Leitungswiderstand / Wärmeentwicklung

Wie berechnet man die Volt/Ampere einer Batterie, die zur Wärmeerzeugung an ein einfaches Kabel angeschlossen ist?

Das heißt, wie zu verwenden:

bekannte Drahtlänge, Durchmesser/Fläche, spezifischer Widerstand

um die erforderlichen Volt / Ampere zu berechnen, um den Draht auf 30 Grad Celsius zu erhitzen?

das umgebende Medium ist Luft,

Die Umgebungstemperatur beträgt 10 Grad Celsius.

Es findet keine Luftbewegung statt.

Der Draht ist mehr oder weniger in einer geraden Linie.

Der Draht ist nicht isoliert.

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Antworten (3)

Schritt 1 besteht darin, herauszufinden, wie viel Leistung der Draht abführt, wenn er 30 ° C hat. Das ist keine Elektrotechnik. Es ist Wärmetechnik. Sie hängt sehr entscheidend von der Umgebungstemperatur und den Luftströmungsverhältnissen ab. Deshalb werde ich nicht erklären, wie das geht. Das muss man sich anders erklären. Ich möchte Sie jedoch darauf hinweisen, dass jede Änderung des Luftstroms oder der Umgebungstemperatur zu einer Änderung der erforderlichen Leistung führt. Wenn Sie also den Draht auf 30 °C halten müssen, müssen Sie wahrscheinlich eher Temperaturerfassung und Feedback als eine feste Spannung und einen festen Strom verwenden.

Nehmen wir an, Sie haben nach 'Pdis', der Verlustleistung des Drahtes, gelöst.

Sie können den Widerstand des Kabels wie folgt berechnen:

  1. R = rho * L / A

wobei R der Widerstand des Drahtes ist, rho der spezifische Widerstand des Drahtmaterials ist (in Ohm-Meter) L die Länge des Drahtes ist (in Metern) und A die Querschnittsfläche des Drahtes ist (in Quadratmetern) .

Bitte beachten Sie, dass rho bei vielen Leitern sehr temperaturempfindlich ist (4% Anstieg alle 10 Grad). Wenn Sie also Kupfer oder Aluminium oder Stahl oder Edelstahl verwenden, müssen Sie dies möglicherweise berücksichtigen, indem Sie das korrigierte Rho verwenden.

Jetzt haben wir Pdis und R. Am einfachsten ist es, zuerst nach Spannung zu lösen. Beginnen Sie mit der Formel für die Verlustleistung:

Pdis = V2 / R

Löse nach V auf.

V = sqrt(Pdis * R)

Das ist die Spannung, die benötigt wird, um Ihren Draht auf der gewünschten Temperatur zu halten. Wenn Sie nach Strom auflösen möchten, können Sie einfach das Ohmsche Gesetz verwenden, das neu angeordnet wurde, um nach Strom aufzulösen:

