Kabel pemanas dengan arus

Karena jumlah panas yang dihasilkan oleh arus saat mengalir melalui kawat sebanding dengan waktu, suhu kawat harus meningkat secara terus menerus saat arus mengalir melalui kawat. Faktanya, ketika arus terus menerus melewati kabel, suhu konstan tertentu terbentuk, meskipun pelepasan panas terus menerus berlanjut di kabel ini.

Fenomena ini dijelaskan oleh fakta bahwa setiap benda yang suhunya lebih tinggi dari suhu lingkungan melepaskan energi panas ke lingkungan karena:

• pertama, benda itu sendiri dan benda yang bersentuhan dengannya memiliki konduktivitas termal;

• kedua, lapisan udara yang berdekatan dengan benda dipanaskan, naik, dan memberi jalan ke lapisan yang lebih dingin, yang dipanaskan kembali, dan seterusnya. (konveksi panas);

• ketiga, karena benda yang dipanaskan memancarkan sinar gelap dan kadang-kadang terlihat ke ruang sekitarnya, menghabiskan sebagian energi panasnya untuk (radiasi) ini.

Semua kehilangan panas di atas semakin besar, semakin besar perbedaan antara suhu tubuh dan lingkungan.Oleh karena itu, ketika suhu konduktor menjadi sangat tinggi sehingga jumlah panas total yang dilepaskan oleh konduktor ke ruang sekitarnya per satuan waktu sama dengan jumlah panas yang dihasilkan dalam konduktor setiap detik oleh arus listrik, maka suhunya konduktor akan berhenti meningkat dan akan menjadi permanen.

Hilangnya panas dari konduktor selama aliran arus adalah fenomena yang terlalu rumit untuk secara teoritis mendapatkan ketergantungan suhu konduktor pada semua keadaan yang mempengaruhi laju pendinginan tubuh.

Namun, beberapa kesimpulan dapat ditarik berdasarkan pertimbangan teoretis. Sementara itu, pertanyaan tentang suhu kabel sangat penting secara praktis untuk semua perhitungan teknis jaringan, rheostat, belitan, dll. Oleh karena itu, dalam teknologi, mereka menggunakan rumus, aturan, dan tabel empiris yang memberikan hubungan antara penampang kabel dan kekuatan arus yang diizinkan dalam berbagai kondisi di mana kabel berada. Beberapa hubungan kualitatif dapat diprediksi dan mudah dibangun secara empiris.

Jelas, keadaan apa pun yang mengurangi pengaruh salah satu dari tiga penyebab pendinginan tubuh meningkatkan suhu konduktor. Mari kita tunjukkan beberapa keadaan ini.

Kawat lurus tidak berinsulasi yang direntangkan secara horizontal memiliki suhu yang lebih rendah daripada kawat yang sama pada kekuatan arus yang sama dalam posisi vertikal, karena dalam kasus kedua udara panas naik di sepanjang kawat dan penggantian udara panas dengan udara dingin terjadi lebih lambat, daripada dalam kasus pertama.

Luka kawat dalam spiral memanas lebih dari kawat serupa dengan arus listrik yang sama yang direntangkan dalam garis lurus.

Sebuah konduktor yang ditutupi dengan lapisan insulasi memanas lebih dari yang tidak berinsulasi, karena insulasi selalu merupakan konduktor panas yang buruk, dan suhu permukaan insulasi jauh lebih rendah daripada suhu konduktor, sehingga pendinginan permukaan ini oleh arus udara dan radiasi jauh lebih kecil.

Jika kawat ditempatkan dalam hidrogen atau gas pijar, yang memiliki konduktivitas termal lebih tinggi daripada udara, maka suhu kawat untuk kekuatan arus yang sama akan lebih rendah daripada di udara. Sebaliknya, dengan karbon dioksida, yang konduktivitas termalnya lebih rendah daripada udara, kawat menjadi lebih panas.

Jika konduktor ditempatkan dalam rongga (vakum), maka konveksi panas akan berhenti sama sekali dan pemanasan konduktor akan jauh lebih besar daripada di udara. Ini digunakan saat memasang lampu pijar.

Secara umum, pendinginan arus udara pada kabel sangat penting di antara faktor pendinginan lainnya. Setiap peningkatan luas permukaan pendingin mengurangi suhu konduktor. Oleh karena itu, seikat kabel paralel tipis yang tidak bersentuhan satu sama lain didinginkan jauh lebih baik daripada kabel tebal dengan resistansi yang sama, yang penampangnya sama dengan jumlah penampang semua kabel dalam bundel .

Untuk membuat rheostat dengan bobot yang relatif rendah, strip logam yang sangat tipis digunakan sebagai konduktor, yang dikerutkan untuk mengurangi panjangnya.

Karena jumlah panas yang dilepaskan oleh arus dalam sebuah konduktor sebanding dengan resistansinya, maka dalam kasus dua konduktor dengan ukuran yang sama tetapi zat yang berbeda, konduktor yang resistansinya lebih besar dipanaskan ke suhu yang lebih tinggi.

Dengan mengurangi penampang kawat, Anda dapat meningkatkan resistansinya sedemikian rupa sehingga suhunya mencapai titik lelehnya. Ini digunakan untuk melindungi jaringan dan perangkat agar tidak rusak oleh arus dengan kekuatan yang lebih besar daripada yang dirancang untuk perangkat dan jaringan.

Untuk yang disebut ini sekering, yaitu kabel pendek yang terbuat dari logam dengan leleh rendah (perak atau timah). Penampang kawat ini dihitung sehingga pada kekuatan arus tertentu yang ditentukan kawat ini meleleh.

Data yang diberikan dalam tabel untuk mencari penampang sekering untuk berbagai arus mengacu pada sekering dengan panjang setidaknya dimensi tertentu.

Sekering yang sangat pendek mendingin lebih baik daripada yang panjang karena konduktivitas termal yang baik dari klem tembaga yang terhubung dengannya dan karenanya meleleh pada arus yang sedikit lebih tinggi. Selain itu, panjang sekring harus sedemikian rupa sehingga ketika meleleh, busur listrik tidak dapat terbentuk di antara ujung kabel. Dengan cara ini, panjang sekering terkecil ditentukan tergantung pada tegangan listrik.

Lihat juga:

Pemanasan bagian aktif dengan aliran arus yang diperpanjang dalam formula