Электротехнический интернет-журнал Electrik.info

"Электрик Инфо" - онлайн журнал про электричество. Теория и практика. Обучающие статьи, примеры, технические решения, схемы, обзоры интересных электротехнических новинок. Уроки, книги, видео. Профессиональное обучение и развитие. Сайт для электриков и домашних мастеров, а также для всех, кто интересуется электротехникой, электроникой и автоматикой.
 


Схемы подключения | Принципиальные схемы | Электроснабжение
Розетки и выключатели | Автоматы защиты | Кабель и провод | Монтаж электропроводки Ремонт электротехники | Молодому электрику

Электрик Инфо » Электрическая энергия в быту и на производстве » В помощь начинающим электрикам » Тепловое действие тока, плотность тока и их влияние на нагрев проводников
Количество просмотров: 22220
Комментарии к статье: 6


Тепловое действие тока, плотность тока и их влияние на нагрев проводников


Под тепловым действием электрического тока понимают выделение тепловой энергии в процессе прохождения тока по проводнику. Когда через проводник проходит ток, образующие ток свободные электроны сталкиваются с ионами и атомами проводника, нагревая его.

Выделяемое при этом количество теплоты можно определить с помощью закона Джоуля-Ленца, который формулируется так: количество теплоты, выделяемое при прохождении электрического тока через проводник, равно произведению квадрата тока, сопротивления данного проводника и времени прохождения тока через проводник.

Закон Джоуля-Ленца

Приняв ток в амперах, сопротивление в омах, а время в секундах, получим количество теплоты в джоулях. А учитывая что произведение тока на сопротивление — есть напряжение, а произведение напряжения на ток — мощность, в результате оказывается, что количество выделенной теплоты в данном случае равно количеству электрической энергии, переданной данному проводнику во время прохождения по нему тока. То есть электрическая энергия преобразуется в тепловую.

Получение тепловой энергии из электрической широко применяется с давних времен в различной технике. Электронагревательные приборы, такие как обогреватели, водонагреватели, электрические плиты, паяльники, электропечи и т. д., а также электросварка, лампы накаливания и многое другое используют именно этот принцип для получения тепла.

Электрическая плитка

Но в большом количестве электрических устройств нагрев, вызываемый током, вреден: электродвигатели, трансформаторы, провода, электромагниты и т. д. - в данных устройствах, не предназначенных для получения тепла, нагрев снижает их КПД, мешает эффективной работе, и даже может привести к аварийным ситуациям.

Для любого проводника, в зависимости от параметров окружающей среды, характерно определенное допустимое значение величины тока, при котором проводник заметно не нагревается.

Так, например, для нахождения допустимой токовой нагрузки на провода, используют параметр «плотность тока», характеризующий ток, приходящийся на 1 кв.мм площади поперечного сечения данного проводника.

Допустимая плотность тока для каждого проводящего материала в определенных условиях своя, она зависит от многих факторов: от вида изоляции, интенсивности охлаждения, температуры окружающей среды, площади поперечного сечения и т. д.

Плотность тока

К примеру для электрических машин, где обмотки изготавливают, как правило, из меди, величина предельно допустимой плотности тока не должна превышать 3-6 ампер на кв.мм. Для лампы накаливания, а точнее для ее вольфрамовой нити, - не более 15 ампер на кв.мм.

Для проводов осветительных и силовых сетей предельно допустимая плотность тока принимается исходя из вида их изоляции и площади поперечного сечения.

Если материалом проводника служит медь, а изоляция резиновая, то при площади сечения, например, в 4 кв.мм допускается плотность тока не более 10,2 ампер на кв.мм, а если сечение 50 кв.мм, то допустимая плотность тока будет всего 4,3 ампера на кв.мм. Если же проводники указанной площади не имеют изоляции, то допустимые плотности тока будут соответственно 12,5 и 5,6 ампер на кв.мм.

Нагретые током электрические проводники

С чем же связано понижение допустимой плотности тока для проводников большего сечения? Дело в том, что проводники с существенной площадью поперечного сечения, в отличие от проводников малого сечения, имеют больший объем проводящего материала расположенного внутри, и получается что внутренние слои проводника сами окружены нагревающимися слоями, которые мешают отводу тепла изнутри.

