Чем выше сопротивление тем выше нагрев?
Закон Джоуля-Ленца чем больше сопротивление, тем сильнее нагреваются проводники. То есть количество теплоты Q, которое выделяется при протекании электрического тока по проводнику, прямо пропорционально величине сопротивления проводника R; чем больше сила тока, тем большее количества тепла выделяется.
Что происходит с сопротивлением при повышении температуры?
Вывод очевиден: при увеличении температуры сопротивление металлов увеличивается.
Почему удельное сопротивление зависит от температуры?
Для большинства металлов и металлических сплавов температурный коэффициент сопротивления положителен: их удельное сопротивление растёт с ростом температуры вследствие рассеяния электронов на фононах (тепловых колебаниях кристаллической решётки).
Чем выше сопротивление тем выше нагрев? Ответы пользователей
Спорим уже полгода с папой, он говорит что чем сопротивление проводника больше, тем он слабее нагревается. Его аргументы: 1) если взять 2 лампочки на 100 и .
Обратите внимание! Электрическая проводимость, а соответственно и сопротивление проводника, напрямую зависит от его температуры. Чем она выше, тем больше .
Чем больше сопротивление тем больше нагрев . Одно общее правило: больше напряжения = больше пара. Чем выше напряжение на моде, тем более высокой .
Влияние нагрева на сопротивление проводника . Их температурный коэффициент сопротивления (ТКС) значительно выше, чем у металлов.
от числа электронов, легкоотделяемых от его атомов. Сопротивление зависит также от длины проводника: чем больше его длина, тем больше .
. чем меньше сопротивление, тем выше мощность. Электрическое сопротивление у большинства нагревателей линейно зависит от температуры самого нагревателя, .
Чем меньше сечение материала, тем выше его сопротивление и тем сильнее он нагревается. Вот мы и описали тепловое действие тока в соответствии с .
Проводник, у которого больше удельное сопротивление имеет большее . а значит и удельному сопротивлению, чем оно больше, тем больше нагрев.
Чем она выше, тем больше сопротивление проводника. Поэтому получается лавинообразный процесс. Проводник греется, его сопротивление растет, и он греется еще .
Выделение тепла при нагревании проводников электрическим током
Нагревание проводников электрическим током происходит в результате взаимодействия потока заряженных микрочастиц с атомами и молекулами металла. При этом начинается выделение тепла. Его количество рассчитывается на основании закона Джоуля-Ленца. На базе такого явления в XIX веке была изобретена лампа накаливания. В современном мире существует множество приборов теплового действия.
Теоретическая основа
Для того чтобы разобраться, почему при прохождении электрического тока проводник нагревается, нужно знать, что по нему движутся отрицательно заряженные электроны. В процессе их перемещения они постоянно сталкиваются с микрочастицами металла, передавая им энергию и приводя их в движение.
Теплота при прохождении тока выделяется по той причине, что кинетическая энергия молекул и атомов проводника постоянно возрастает.
В результате поток электронов повышает внутреннюю энергию проводящего элемента.
Отсюда вытекают 2 следствия:
- Чем больше сопротивление, тем больше нагрев проводника. Причем это явление имеет прямо пропорциональную зависимость.
- Количество теплоты в электричестве увеличивается в зависимости от силы тока.
Если рассмотреть этот процесс с точки зрения закона сохранения энергии, то сила тока движущихся электронов, сталкивающихся с микрочастицами металла, падает.
Однако она не может исчезнуть бесследно. Идет ее превращение в тепловую энергию проводника.
Закон Джоуля-Ленца
На основании существующего закона Джоуля-Ленца количество выделяющейся теплоты в проводе пропорционально квадрату силы тока, времени его прохождения и существующему сопротивлению металла. Расчет величины ведется по формуле:
Q — выделившаяся теплота;
I — сила проходящего тока;
R — сопротивление металла проводника;
Т — время, в течение которого идет протекание тока.
В том случае, когда сила тока неизвестна, но есть возможность измерить напряжение, формула изменяется. Согласно закону Ома I = U / R.
Это значение подставляется в основную формулу:
Q = I 2 RT = (U / R) 2 RT.
После сокращения получается окончательный вид:
Использовать эти формулы можно только в том случае, когда протекающий через проводник ток является постоянным и работает исключительно на нагревание. Если идет выполнение какой-либо механической работы, то расчеты носят другой характер.
