Fili di riscaldamento con corrente

Poiché la quantità di calore generata dalla corrente mentre scorre attraverso il filo è proporzionale al tempo, la temperatura del filo deve aumentare continuamente mentre la corrente scorre attraverso il filo. Infatti, quando una corrente viene fatta passare continuamente attraverso un filo, si stabilisce una certa temperatura costante, anche se in questo filo continua la continua cessione di calore.

Questo fenomeno è spiegato dal fatto che qualsiasi corpo la cui temperatura è superiore alla temperatura dell'ambiente rilascia energia termica nell'ambiente a causa del fatto che:

• in primo luogo, il corpo stesso ei corpi a contatto con esso hanno conduttività termica;

• in secondo luogo, gli strati d'aria adiacenti al corpo vengono riscaldati, si sollevano e lasciano il posto a strati più freddi, che vengono nuovamente riscaldati, e così via. (convezione termica);

• terzo, dovuto al fatto che il corpo riscaldato emette raggi scuri e talvolta visibili nello spazio circostante, spendendo parte della sua energia termica su questo (radiazione).

Tutte le suddette perdite di calore sono tanto maggiori quanto maggiore è la differenza tra le temperature del corpo e dell'ambiente.Pertanto, quando la temperatura del conduttore diventa così alta che la quantità totale di calore ceduto dal conduttore allo spazio circostante per unità di tempo è uguale alla quantità di calore generata nel conduttore ogni secondo da una corrente elettrica, allora la temperatura del conduttore smetterà di aumentare e diventerà permanente.

La perdita di calore da un conduttore durante il passaggio di una corrente è un fenomeno troppo complesso per ottenere teoricamente la dipendenza della temperatura del conduttore da tutte le circostanze che influenzano la velocità di raffreddamento del corpo.

Tuttavia, alcune conclusioni possono essere tratte sulla base di considerazioni teoriche. Nel frattempo, la questione della temperatura dei fili è di grande importanza pratica per tutti i calcoli tecnici della rete, dei reostati, degli avvolgimenti, ecc. Pertanto, nella tecnologia, usano formule, regole e tabelle empiriche che danno la relazione tra le sezioni trasversali dei fili e l'intensità di corrente consentita nelle varie condizioni in cui si trovano i fili. Alcune relazioni qualitative possono essere previste e facilmente stabilite empiricamente.

Ovviamente, qualsiasi circostanza che riduce l'influenza di una delle tre cause del raffreddamento del corpo aumenta la temperatura del conduttore. Ricordiamo alcune di queste circostanze.

Un filo rettilineo non isolato teso orizzontalmente ha una temperatura inferiore rispetto allo stesso filo a parità di intensità di corrente in posizione verticale, perché nel secondo caso l'aria riscaldata sale lungo il filo e il ricambio dell'aria riscaldata con aria fredda avviene più lentamente, che nel primo caso.

Un filo avvolto a spirale si riscalda molto di più di un filo simile dello stesso amperaggio teso in linea retta.

Un conduttore ricoperto da uno strato di isolante si riscalda più di uno non isolato, perché l'isolante è sempre un cattivo conduttore di calore, e la temperatura della superficie dell'isolante è molto più bassa della temperatura del conduttore, quindi il raffreddamento di questa superficie per correnti d'aria e radiazioni è molto più piccola.

Se un filo viene posto in idrogeno o gas incandescente, che hanno una conduttività termica maggiore dell'aria, la temperatura del filo per la stessa intensità di corrente sarà inferiore a quella dell'aria. Al contrario, con l'anidride carbonica, la cui conduttività termica è inferiore a quella dell'aria, il filo si scalda di più.

Se il conduttore è posto in una cavità (vuoto), la convezione del calore si fermerà completamente e il riscaldamento del conduttore sarà molto maggiore che nell'aria. Viene utilizzato durante l'installazione di lampadine a incandescenza.

In generale, il raffreddamento delle correnti d'aria dei fili è di primaria importanza tra gli altri fattori di raffreddamento. Qualsiasi aumento della superficie di raffreddamento riduce la temperatura del conduttore. Pertanto, un fascio di fili paralleli sottili che non sono in contatto tra loro si raffredda molto meglio di un filo spesso della stessa resistenza, la cui sezione è uguale alla somma delle sezioni di tutti i fili del fascio .

Per realizzare reostati di peso relativamente contenuto, come conduttori vengono utilizzate strisce metalliche molto sottili, che vengono aggraffate per ridurne la lunghezza.

Poiché la quantità di calore ceduto dalla corrente in un conduttore è proporzionale alla sua resistenza, nel caso di due conduttori della stessa dimensione ma di sostanza diversa, il conduttore la cui resistenza è maggiore viene riscaldato a una temperatura più elevata.

Riducendo la sezione trasversale del filo, puoi aumentare la sua resistenza così tanto che la sua temperatura raggiunge il punto di fusione. Viene utilizzato per proteggere la rete e i dispositivi da eventuali danni causati da correnti di intensità superiore a quella per cui i dispositivi e la rete sono progettati.

Per questo cosiddetto fusibili, che sono fili corti fatti di un metallo bassofondente (argento o piombo). La sezione trasversale di questo filo viene calcolata in modo tale che a una certa intensità di corrente specificata questo filo si sciolga.

I dati riportati nelle tabelle per la ricerca della sezione dei fusibili per varie correnti si riferiscono a fusibili di lunghezza almeno di determinate dimensioni.

Un fusibile molto corto si raffredda meglio di uno lungo per la buona conducibilità termica dei morsetti di rame a cui è collegato e quindi fonde a una corrente leggermente superiore. Inoltre, la lunghezza del fusibile deve essere tale che quando si scioglie non si possa formare un arco elettrico tra le estremità dei fili. In questo modo viene determinata la lunghezza minima del fusibile in funzione della tensione di rete.

Guarda anche:

Riscaldamento di parti in tensione con flusso di corrente esteso nelle formule