Чем больше площадь поверхности проводника по отношению к его объему, - тем большую плотность тока способен выдержать проводник не перегреваясь. Неизолированные проводники допускают нагрев до более высокой температуры, так как от них тепло отводится прямо в окружающую среду, изоляция этому не препятствует, и охлаждение происходит быстрее, поэтому для них допускается более высокая плотность тока чем для проводников в изоляции.

Если превысить допустимый для проводника ток, он начнет перегреваться, и в какой-то момент его температура окажется чрезмерной. Изоляция обмотки электродвигателя, генератора или просто проводки, может в таких условиях обуглиться или загореться, что приведет к короткому замыканию и пожару. Если же говорить о неизолированном проводе, то он при высокой температуре может просто расплавиться и разорвать цепь, в которой служит проводником.

Электродвигатель на экране тепловизора

Превышение допустимого тока принято предотвращать. Поэтому в электрических установках обычно принимают специальные меры с целью автоматического отключения от источника питания той части цепи или того электроприемника, в котором случилась перегрузка по току или короткое замыкание. Для этого служат автоматические выключатели, плавкие предохранители и другие устройства, несущие аналогичную функцию — разорвать цепь при перегрузке.

Из закона Джоуля-Ленца следует, что перегрев проводника может произойти не только из-за превышения тока через его поперечное сечение, но и из-за более высокого сопротивления проводника. По этой причине для полноценной и надежной работы любой электрической установки крайне важно сопротивление, особенно в местах соединения друг с другом отдельных проводников.

Электрическое соединение жил кабеля с помощью клеммника

Если проводники соединены не плотно, если их контакт друг с другом не качественный, то сопротивление в месте соединения (так называемое переходное сопротивление в месте контакта) окажется выше чем для цельного участка проводника той же длины.

В результате прохождения тока через такое некачественное, не достаточно плотное соединение, место данного соединения будет перегреваться, что чревато возгоранием, выгоранием проводников или даже пожаром.

Чтобы этого избежать, концы соединяемых проводников надежно зачищают, облуживают и оснащают кабельными наконечниками (впаивают или прессуют) или гильзами, которые обеспечивают запас на переходное сопротивление в месте контакта. Такие наконечники можно плотно закрепить на клеммах электрической машины при помощи болтов.

К электрическим аппаратам, предназначенным для включения и выключения тока, также применяют меры по уменьшению переходного сопротивления между контактами.

Смотрите также по этой теме:

Как защитить проводку от перегрузки и короткого замыкания

Площадь сечения проводов и кабелей в зависимости от силы тока, расчет необходимого сечения кабеля

Популярные публикации:

Надеюсь, что эта статья была для вас полезной. Смотрите также другие статьи в категории Электрическая энергия в быту и на производстве » В помощь начинающим электрикам

Подписывайтесь на наш канал в Telegram: Домашняя электрика 



Поделитесь этой статьей с друзьями:


Другие статьи с сайта Электрик Инфо:

  • От чего зависит длительно допустимый ток кабеля
  • Площадь сечения проводов и кабелей в зависимости от силы тока, расчет необх ...
  • Нагрев проводников при коротком замыкании
  • Что такое электрическое сопротивление и как оно зависит от температуры
  • Что такое скин-эффект и где он применяется на практике
  • Медь или алюминий - что выгоднее?
  • Как рассчитать кабель для удлинителя
  • Почему плохой контакт это главная причина пожаров
  • Как определить поперечное сечение провода
  • Как узнать какую мощность выдерживает кабель или провод
  • Категория: Электрическая энергия в быту и на производстве » В помощь начинающим электрикам

    Теория, Ток провода

      Комментарии:

    #1 написал: Паша |

    Электричество имеет три вида воздействия. Это тепловое, магнитное и химическое воздействие. Свет в лампочке накаливания образуется из-за теплового эффекта. Свет люминесцентных ламп является результатом теплового и химического воздействия. Все двигатели работают при помощи магнитного действия электричества. Все тепловые приборы (например, конвекторы и печное оборудование) используют тепловое действие электричества. Все лампочки накаливания также работают на основе теплового воздействия, которое нагревает элемент до высокой температуры и приводит к испусканию видимого света. Лампочка накаливания не предназначена для преобразования электроэнергии в тепло, как обогреватель, она представляет собой свет. Однако в процессе накаливания, нагревается до высокой температуры, чтобы излучать свет. Таким образом, лампочка нагревается, так же, как это происходит с электрическим нагревательным элементом.

