Fios de aquecimento com corrente

Como a quantidade de calor gerada pela corrente que flui através do fio é proporcional ao tempo, a temperatura do fio deve aumentar continuamente à medida que a corrente flui através do fio. De fato, quando uma corrente passa continuamente por um fio, uma certa temperatura constante é estabelecida, embora a liberação contínua de calor continue nesse fio.

Esse fenômeno é explicado pelo fato de que qualquer corpo cuja temperatura seja superior à temperatura do ambiente libera energia térmica para o ambiente devido ao fato de que:

• primeiro, o próprio corpo e os corpos em contato com ele têm condutividade térmica;

• em segundo lugar, as camadas de ar adjacentes ao corpo são aquecidas, sobem e dão lugar a camadas mais frias, que são novamente aquecidas, e assim por diante. (convecção de calor);

• em terceiro lugar, pelo fato de o corpo aquecido emitir raios escuros e às vezes visíveis no espaço circundante, gastando parte de sua energia térmica com isso (radiação).

Todas as perdas de calor acima são tanto maiores quanto maior for a diferença entre as temperaturas do corpo e do ambiente.Portanto, quando a temperatura do condutor se torna tão alta que a quantidade total de calor liberada pelo condutor para o espaço circundante por unidade de tempo é igual à quantidade de calor gerada no condutor a cada segundo por uma corrente elétrica, então a temperatura do condutor deixará de aumentar e se tornará permanente.

A perda de calor de um condutor durante a passagem de uma corrente é um fenômeno muito complexo para se obter teoricamente a dependência da temperatura do condutor de todas as circunstâncias que afetam a taxa de resfriamento do corpo.

No entanto, algumas conclusões podem ser tiradas com base em considerações teóricas. Entretanto, a questão da temperatura dos fios é de grande importância prática para todos os cálculos técnicos da rede, reostatos, enrolamentos, etc. Portanto, na tecnologia, eles usam fórmulas empíricas, regras e tabelas que fornecem a relação entre as seções transversais dos fios e a intensidade de corrente permitida nas várias condições em que os fios se encontram. Algumas relações qualitativas podem ser previstas e facilmente estabelecidas empiricamente.

Obviamente, qualquer circunstância que reduza a influência de uma das três causas de resfriamento do corpo aumenta a temperatura do condutor. Vamos apontar algumas dessas circunstâncias.

Um fio reto não isolado esticado horizontalmente tem uma temperatura mais baixa do que o mesmo fio com a mesma intensidade de corrente na posição vertical, porque no segundo caso o ar aquecido sobe ao longo do fio e a substituição do ar aquecido pelo ar frio ocorre mais lentamente, do que no primeiro caso.

Um fio enrolado em espiral aquece muito mais do que um fio semelhante de mesma amperagem esticado em linha reta.

Um condutor coberto com uma camada de isolamento aquece mais do que um não isolado, porque o isolamento é sempre um mau condutor de calor e a temperatura da superfície do isolamento é muito menor que a temperatura do condutor, portanto, o resfriamento do esta superfície por correntes de ar e radiação é muito mais pequena.

Se um fio for colocado em hidrogênio ou gás incandescente, que têm uma condutividade térmica mais alta que o ar, a temperatura do fio para a mesma intensidade de corrente será menor do que no ar. Ao contrário, com o dióxido de carbono, cuja condutividade térmica é menor que a do ar, o fio esquenta mais.

Se o condutor for colocado em uma cavidade (vácuo), a convecção de calor cessará completamente e o aquecimento do condutor será muito maior do que no ar. Isso é usado ao instalar lâmpadas incandescentes.

Em geral, o resfriamento das correntes de ar dos fios é de primordial importância entre outros fatores de resfriamento. Qualquer aumento na área da superfície de resfriamento reduz a temperatura do condutor. Portanto, um feixe de fios finos paralelos que não estão em contato um com o outro é resfriado muito melhor do que um fio grosso de mesma resistência, cuja seção transversal é igual à soma das seções transversais de todos os fios do feixe. .

Para fazer reostatos de peso relativamente baixo, tiras de metal muito finas são usadas como condutores, que são cravadas para reduzir seu comprimento.

Como a quantidade de calor liberada pela corrente em um condutor é proporcional à sua resistência, no caso de dois condutores do mesmo tamanho, mas de substância diferente, o condutor cuja resistência é maior é aquecido a uma temperatura mais alta.

Ao reduzir a seção transversal do fio, você pode aumentar tanto sua resistência que sua temperatura atinge seu ponto de fusão. Isso é usado para proteger a rede e os dispositivos de serem danificados por correntes de força maior do que os dispositivos e a rede foram projetados.

Para este chamado fusíveis, que são fios curtos feitos de um metal de baixo ponto de fusão (prata ou chumbo). A seção transversal desse fio é calculada de modo que, em uma determinada intensidade de corrente especificada, esse fio derreta.

Os dados fornecidos nas tabelas para consultar a seção transversal dos fusíveis para várias correntes referem-se a fusíveis com um comprimento de pelo menos certas dimensões.

Um fusível muito curto esfria melhor do que um longo devido à boa condutividade térmica dos grampos de cobre aos quais está conectado e, portanto, derrete a uma corrente um pouco mais alta. Além disso, o comprimento do fusível deve ser tal que, ao derreter, não se forme um arco elétrico entre as pontas dos fios. Desta forma, o menor comprimento do fusível é determinado dependendo da tensão da rede.

Veja também:

Aquecimento de partes vivas com fluxo de corrente estendido nas fórmulas