้ที่จะสร้างค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิเชิงลบ

ความผันผวนนี้เกิดขึ้นในวงจรจริงหรือไม่?

โดยทั่วไปแล้วพวกเขามักจะมีอุณหภูมิคงที่

— ปีเตอร์กรีน
แหล่งที่มา

1

ไม่อุ ณ ภูมิใกล้ถึงจุดสมดุล แต่ไม่ได้ทำการบดบังอุณหภูมิเกินกว่านั้นจึงต้องเปลี่ยนทิศทางและกลับมา

พิจารณาตัวต้านทานที่เริ่มต้นที่อุณหภูมิห้องโดยไม่มีกระแสไฟฟ้า

จากนั้นจะเชื่อมต่อกับแรงดันไฟฟ้าคงที่ ทันทีการเพิ่มขึ้นของมูลค่าปัจจุบันที่กำหนดโดยกฎของโอห์ม:

\begin{matrix} (1) & I = \frac{E}{R} \end{matrix}

$I = {E \over R} \tag 1$

ตัวต้านทานแปลงพลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานความร้อนผ่านการให้ความร้อนของจูล:

\begin{matrix} (2) & P_{J} = \frac{E^{2}}{R} \end{matrix}

$P_J={E^2 \over R} \tag 2$

$R_\theta$ $\Delta T$

\begin{matrix} (3) & P_{C} = \frac{Δ T}{R_{θ}} \end{matrix}

$P_C = {\Delta T \over R_\theta} \tag 3$

เมื่อตัวต้านทานกลายเป็นอบอุ่นมันจะสูญเสียพลังงานความร้อนสู่สิ่งแวดล้อมเร็วขึ้นเนื่องจากค่าเพิ่มขึ้น $\Delta T$ Tเมื่ออัตราการสูญเสียนั้น (สมการ 3) เท่ากับอัตราการได้รับพลังงานจากความร้อนจูล (สมการ 2) ตัวต้านทานได้ถึงอุณหภูมิที่สมดุล

สมการที่ 2 ลดลงเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นสมมติว่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิเป็นบวกทั่วไป สมการ 3 เพิ่มขึ้นเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น ในบางจุดตัวต้านทานได้อุ่นพอที่จะเท่ากัน ไม่มีกลไกใดที่ตัวต้านทานจะ "ทำงานเกิน" ดุลยภาพนี้ดังนั้นจึงต้องให้ตัวต้านทานเปลี่ยนจากการอุ่นขึ้นจนถึงการทำให้เย็นลง เมื่อสมการที่ 2 และ 3 มีค่าเท่ากันอุณหภูมิความต้านทานและกระแสได้ถึงสมดุลและไม่มีเหตุผลที่พวกเขาจะเปลี่ยนเพิ่มเติม

— Phil Frost
แหล่งที่มา

1

ในรูปแบบง่าย ๆ กระแสไฟฟ้าเป็นฟังก์ชันตรงของความต้านทานและความต้านทานเป็นฟังก์ชันโดยตรงของอุณหภูมิ แต่อุณหภูมิไม่ใช่ฟังก์ชันโดยตรงของกระแส: กระแสควบคุมปริมาณความร้อนที่เกิดขึ้นซึ่งมีผลต่อการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิเมื่อเวลาผ่านไป

ในระบอบเชิงเส้นสิ่งนี้สอดคล้องกับสมการอันดับหนึ่ง

\frac{d T}{d t} = - λ (T - T_{0}) .

$\frac{dT}{dt}=-\lambda(T-T_0).$

เมื่อค่าสัมประสิทธิ์เป็นลบ (การเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิทำให้เกิดการเพิ่มขึ้นของกระแสไฟฟ้า, การลดลงของปริมาณความร้อนและการลดลงของอุณหภูมิ) ในที่สุดระบบจะเสถียรและจะเข้าสู่สถานะคงที่

และในกรณีใด ๆ ระบบการสั่งซื้อครั้งแรกจะไม่มีโหมดการแกว่ง

เพื่อให้พฤติกรรมดังกล่าวเป็นไปได้จำเป็นต้องมีแหล่งที่มาของความไม่แน่นอนเช่นค่าสัมประสิทธิ์ความร้อนเชิงลบเช่นเดียวกับตัวสร้างความแตกต่างที่สอง

— Yves Daoust
แหล่งที่มา

"และไม่ว่าในกรณีใดระบบการสั่งซื้อครั้งแรกจะไม่มีโหมดการแกว่ง". ฉันกลัวว่าไม่ถูกต้อง ระบบการสั่งซื้อครั้งแรกสามารถสั่นหากมีความล่าช้าแม้ว่าพวกเขาจะเป็นเส้นตรง (ฉันเพิ่ง googled กระดาษเกี่ยวกับเรื่องนั้น) หรือถ้าพวกเขาไม่เชิงเส้น (นี่คือจากหน่วยความจำลึกของฉัน)

