Làm nóng một dây với dòng điện một chiều; Tại sao nó nóng nhất ở giữa?

Tôi đang đặt dòng điện một chiều qua dây để làm nóng nó. Tôi sẽ nghĩ rằng dây sẽ nóng lên đồng đều nhưng tôi đã thấy rằng nó càng nóng khi tôi càng đến gần giữa, hoặc, tương ứng, càng lạnh càng gần các kẹp. Bất cứ ai có thể giải thích điều này?

Có hai hiệu ứng đang diễn ra. Hiệu ứng tản nhiệt của các kết nối và hệ số nhiệt độ trên dây.

Ban đầu dây là tất cả ở cùng nhiệt độ.

Bạn bật nguồn và nó bắt đầu nóng lên.

Sự gia nhiệt được xác định bởi sự tiêu tán năng lượng điện trong dây, cho bất kỳ phần nào của dây điện Công suất = Dòng điện *. Tất cả các bộ phận của dây sẽ có cùng một dòng điện. Trong một chiều dài nhất định, Điện áp = Dòng điện * Điện trở cho công suất = Bình phương hiện tại * Điện trở.

Ban đầu tất cả các dây có cùng điện trở và do đó, hệ thống sưởi thậm chí dọc theo chiều dài của dây.

Nhiệt truyền từ vật nóng hơn sang vật lạnh hơn (đây là định luật nhiệt động lực học đầu tiên). Trong trường hợp này, các điểm kết nối mát hơn và do đó nhiệt truyền từ hai đầu dây đến các đầu nối làm mát các đầu một chút. Vì các đầu được làm mát, các bit của dây gần chúng sau đó nguội đi một lượng nhỏ hơn và cứ thế dọc theo chiều dài của dây. Điều này dẫn đến một gradient nhiệt độ rất nhỏ trên dây với phần giữa hơi ấm hơn so với các đầu.

Đồng có hệ số nhiệt độ dương khoảng 0,4 phần trăm mỗi độ C. Điều này có nghĩa là dây càng ấm thì điện trở càng cao.

Giữa dây nóng hơn có nghĩa là điện trở của nó tăng lên. Từ các phương trình trên, điều này có nghĩa là nhiều năng lượng bị tiêu tán ở giữa dây hơn ở đầu dây.

Nhiều năng lượng hơn có nghĩa là sưởi ấm ở giữa nhiều hơn kết thúc và bạn có được hiệu ứng phản hồi tích cực. Phần giữa nóng hơn có nghĩa là nó có điện trở cao hơn và tiêu thụ nhiều năng lượng hơn ở đó có nghĩa là nó nóng hơn ...

Điều này tiếp tục cho đến khi gần như toàn bộ năng lượng bị tiêu tán ở giữa dây, bạn không bao giờ có được tất cả năng lượng trong một điểm duy nhất bởi vì sự dẫn nhiệt dọc theo dây có nghĩa là các phần gần giữa cũng có điện trở khá cao. Cuối cùng, bạn đạt đến trạng thái cân bằng trong đó độ dẫn nhiệt lan truyền năng lượng đủ để cân bằng hiệu ứng phản hồi tích cực.

Ví dụ tốt nhất về hệ số nhiệt độ dương là bóng đèn sợi đốt kiểu cũ. Nếu bạn đo điện trở khi lạnh, nó sẽ là một phần của giá trị mà bạn mong đợi cho mức công suất của nó, chúng hoạt động ở khoảng 3000 độ và do đó, mức kháng lạnh bằng khoảng 1/10 so với điện trở hoạt động bình thường khi bật. Chúng được làm bằng vonfram không phải đồng, đồng sẽ là một chất lỏng ở những nhiệt độ đó, nhưng hệ số nhiệt là như nhau.

Nhiệt độ và nhiệt độ là hai thứ rất khác nhau. Nhiệt độ cân bằng xảy ra khi dòng nhiệt vào một vùng bằng với dòng nhiệt thoát ra.

Trong trường hợp của bạn, lưu lượng nhiệt tính theo đơn vị chiều dài của dây (hệ thống sưởi điện trở) về cơ bản là không đổi, khi bạn phỏng đoán. Tuy nhiên, dòng nhiệt thoát ra - cả dọc theo dây và với không khí xung quanh - khác nhau, chủ yếu là do sự gần gũi của bất kỳ đầu dây nào được gắn vào, hoạt động như một tản nhiệt.