Практические опыты
Для того чтобы проверить, как изменится температура проводника в зависимости от колебания параметров силы токи и сопротивления, можно провести некоторые опыты. Они носят следующий характер:
- Собирается цепь, в которую включаются источник питания и 2 нагревателя с разным сопротивлением. При прохождении электричества нагреватель с большим сопротивлением нагревается сильней. Это доказывает, что нагрев зависит от величины сопротивления.
- В электрическую цепь, кроме источника питания, подключаются лампочка, амперметр и реостат. Подается напряжение и лампочка загорается. Регулируя реостатом сопротивление при постоянном напряжении, нить накаливания будет изменять свою яркость. Это указывает на зависимость температуры проводника от силы тока.
Такие физические опыты должны проводиться в специальных лабораториях.
Параметры, влияющие на нагрев
Процесс нагрева проводов относится к негативному явлению, с которым требуется бороться. В противном случае произойдет повышенный расход энергии или возгорание цепи. Чтобы этого не происходило, нужно контролировать следующие показатели:
- Сечение провода. Этот размер должен выдерживать максимально допустимую нагрузку без нагрева. Расчет ведется с учетом влияния окружающей среды, поскольку проводник находится не в вакууме.
- Теплопроводность материала. Для проводников используется цветной металл: медь, алюминий.
- Разность температур между проводником и окружающей средой. Металл быстрее отдает тепло при большом температурном перепаде.
При разработке электрических цепей все эти факторы должны приниматься во внимание.
Использование в быту
Несмотря на негативные последствия нагрева, это явление находит применение на практике. Например, существуют нагреватели, где повышение температуры проводящих элементов взято за основу. Примером могут служить:
- электрочайники;
- фены;
- паяльники;
- сварочные аппараты.
С открытием электромагнитной индукции получил распространение метод нагрева высокочастотными токами.
Этим способом можно быстро нагреть индукционные плавильные печи или домашние плиты.
Все эти приборы разработаны на основе знания закона Джоуля-Ленца. Только применяя существующие формулы, можно сделать правильный расчет агрегата и выбрать проводящие материалы нужного сечения.
Нагрев проводников , Теория
Dimka1
Просмотр профиля
Группа: Пользователи
Сообщений: 3673
Регистрация: 2.1.2013
Пользователь №: 29924
маленьким, поэтому и греются.
с2н5он
Просмотр профиля
Группа: Модераторы
Сообщений: 22625
Регистрация: 12.7.2009
Из: Вологодская область
Пользователь №: 14996
Чем большее сопротивление оказывают частицы проводника прохождению электрического тока, тем больше энергии теряют электроны, тем сильнее нагревается проводник, так как вся потерянная электронами энергия превращается в тепло.
с2н5он
Просмотр профиля
Группа: Модераторы
Сообщений: 22625
Регистрация: 12.7.2009
Из: Вологодская область
Пользователь №: 14996
ORGANIZM®
Просмотр профиля
Группа: Пользователи
Сообщений: 1215
Регистрация: 9.7.2011
Из: Новороссийск
Пользователь №: 23506
С2НОН
+ апельсиновый сок И нагрев пошел, хотя тока из холодильника Или аналог из теории общей электротехники. I=U/R. Чем ближе сопротивление к нулю, тем выше ток и, следовательно нагрев. Ну и, разумеется, нихром — провод с высоким удельным сопротивлением на метр и высокой температурой плавления. Поэтому применяют именно его. Вольфрам канешна круче, но очень уж дорого.
Сообщение отредактировал ORGANIZM® — 14.6.2013, 13:09
зелёный желторот.
Просмотр профиля
Группа: Пользователи
Сообщений: 2729
Регистрация: 1.5.2011
Из: Белоозёрский (Воскресенский район, М.О.)
Пользователь №: 22661
А по-моему, вся разница в том, что перепутаны (вернее, смешаны в одно) проводник тока и потребитель тока.
Провода, которые от электростанции до розетки, имеют условное нулевое сопротивление. Но если в розетку воткнуть ножницы (тоже с сопротивлением — условный 0 Ом) — вот и будет нагрев.