— Sredni Vashtar

@SredniVashtar: ฉันพูดโดยเฉพาะ "ระบอบเชิงเส้น" และ "ลำดับแรก" โดยปริยายไม่รวมความล่าช้า (มิฉะนั้นคุณระบุไว้) ความคิดเห็นของคุณไม่เกี่ยวข้อง

— Yves Daoust

"ในกรณีใด ๆ ระบบสั่งซื้อครั้งแรกไม่มีโหมดการแกว่ง" นี่เป็นสิ่งที่ผิด เมื่อคุณระบุว่า "ไม่ว่าในกรณีใดก็ตาม" คุณกำลังโมฆะข้อกำหนดก่อนหน้านี้ทั้งหมดในขณะที่ใช้ "ระบบเชิงเส้นลำดับแรก ... " หมายถึงระบบลำดับแรกทั้งหมดไม่ว่าจะเป็นเชิงเส้นหรือไม่ก็ตาม ดังนั้นความคิดเห็นของฉันยังคงมีอยู่ คุณมีสิทธิ์เกี่ยวกับระบบปัญญาอ่อนที่ไม่เป็นเชิงเส้น

— Sredni Vashtar

1

@SredniVashtar: คุณเข้าใจความหมายผิด ไม่ว่าในกรณีใดหมายถึงเครื่องหมายของค่าคงที่ หยุดการโต้แย้งที่ไร้ประโยชน์นี้

— Yves Daoust

ฉันแน่ใจว่า "ไม่ว่าในกรณีใด" หมายถึงสิ่งที่คุณหมายถึงในหัวของคุณ และตอนนี้ฉันก็รู้ว่าคุณอาจไม่ผิด แต่ฉันจะแสดงความคิดเห็นให้กับคนอื่น

— Sredni Vashtar

0

วัสดุที่แตกต่างกันมีคุณสมบัติการนำความร้อนต่างกันรวมถึงโพรไฟล์ความร้อน นั่นคือวัสดุบางอย่างจะให้ความร้อนมากกว่าวัสดุอื่นเนื่องจากกระแสไหลที่เท่ากัน นี่คือเหตุผลหนึ่งว่าทำไมส่วนประกอบเช่นตัวต้านทานมีความอดทน

ความผันผวนของอุณหภูมิที่คุณอธิบายไม่ได้เกิดขึ้นจริงในวงจรจริง แต่ตัวต้านทานจะร้อนขึ้นเมื่อกระแสเริ่มไหล แต่จะไปถึงจุดสมดุลที่ปริมาณการสร้างความร้อนจากกระแสตรงกับปริมาณความร้อนที่แผ่ออกไปในอากาศรอบ ๆ จากนั้นอุณหภูมิของตัวต้านทานจะยังคงมีความต้านทานที่แท้จริงยังคงมีเสถียรภาพและกระแสยังคงมีเสถียรภาพ

— มิก
แหล่งที่มา

เมื่อห้าสิบปีก่อนในวิทยาลัยเราเรียนรู้เกี่ยวกับกฎข้อแรกของอุณหพลศาสตร์ ความร้อนของตัวต้านทานขึ้นอยู่กับพลังงานเวลาและความจุความร้อนความร้อนไม่ได้อยู่บนวัสดุ (สมมติว่ามันไม่ร้อนพอที่จะละลายหรือกลายเป็นไอเหมือนในสายชนวน)

— richard1941

และอะไรคือตัวกำหนดความจุความร้อน ...

— มิก

นอกจากนี้ AiR ไม่จำเป็นสำหรับตัวต้านทานในการแผ่รังสีความร้อนใด ๆ มากกว่าอีเธอร์จำเป็นสำหรับมันในการแผ่รังสีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าการสั่นสะเทือนพลังงานความถี่ของพลังชีวิต แน่นอนความร้อนอาจถูกถ่ายโอนโดยการนำและการพาความร้อน แต่นั่นเป็นอีกเรื่องหนึ่งสำหรับวันอื่น ...

— richard1941

0

จริงๆแล้วมีแอปพลิเคชั่นที่เรียบร้อยสำหรับสิ่งนี้ในสมัยก่อน ไฟกระพริบบนรถถูกควบคุมโดยสวิตช์ความร้อน bimetallic เมื่อไฟกระพริบอยู่บน bimetallic ความร้อนขึ้นและโค้งงอเปิดวงจร จากนั้นความร้อนจะกระจายไปสวิทช์จะเย็นลงและปิดอีกครั้ง

ไม่แน่ใจว่ารถยนต์ทุกคันยังใช้สวิตช์ bimetallic อยู่หรือไม่ แต่ฉันเดาว่าตอนนี้บางคันใช้การควบคุมด้วยคอมพิวเตอร์

— MaxW
แหล่งที่มา

ฉันไม่คิดว่าเทอร์โมสตริปแบบ bimetallic นั้นเป็นสิ่งที่โปสเตอร์ต้นฉบับของคำถามมีอยู่ในใจ

— richard1941