      Комментарии:

    #2 написал: Даниил |

    Нагрев проводников при прохождении электрического тока обычно объясняется столкновениями свободных электронов в металле с его ионами, при этом электроны передают часть своей кинетической энергии проводникам. Это увеличивает полную внутреннюю энергию проводника. Проводник имеет более высокую температуру, чем окружающая среда, и передает ее окружающей среде путем теплообмена.

      Комментарии:

    #3 написал: Андрей |

    Большинство веществ нагреваются при прохождении через них электрического тока. Когда электрический ток проходит через проводник, проводник нагревается. Температура проводника зависит от величины проходящего эл. тока. Это явление используется тепловыми электроприборами (утюг, электрическая плита, накопительная плита, электрическая духовка и т. д.). Они преобразуют электрическую энергию в тепловую.

      Комментарии:

    #4 написал: Михаил |

    4 кв.мм допускается плотность тока не более 10,2 ампер на кв.мм : j=i/p 10 ампер плотность тока=40 ампер / 4 мм² сечение. 4мм²сечение = 2.26мм диаметра и ток для такого диаметра в резиновой изоляции 40 А? Я чего-то не понимаю это как?



    Если материалом проводника служит медь, а изоляция резиновая, то при площади сечения, например, в 4 кв.мм допускается плотность тока не более 10,2 ампер на кв.мм, а если сечение 50 кв.мм, то допустимая плотность тока будет всего 4,3 ампера на кв.мм. Если же проводники указанной площади не имеют изоляции, то допустимые плотности тока будут соответственно 12,5 и 5,6 ампер на кв.мм
      Комментарии:

    #5 написал: Готсть |

    Тепловое действие тока - это явление выделения тепла при прохождении электрического тока через проводник. Чем больше ток и сопротивление проводника, тем больше тепла выделяется. Это может привести к перегреву и разрушению проводника.

    Плотность тока - это количество тока, проходящего через единицу площади поперечного сечения проводника. Чем выше плотность тока, тем больше тепловыделение и риск перегрева. Однако, при слишком малой плотности тока может произойти падение напряжения и снижение эффективности передачи энергии.

    Для уменьшения теплового действия тока и плотности тока используются различные методы, такие как увеличение сечения проводника, использование материалов с низким удельным сопротивлением, применение охлаждения и т.д. Также важно учитывать тепловые характеристики проводника при проектировании электрических систем, чтобы обеспечить их безопасную и эффективную работу.

    Михаил, Вы правильно заметили, что в этом утверждении есть несоответствие. Если бы допустимый ток для проводника сечением 4 мм^2 был равен 40 Ампер, то плотность тока была бы равна 10.2 Ампер/мм^2, а не 12.5 Ампер/мм^2. Возможно, произошла ошибка в данных или это утверждение относится к другому типу проводников, например, без изоляции.

     

     

      Комментарии:

    #6 написал: Sergey |

    По закону Джоуля-Ленца количество теплоты, используемое в проводнике, равно произведению квадрата тока, сопротивления проводника и времени испытания тока через проводник. Это позволяет оценить количество встречающейся тепловой энергии и, следовательно, нагрева проводника. Уменьшение допустимой плотности тока для проводников большего сечения тем, что в проводах большего сечения отвод тепла от внутренних слоев затруднен, так как они окружены нагретыми слоями. Это может привести к повышенному нагреву проводника, поэтому принятие мер по предотвращению перегрузки потребует короткого замыкания в электрических установках.

    Присоединяйтесь к нам в социальных сетях:

    ВКонтакте | Facebook | Одноклассники | Электрик Инфо на Яндекс Дзен

     

    Популярные разделы сайта:

    Электрика дома  Электрообзоры  Энергосбережение
    Секреты электрика Источники света Делимся опытом
    Домашняя автоматика Электрика для начинающих
    Практическая электроника Электротехнические новинки
    Андрей Повный - все статьи автора



    Copyright © 2009-2024 Электрик Инфо - Electrik.info, Андрей Повный
    Вся информация на сайте предоставлена в ознакомительных и познавательных целях.
    За применение этой информации администрация сайта ответственности не несет.
    Перепечатка материалов сайта запрещена.