Ich = V / R

Danke; hat diese Pdis etwas mit Wärmeleitung zu tun?
auf jeden fall danke für die restliche klärung des problemes!
Ja, die Pdis wird davon abhängen, wie sich der Draht befindet. Wie ist es im Freien ausgestreckt? Welche Temperatur hat die Luft? Oder ist der Draht mit Wärmeisolierung umwickelt wie ein Draht, der durch eine Wand in einem Haus läuft? Etc. Grundsätzlich ist es für mich der schwierige Teil, Pdis herauszufinden. Für mich ist der elektrische Teil einfach, wenn ich Pdis kenne.
Beifall. das ist jetzt viel klarer. Und neben dem wärmetechnischen Teil überlege ich auch, wie das als elektrisches System aufgebaut wäre. Könnte es vielleicht einen Spannungsregler zwischen Batterie und Kabel geben, damit bei Erreichen der Temperatur die Leistung reduziert werden kann, um die Temperatur zu halten?
Ja, Sie können einen variablen Spannungsregler verwenden. Eine weitere Option ist die Verwendung von Rechteckwellen mit variablem Arbeitszyklus (PWM-Steuerung). Das wäre wohl der einfachste Weg. Wenn der Draht Kupfer ist, können Sie den Widerstand des Drahtes als Temperaturangabe verwenden. Während das PWM-Signal hoch ist, messen Sie die Spannung und den Strom. Teilen Sie, um R zu berechnen. Je heißer der Draht, desto höher wird R sein. Je kühler der Draht, desto niedriger wird R sein.
Ist es Ihr Endziel, die Drahttemperatur oder die Umgebungstemperatur des Drahtes zu kontrollieren? Wenn Sie den Draht als Heizelement verwenden, um den Bereich aufzuwärmen, möchten Sie wahrscheinlich, dass der Draht heißer als 30 ° C wird. Das ist nicht sehr heiß für einen Draht.
Das Endziel ist, dass der Draht die Umgebungstemperatur nur etwas wärmer als 10 ° C hält, aber auch nicht zu heiß.
Ausgezeichnet, das heißt, ich könnte die PWM-Steuerung verwenden, um die Drahttemperatur nach Bedarf zu modulieren, um die Luft warm zu halten. Wie heißt so ein Gerät? PWM-Controller?
Außerdem merke ich ja jetzt, dass das für einen Draht nicht sehr heiß ist. Dies liegt daran, dass der Draht die Luft über einige Stunden kontinuierlich erwärmen muss, während die Batterie so leicht wie möglich sein sollte - aber zum Glück glaube ich nicht, dass dafür viel Strom erforderlich ist (wie Sie sagten, 30 Grad C ist nicht viel, und auch die Umgebungsluft verliert nicht zu viel Wärme durch die Stromverteilung an die Außenumgebung.Der Draht befindet sich tatsächlich in einem Behälter mit Luft von etwa 10 Grad C und es gibt eine gute Isolierung nach außen des Behälters)
Vielleicht ist es möglich, dafür einen "PID-Temperaturregler" zu kaufen. Sie müssen die Dokumentation für den spezifischen PID-Regler lesen, um zu sehen, wie schnell er die Temperatur ändert. Wenn Sie Ihre eigene Elektronik entwerfen, können Sie einfach einen Low-Side-N-Kanal-MOSFET-Schalter als Schaltelement verwenden. Eine Art Prozessor würde die Temperatur überwachen und das Heizelement (Draht) mit dem MOSFET ein- und ausschalten.
Danke für den Hinweis. Leider klingt das etwas zu fortgeschritten für mein Können. Ich werde versuchen, zumindest für die Ersteinrichtung einen variablen Spannungsregler einzubauen

Berechnen Sie die erforderlichen Volt / Ampere, um den Draht auf 30 Grad Celsius zu erhitzen?

Volt und Ampere erzeugen Verlustleistung im Draht. Diese Leistung erhöht die Temperatur des Drahts (über die Umgebungstemperatur), bis die von der Umgebung des Drahts abgeführte Wärme der durch die Leistung erzeugten Wärme entspricht. An diesem Punkt stabilisiert sich die Temperatur, aber diese Temperatur hängt vollständig von der Wärme ab, die von der Umgebung abgeführt wird.

Wenn der Draht beispielsweise in einem Vakuum aufgehängt wäre, würde sich der Draht erhitzen, bis die Temperatur auf ein so hohes Niveau ansteigt, dass sichtbares Licht emittiert wird, und wenn er nicht kontrolliert wird, würde der Draht wahrscheinlich überhitzen und schmelzen. Ende dieser Geschichte.

Wenn er andererseits auf vorgeschriebene Weise mit einem Kühlkörper verbunden wird, der einen Wärmewiderstand von (sagen wir) 10 °C pro Watt hat, dann würde der Draht bei einer Verlustleistung von 3 Watt eine Temperatur von 30 °C über der Umgebungstemperatur erreichen.

Vereinfacht gesagt steht die Leistung nicht in direktem Zusammenhang mit der Temperatur; Sie müssen den thermischen Widerstand der Umgebung und die lokale Umgebungstemperatur entlang des gesamten Kabels berücksichtigen.

