Zusammenhang zwischen Strom und Temperatur

Ich versuche, den spezifischen Strom zu finden, der benötigt wird, um einen Draht auf eine bestimmte Temperatur zu erwärmen. Das Drahtmaterial ist Kanthal. Ich habe den Widerstand aus dem Widerstand und den Abmessungen des Drahtes berechnet. Die Versorgungsspannung habe ich auch.

Aber was ist die Beziehung zwischen Wattzahl und Temperatur? Wie finde ich heraus, wie viel Strom benötigt wird, um den Draht auf eine bestimmte Temperatur zu erwärmen?

Es hängt von der Umgebung ab. Liegt es an der Luft? Wenn ja, kann sich die Luft bewegen? Gibt es einen Lüfter? Wie hoch ist die Umgebungstemperatur? Ist es ein kurzes Stück Draht mit riesigen Metallverbindungen an den Enden oder so lang, dass es aus Sicht der Wärmeleitfähigkeit als unendlich betrachtet werden kann?
Die eigentliche Antwort auf Ihre Frage: Die Beziehung zwischen Strom und Temperatur eines zylindrischen Objekts in einer Flüssigkeit wie Luft wird (ungefähr) durch das Gesetz von King (vor etwa 100 Jahren entwickelt) beschrieben. Es ist ein bisschen komplex.

Antworten (1)

Der Teil, der Ihnen fehlt, ist der Wärmewiderstand vom Draht zur Umgebungsluft (oder in welchem ​​​​Medium Sie ihn auch haben). Dies wird üblicherweise für Halbleiterbauelemente in °C/W angegeben. Bei Drähten hängt die Gesamtleistung natürlich von der Länge ab, also suchen Sie nach Werten wie °C/(W·m).

Nehmen wir zum Beispiel an, Sie möchten, dass die Drahttemperatur 100 °C beträgt und Sie haben festgestellt, dass sein Wärmewiderstand gegenüber der Umgebungsluft 10 °C/(W·m) beträgt. Die Umgebungsluft hat in diesem Beispiel 20 °C, sodass der erforderliche Temperaturanstieg 80 °C beträgt. Das bedeutet, dass Sie 8 W in jeden Meter Kabel stecken müssen. Wenn Ihr Drahtsegment 200 mm lang ist, müssen Sie 1,6 W hineingeben.

Sobald Sie die erforderliche Leistung kennen, können Sie den elektrischen Widerstand verwenden, um die Spannung und den Strom zu berechnen, die diese Leistung erreichen.

Denken Sie daran, dass sich der spezifische Widerstand vieler Substanzen mit der Temperatur erheblich ändert. Alte LEBs (Light Emitting Bulbs) waren ein gutes Beispiel. Das Filament wird so heiß, dass es erhebliches Licht abgibt. Es ist bei dieser Temperatur um ein Vielfaches widerstandsfähiger als bei Raumtemperatur. LEBs hatten daher nach dem Einschalten kurzzeitig große Ströme, bis sie auf Glühtemperatur kamen.

Eine Möglichkeit, mit unterschiedlichen Widerständen umzugehen, besteht darin, sowohl Spannung als auch Strom in einem Mikrocontroller zu messen, die Leistung zu multiplizieren und die Stromversorgung entsprechend anzupassen, um die gewünschte Leistung aufrechtzuerhalten. Das Netzteil ist wahrscheinlich sowieso ein Umschalter, der von einem Mikro gesteuert wird, sodass dies nicht viel Komplexität hinzufügt.

Noch besser ist es, die Temperatur direkt zu regulieren. Dieses Schema nutzt die Tatsache aus, dass sich der Drahtwiderstand mit der Temperatur ändert. Sie messen Spannung und Strom, berechnen aber diesmal den Widerstand. Die Stromversorgung wird dann geregelt, um diesen Widerstand konstant zu halten. Diese Methode ist schwierig, wenn das Material am gewünschten Betriebspunkt keine große Widerstandsänderung pro Temperatur aufweist.

Was ist die Basisfunktion für den Zusammenhang zwischen Widerstand und Temperatur bei konstantem Strom? Ich würde davon ausgehen, dass es so wäre T = k l N ( A R + B ) . wobei T die Temperatur ist, R der Widerstand ist und k, a und b willkürliche Konstanten sind
@ Tusk: Es gibt viele Annäherungen da draußen. Beliebt ist zum Beispiel die Steinhart-Hart (sp?)-Gleichung. Verschiedene einfachere Versionen können auch nützlich sein, insbesondere je eingeschränkter der Temperaturbereich ist.
Danke, das ist wirklich sehr nützlich. du hast meine stimme!
Danke schön! Der Draht wird also nur 5-7 cm lang sein, mit einem Querschnitt zwischen 0,5-3 mm. Die Wärmeleitfähigkeit des Materials beträgt 22 W/mK. Wenn ich möchte, dass die Drahttemperatur 1000 Grad beträgt. Wie finde ich heraus, wie viel Strom ich benötige? Wie ist das Verhältnis zwischen Effekt und Thermik?