Có một hiệu ứng dao động giữa nhiệt, điện trở và hiện tại?

Chúng ta được biết rằng nhiệt làm tăng điện trở của điện trở (hoặc giảm độ dẫn của nó) và dòng điện giảm khi điện trở tăng.

Vì vậy, với dòng điện ít hơn, nhiệt sẽ giảm đi, làm giảm điện trở và khiến dòng điện chảy nhiều hơn, và sau đó, nhiều dòng điện hơn, nhiều nhiệt hơn ... Nó dường như là một chu kỳ bất tận.

Có biến động này bao giờ xảy ra trong các mạch thực? Nó dừng lại ở một số điểm?

(Tôi đang đề cập đến các mạch DC, vì điều này có lẽ sẽ phức tạp hơn nhiều trong các mạch điện xoay chiều)

Tôi tin rằng có thể xây dựng một mô hình vật lý đơn giản với những ý tưởng bạn cung cấp.

Trong mạch điện một chiều đơn giản, dưới điện áp V không đổi và điện trở ohmic R có thể sử dụng phương trình công suất:

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

Nếu chúng ta giả sử hệ thống được làm bằng một sợi dây với L chiều dài liên tục và diện tích mặt cắt ngang A, kháng R có thể là:

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

Đối với dao động nhiệt độ T nhỏ, điện trở suất có thể được aproximated tới:

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

Và vì chỉ có vật liệu gia nhiệt rắn, nên năng lượng nhận được của dây là: Cuối cùng, tất cả togheter này trở thành: mcdelta ˙ T =

$$P = \frac{dQ}{dt} = \frac{d}{dt}(mcT) = mc \dot{T} = mc \Delta \dot{T}, \: where \:\: \Delta \dot{T} = \frac{d\Delta T}{dt} = \frac{dT}{dt}$$ Tôi không biết cách giải quyết vấn đề này một cách hậu môn, nhưng có một xấp xỉ hợp lệ vì tôi đang làm việc với các dao động nhiệt độ nhỏ: $$mc \Delta \dot{T} = \frac{V^2 A}{\rho_0 L}\frac{1}{1 + \alpha \Delta T} \Rightarrow \frac{mc \rho_0 L}{V^2 A}\Delta \dot{T} = \frac{1}{1 + \alpha \Delta T}$$ Bây giờ, chúng ta có thể giải quyết nó: mc $$\frac{1}{1 + \alpha \Delta T} \approx 1 - \alpha \Delta T$$ $$\frac{mc \rho_0 L}{V^2 A}\Delta \dot{T} + \alpha \Delta T - 1 = 0$$

Và giải pháp là:

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

Trong mô hình này, chúng ta thấy một giải pháp thoáng qua theo sau là một hằng số. Nhưng hãy nhớ điều này là hợp lệ chỉ cho các dao động nhiệt độ nhỏ.

Điều này có thể được phân tích theo cách tương tự như một mạch điều khiển với thông tin phản hồi. Từ một ý nghĩa thực tế, việc sưởi ấm sẽ chậm hơn nhiều so với các hiệu ứng khác, do đó sẽ chi phối các phương trình vòng lặp. Như vậy, nó sẽ tiếp cận theo cấp số nhân, trừ khi có các yếu tố khác của hệ thống giới hạn phản ứng của nó (cuộn cảm cực kỳ lố bịch, máy trạng thái giới thiệu độ trễ, v.v.).

Đây là một cái gì đó giống như một nhiệt điện trở PTC. sẽ đạt đến nhiệt độ cân bằng.

Để có được dao động, bạn phải có một pha dịch chuyển hoặc trễ một số loại. Bạn có thể có thể tạo ra một bộ tạo dao động với độ trễ vận chuyển khối lượng lớn có một dòng nước nóng nóng chảy trong một ống làm ấm một nhiệt điện trở ở hạ lưu và tăng nhiệt cho bộ gia nhiệt ngược dòng.

Có biến động này bao giờ xảy ra trong các mạch thực?

Tôi không nghĩ rằng đây chính xác là những gì bạn đã yêu cầu, nhưng chỉ trong trường hợp, đèn flash tín hiệu bật phụ thuộc vào hành vi này.

Từ bằng sáng chế năm 1933 :

Một công tắc điều nhiệt đóng và mở mạch thứ cấp. Khi dòng điện chạy một dải kim loại trong công tắc nóng lên, mở rộng và cuối cùng mở mạch. Khi nó nguội đi, nó co lại và đóng lại.

Một số loại hiện đại (đặc biệt là khi bóng đèn LED dòng thấp được sử dụng) ở trạng thái kỹ thuật số / rắn, nhưng rất nhiều xe vẫn sử dụng nguyên tắc chính xác như vậy.

Điều đó phụ thuộc vào khả năng nhiệt của phần tử. Hạ thấp công suất nhiệt, giống như một mạch opamp phản hồi điện trở nơi nhiệt độ sẽ hội tụ. Nhiệt dung hoạt động giống như các yếu tố phản ứng và sẽ gây ra dao động. Độ dẫn nhiệt của phần tử (tốc độ truyền nhiệt ra bên ngoài) sẽ xác định xem nó sẽ bị ẩm hoặc chuyển hướng.

Đối với hồ sơ, tôi yêu câu trả lời của Pedro Henrique Vaz Valois và nâng cao nó.

Nói một cách đơn giản: Có có quá độ.