Vielen Dank für die Antwort und den Hinweis, was ich verpasst habe. Ich werde die Frage bearbeiten
"Wenn der Draht in einem Vakuum aufgehängt wäre, würde sich der Draht erwärmen, bis die Temperatur auf ein so hohes Niveau ansteigt, dass sichtbares Licht emittiert wird, und wenn er nicht kontrolliert wird, würde der Draht wahrscheinlich überhitzen und schmelzen." Dies missversteht, was in einem Vakuum passiert. Nichts Magisches an einem Vakuum verhindert, dass Wärme den Draht verlässt. Leitung und Konvektion werden vernachlässigbar, aber Strahlung funktioniert immer noch. Genauer gesagt erreicht der Draht eine Temperatur, bei der der Strahlungsleistungsverlust gleich der elektrischen Eingangsleistung ist. Dies muss kein sichtbares Licht sein und es wird nicht unbedingt zum Schmelzen führen.
Ich sagte Folgendes: "Wenn es nicht überprüft wird, würde der Draht wahrscheinlich überhitzen und schmelzen."
@Andyaka Der Punkt ist, dass die Überprüfung oder Nichtüberprüfung keine Rolle spielt - es kommt auf die Menge der Eingangsleistung und die Konstruktion des Kabels an. Das sind alles berechenbare Größen und Systeme können so ausgelegt werden, dass ein stromdurchflossener Draht im Vakuum auf jede gewünschte Temperatur kommt. Nichts daran, in einem Vakuum zu sein, bedeutet, dass es schmilzt, wenn es einfach nicht beobachtet wird.
Ich bestreite nicht, was Sie sagen; Ich hatte einfach nicht das Bedürfnis, den Weg zu gehen, um die Vor- und Nachteile von will it/will it zu erklären, die in meiner Frage schmelzen, weil es ein Nebenproblem zu dem ist, was gefragt wird. Sie müssen sich daran erinnern, dass sich die Frage des Ops geändert hat und er die Torpfosten von seiner ursprünglichen Frage verschoben hat. Das kannst du natürlich nachprüfen. Und natürlich ist das Verschieben der Torpfosten etwas, das hin und wieder Probleme bereiten wird.
Sie müssen Vakuum oder Schmelzen überhaupt nicht erwähnen - der erste Absatz ist richtig und gilt sowohl für Vakuum als auch für Nicht-Vakuum. Der Draht stabilisiert sich immer bei einer Temperatur, bei der die zugeführte Energie der abgegebenen Energie entspricht. Beim Eintritt in ein Vakuum ändert sich nichts außer den Mechanismen, die für die Wärmeabfuhr verfügbar sind. Sie müssen diesen Weg sicherlich nicht gehen, aber wenn Sie dort hinuntergehen (was Sie getan haben), sollten Sie zumindest den richtigen Weg gehen.
@J ... und was war falsch an meinem Weg?
Alles was ich gerade gesagt habe.
Das einzige, was ich sehen kann, ist, dass wir uns nicht einig sind, ob der Draht schmilzt und wie wir das ausdrücken. Ich sage "wahrscheinlich" und Sie sagen, es wird nicht unbedingt schmelzen. Ich sehe keinen anderen Unterschied, außer dass es sichtbares Licht sein kann oder nicht. Vielleicht sollten Sie überlegen, eine Antwort auf diese Frage zu geben.
Danke für diese Antwort, Andy. Meine Frage beginnt mit einer falschen Perspektive. Aus all den Antworten und Kommentaren erkenne ich, dass der Fokus zuerst auf der Identifizierung der thermischen Flüsse liegen sollte, bevor versucht wird, die Batterie- / Kabeldetails genau zu berechnen. Beifall

Das heißt, wie verwendet man: bekannte Drahtlänge, Durchmesser / Fläche, spezifischen Widerstand, um die erforderlichen Volt / Ampere zu berechnen, um den Draht auf 30 Grad Celsius zu erhitzen?

Ohne viel mehr Informationen geht es nicht.

Zunächst müssen Sie den Wärmewert der Drahtisolierung angeben. Zweitens müssen Sie die Umgebung angeben - wie hoch ist ihre Temperatur, welches Material umgibt den Draht und wie hoch ist die Geschwindigkeit des umgebenden Materials.

Sie müssen auch genau angeben, wie der Draht konfiguriert ist.

Also, was ist das umgebende Medium? Luft? Wasser? Öl?

Wie schnell fließt es?

Was ist seine Temperatur? Nur zur Veranschaulichung: Wenn das Kabel bei 30 ° C in der Luft hängt, sind 0 Volt und Ampere erforderlich, damit das Kabel 30 ° C erreicht. Oder fordern Sie einen Temperaturanstieg von 30 ° C über die Umgebungstemperatur?

Ist das Kabel isoliert? Wenn dies der Fall ist, wird es sich bei einer bestimmten Leistung stärker erwärmen.

Konfiguration - Ist der Draht mehr oder weniger in einer geraden Linie aufgehängt oder ist er zu einer engen Spule geformt? Wenn es sich um eine Spule handelt, neigt die Wärme, die von einem Teil des Drahtes verloren geht, dazu, einen anderen Teil zu erwärmen.