с2н5он
Просмотр профиля
Группа: Модераторы
Сообщений: 22625
Регистрация: 12.7.2009
Из: Вологодская область
Пользователь №: 14996
haramamburu
Нагревание проводников электрическим током
Одним из свойств электрического тока является нагрев проводников, по которым он протекает. Этот эффект был замечен многими исследователями, но его понимание пришло только выяснения механизма взаимодействия заряженных частиц с атомами и молекулами проводников. Нагрев приводит к выделению тепла и повышению температуры, а количество выделяемого тепла можно рассчитать с помощью формулы закона Джоуля-Ленца.
Почему нагреваются проводники
Электрический ток — это упорядоченное движение заряженных частиц. В проводниках этими частицами выступают отрицательно заряженные электроны. Воздействие электрического поля сообщает электронам дополнительную кинетическую энергию. В процессе движения они сталкиваются с атомами (или молекулами) проводника, отдавая часть приобретенной энергии. По этой причине начинает увеличиваться внутренняя энергия вещества, что приводит к повышению температуры и выделению тепла.
Рис. 1. Электрический ток в проводнике нагревает проводник
Если взять обычную лампочку накаливания и подключить ее к источнику напряжения через реостат (переменное сопротивление), то можно наблюдать тепловой эффект от протекания тока. Постепенно увеличивая ток, мы можем сначала на ощупь почувствовать, что стеклянная колба лампочки постепенно начнет нагреваться, а затем увидим, как начинает светиться раскаленная нить накаливания.
Заметим, что в этом эксперименте подводящие провода сильно не нагреваются и не светятся. Это происходит потому, что сопротивление нити накаливания намного больше сопротивления подводящих проводов .
Закон Джоуля-Ленца
На основании этого и других экспериментов можно сделать следующие предположения:
- чем больше сопротивление, тем сильнее нагреваются проводники. То есть количество теплоты Q, которое выделяется при протекании электрического тока по проводнику, прямо пропорционально величине сопротивления проводника R;
- чем больше сила тока, тем большее количества тепла выделяется. При возрастании тока большее количество частиц проходит через поперечное сечение проводника в единицу времени, то есть число столкновений возрастает, а значит больше энергии передается атомам проводника.
Формулу для вычисления количества тепла получили независимо друг от друга в 1842 г. английский физик Джеймс Джоуль и российский ученый Эмилий Ленц:
Q — количество теплоты, Дж;
Согласно закону Ома:
Пользуясь этой формулой, закон Джоуля-Ленца может быть представлен еще в одном варианте, когда известно напряжение на участке проводника, а сила тока неизвестна:
Формулы закона Джоуля-Ленца справедливы тогда, когда работа, совершаемая электрическим током идет исключительно на нагревание. Если в цепи есть потребление энергии на выполнение механической работы (электродвигатель) или на совершение химических реакций (электролит), то для расчета необходимо применять другие формулы.
Плюсы и минусы от нагрева электрическим током
- Плюсы. Нагревание проводников электрическим током находит свое применение в различных полезных приборах и устройствах: электроплитах, чайниках, кофеварках, кипятильниках, фенах, утюгах, обогревателях.
- Минусы. Очень часто инженерам-электронщикам приходится бороться с этим эффектом для того, чтобы, например, обеспечить работоспособность электронных плат, которые напичканы огромным количеством электронных деталей, микросхем и т.д. Все эти элементы греются в соответствие с законом Джоуля-Ленца. И если не предпринять меры для принудительного охлаждения с помощью металлических радиаторов или вентиляторов (кулеров), то платы быстро выйдут из строя от перегрева.
Часто для быстрого соединения проводов многие пользуются способом “скрутки”. Это приводит к значительному увеличению сопротивления, а следовательно, место “скрутки” будет греться сильнее, чем остальная часть проводки. Поэтому скрутка проводов часто бывает причиной пожаров в домах и квартирах. Для улучшения контакта требуется хорошо пропаять это место.
Что мы узнали?
Итак, мы поговорили кратко о нагревании проводников электрическим током. Нагрев проводников происходит из-за того, что электроны, движущиеся упорядоченно с определенной скоростью, сталкиваются с атомами вещества и отдают часть своей энергии, которая переходит в тепло. Количество тепла можно определить, применив формулу Джоуля-Ленца.