Bạn có thể nghĩ về điều này giống như cách bạn thực hiện một mạch chức năng bước RLC. Áp dụng máy sấy thổi, ném công tắc, xem quá độ trên máy hiện sóng, xem đường thẳng xuất hiện khi tất cả các năng lượng cân bằng ra trạng thái ổn định. Biến công tắc thành điện áp dao động và theo dõi điện trở xoay qua lại miễn là điện áp dao động tồn tại.

Và đó là một vấn đề rất thực tế

Một trong nhiều lý do tại sao các hệ thống làm mát bằng tiếng còi lớn được gắn vào CPU và các chip mật độ cao / tần số cao khác là do chúng tôi không (chúng tôi không tuyệt vọng không) muốn xử lý các hiệu ứng làm nóng. Các nhà sản xuất điện trở đi rất lâu để giảm thiểu sự biến đổi điện trở trong các sản phẩm của họ.

Thật đáng để bạn dành thời gian để đọc " Tính phi tuyến tính của điện trở / Đặc tính nhiệt độ: Ảnh hưởng của nó đến hiệu suất của điện trở chính xác " được xuất bản đầu năm nay từ Tiến sĩ Felix Zandman và Joseph Szwarc của Điện trở lá Vishay.

Chúng ta được biết rằng nhiệt làm tăng điện trở của điện trở (hoặc giảm độ dẫn của nó) và dòng điện giảm khi điện trở tăng.

Phụ thuộc vào những gì các điện trở được làm bằng. Hầu hết trong số chúng có hệ số nhiệt độ dương nhưng hoàn toàn có thể tạo ra một hệ số nhiệt độ âm.

Có biến động này bao giờ xảy ra trong các mạch thực?

Nói chung là không, thông thường họ chỉ dần dần có xu hướng về nhiệt độ trạng thái ổn định.

Không. Nhiệt độ đạt đến trạng thái cân bằng, nhưng không vượt quá nhiệt độ để sau đó phải đổi hướng và quay trở lại.

Hãy xem xét một điện trở ban đầu ở nhiệt độ phòng không có dòng điện.

Sau đó, nó được kết nối với một điện áp không đổi. Ngay lập tức mức tăng hiện tại lên một số giá trị được xác định theo luật Ohm:

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

Điện trở chuyển đổi năng lượng điện thành năng lượng nhiệt thông qua hệ thống sưởi Joule:

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

$R_\theta$$\Delta T$

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

$\Delta T$

Phương trình 2 giảm khi tăng nhiệt độ, giả sử hệ số nhiệt độ dương điển hình. Phương trình 3 tăng khi nhiệt độ tăng. Tại một số điểm, điện trở đã ấm lên đủ để chúng bằng nhau. Không có cơ chế nào mà điện trở sẽ "vượt qua" trạng thái cân bằng này, do đó đòi hỏi điện trở phải chuyển từ nóng lên sang làm mát. Khi các phương trình 2 và 3 bằng nhau, nhiệt độ, điện trở và dòng điện đã đạt đến trạng thái cân bằng và không có lý do gì để chúng thay đổi hơn nữa.

Trong một mô hình đơn giản, dòng điện là một hàm trực tiếp của điện trở và điện trở là hàm trực tiếp của nhiệt độ. Nhưng nhiệt độ không phải là chức năng trực tiếp của dòng điện: dòng điện chi phối lượng nhiệt được tạo ra, ảnh hưởng đến sự biến đổi của nhiệt độ theo thời gian.

Trong chế độ tuyến tính, điều này tương ứng với một phương trình bậc nhất

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

Khi hệ số âm (tăng nhiệt độ làm tăng dòng điện, giảm lượng nhiệt và cuối cùng là giảm nhiệt độ), hệ thống ổn định và sẽ hội tụ về trạng thái ổn định.

Và trong mọi trường hợp, một hệ thống thứ tự đầu tiên không có chế độ dao động.

---

Để hành vi như vậy là có thể, một nguồn không ổn định là cần thiết, chẳng hạn như hệ số nhiệt âm, cũng như một bộ phân biệt thứ hai.

Các vật liệu khác nhau có tính chất dẫn khác nhau, bao gồm cả các cấu hình nhiệt của chúng. Đó là, một số vật liệu sẽ nóng lên nhiều hơn so với những vật liệu khác có cùng dòng chảy. Đây là một lý do tại sao các thành phần như điện trở có dung sai.

Sự dao động nhiệt độ mà bạn mô tả không thực sự xảy ra trong các mạch thực. Thay vào đó, điện trở sẽ nóng lên khi dòng điện bắt đầu chảy nhưng sẽ đạt đến điểm cân bằng trong đó lượng nhiệt sinh ra từ dòng điện phù hợp với lượng nhiệt tỏa vào không khí xung quanh. Sau đó, nhiệt độ của điện trở vẫn ổn định, điện trở thực vẫn ổn định và dòng điện vẫn ổn định.

Trên thực tế đã có một ứng dụng gọn gàng cho việc này trong thời xa xưa. Các đèn nháy trên xe được vận hành bằng công tắc nhiệt lưỡng kim. Khi đèn nháy ở trên bimetallic nóng lên và uốn cong mở mạch. Sau đó, nhiệt tan, công tắc nguội đi và đóng lại.

Không chắc chắn nếu tất cả các xe vẫn sử dụng công tắc lưỡng kim, nhưng tôi đoán rằng bây giờ một số sử dụng điều khiển máy tính.