Wenn Sie nicht alle diese Details angeben können, ist Ihre Frage nicht zu beantworten.

danke fürs klären! Ich werde die Frage bearbeiten
Wunderbar, dass Sie die Geschwindigkeit als wichtige Komponente mit einbezogen haben. Wenn Sie diesen Kommentar so gemeint haben, wie ich ihn verstehe, ist er wichtig. Wenn beispielsweise die Abgastemperatur eines Benzinmotors gemessen wird, muss man die Geschwindigkeit des Gases berücksichtigen, wenn es über und um das Sensorsystem strömt, um die Ergebnisse richtig zu quantifizieren. Das genaue Messen der Temperatur ist nicht trivial. Geschweige denn, es vorherzusagen.
hi danke für den kommentar die 30 grad celsius waren nur ein zielwert. Was erforderlich ist, ist herauszufinden, wie man den Draht aufheizen kann, ohne kurzzuschließen oder zu kalt zu sein, von 10 Grad Umgebungstemperatur der nicht strömenden Luft auf nur ein bisschen mehr (ca. 30 Grad) und dann entweder abschaltet oder stabil bleibt
Sry falsch geklickt. Oder eine konstante Wärmeableitung vom Kabel zur Umgebung aufrechterhalten. Vielleicht hilft ein Spannungsregler? Sobald der Draht heiß genug ist, reduzieren Sie die Spannung und erreichen Sie eine Art Gleichgewicht?
In der realen Welt gibt es keine "stille Luft" - nicht einmal, wenn Sie einen heißen Körper (Ihren Draht) in das System aufnehmen -, der Konvektionsströme erzeugt, an diesem Punkt wird der Kühleffekt der Umgebungsluft sehr wichtig nochmal.
Einmal habe ich die stationäre Temperatur eines Flex-Leiterplattenwiderstands unter konstanten Spannungsbedingungen gemessen. Ich habe einen Temperaturlogger angeschlossen und bin dann für eine Weile weggegangen. Als ich zurückkam, sah es so aus, als hätte es einen stabilen Zustand erreicht, also hummelte ich eine Weile herum und trennte alles und sah mir dann die Protokolldaten an. Als ich hineinzoomte, stellte ich fest, dass nur ich zum Widerstand ging und über den Testaufbau schaute, verursachte eine sehr merkliche Störung der stationären Temperatur. Das war nur der Luftstrom von mir, der sich in der Nähe des Widerstands bewegte.
@mkeith Ich kann nicht sagen, wie oft mir Daten präsentiert wurden, die zeigten, dass meine Temperaturinstrumente aufgrund ungerader "Zyklen" und ihrer "Formen" "ein Problem" hatten. Natürlich stellte sich heraus, dass es sich um einen 24-Stunden-Zyklus handelte und dass eine Klimaanlage schuld war. Oder etwas ganz ähnliches. Mit guter Ausrüstung lässt sich vieles erkennen.
@jonk manchmal scherze ich, dass alles ein Thermometer ist. Es ist nicht schwer, etwas zu entwerfen, das mit der Temperatur variiert. Das Schwierige ist, etwas zu entwerfen, das sich NICHT mit der Temperatur ändert. Ich erinnere mich, dass ich mir etwas angesehen habe, vielleicht waren es HF-Leistungsdaten im Vergleich zur Zeit, und wir sahen diese klare Sägezahnwellenform. Schließlich stellten wir fest, dass es schnell abfiel, wenn die Klimaanlage eingeschaltet war, und langsam anstieg, wenn die Klimaanlage ausgeschaltet war. Ja, irgendwie temperaturempfindlich.
@mkeith - und lass mich nicht mit elektrischem Rauschen anfangen. Vor einigen Jahren hatte ein Typ am MIT Probleme mit Rauschen an seinen Instrumenten. Tritt regelmäßig im 10-Minuten-Takt auf. Es stellte sich heraus, dass es sich um eine Abholung von der U-Bahn-Linie handelte - Lichtbogen des Antriebsmotors.
interessant, über solch hochpräzise Instrumente zu lesen. auf jeden fall danke für die antwort und die kommentare ich habe es (irgendwie) herausgefunden. Hauptsächlich, dass mein ursprüngliches Ziel für diese Frage irgendwie fehl am Platz war und dass es keinen Sinn macht, zu berechnen, welche Art von Leistung oder Drahtlänge / -durchmesser vorhanden ist, bevor die Daten über die Wärmeverteilung zwischen Draht und Umgebung bekannt sind. wird gebraucht
Leitungswiderstand / Wärmeentwicklung
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