Chauffer un fil avec du courant continu; pourquoi est-il le plus chaud au milieu?

Je mets du courant continu à travers un fil pour le chauffer. Je pense que le fil chaufferait uniformément, mais j'ai trouvé qu'il est plus chaud plus je me rapproche du milieu, ou, respectivement, plus il fait froid plus il est proche des pinces. Quelqu'un peut-il expliquer cela?

temperature wire heat

— MikeCrump
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Les connecteurs de fils sur les côtés agissent comme des dissipateurs de chaleur?

— Nazar

En outre, un TCR positif élevé peut exacerber l'effet.

— Dampmaskin

Postez une photo de votre configuration et mettez peut-être une règle ou une échelle afin que nous puissions estimer les dimensions.

— Transistor

Pouvez-vous confirmer comment votre alimentation est envoyée au circuit?

— Andy aka

Il y a deux effets. L'effet dissipateur de chaleur des connexions et le coefficient de température sur le fil.

Initialement, le fil est à la même température.

Vous allumez l'appareil et il commence à chauffer.

Le chauffage est déterminé par la dissipation de puissance électrique dans le fil, pour une section donnée du fil Puissance = courant * tension. Toutes les parties du fil auront le même courant. Pour une longueur donnée, la tension = courant * résistance donne puissance = courant au carré * résistance.

Initialement, tous les fils ont la même résistance et le chauffage est donc uniforme sur toute la longueur du fil.

La chaleur passe des plus chauds aux objets aux plus froids (c'est la première loi de la thermodynamique). Dans ce cas, les points de connexion sont plus froids et la chaleur circule donc des extrémités du fil vers les connecteurs en refroidissant légèrement les extrémités. Étant donné que les extrémités sont plus froides, les morceaux de fil près d'eux refroidissent alors une plus petite quantité et ainsi de suite le long du fil. Il en résulte un très petit gradient de température à travers le fil avec le milieu légèrement plus chaud que les extrémités.

Le cuivre a un coefficient de température positif d'environ 0,4% par degré C. Cela signifie que plus le fil est chaud, plus la résistance est élevée.

Le milieu du fil est plus chaud, ce qui signifie que sa résistance augmente. D'après les équations ci-dessus, cela signifie que plus de puissance est dissipée au milieu du fil qu'aux extrémités.

Plus de puissance signifie plus de chauffage au milieu qu'aux extrémités et vous obtenez un effet de rétroaction positif. Le milieu est plus chaud, ce qui signifie qu'il a une résistance plus élevée et plus de puissance y est dissipée, ce qui signifie qu'il devient plus chaud ...

Cela continue jusqu'à ce que presque toute la puissance soit dissipée au milieu du fil, vous n'obtenez jamais toute la puissance en un seul point car la conduction thermique le long du fil signifie que les sections proches du milieu ont également une résistance raisonnablement élevée. Finalement, vous atteignez un équilibre où la conductivité thermique répartit suffisamment l'énergie pour équilibrer l'effet de rétroaction positive.

Le meilleur exemple de coefficient de température positif est une ampoule à incandescence de style ancien. Si vous mesurez la résistance à froid, elle sera une fraction de la valeur que vous attendez pour sa puissance nominale, ils fonctionnent à environ 3000 degrés et donc la résistance au froid est d'environ 1 / 10e de la résistance de fonctionnement normal lorsqu'elle est activée. Ils sont faits de tungstène et non de cuivre, le cuivre serait un liquide à ces températures, mais le coefficient thermique est à peu près le même.

— Andrew
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Une autre remarque - Le fil a une faible résistance, ce qui signifie que la puissance totale dissipée dans un fil n'est généralement pas si élevée et donc l'effet n'est pas si grand à des courants normaux. Si vous utilisez un matériau avec une résistance électrique et thermique plus élevée (par exemple, la mine d'un crayon mécanique fonctionne bien pour cela), vous pouvez voir cet effet de manière visible alors que le milieu chauffe lentement jusqu'à quelques milliers de degrés et commence à briller. Le milieu brûlera / s'évaporera à ces températures, augmentant encore sa résistance et augmentant l'effet jusqu'à ce qu'il échoue.

— Andrew

Je suis sûr que vous le savez déjà, mais pour plus de clarté, le crayon mécanique "plomb" est en fait du graphite, une forme de carbone. le plomb a une faible résistivité (d'où son utilisation dans la soudure)

— Steve Cox

Notez que l'OP n'a jamais dit qu'il utilisait du cuivre (bien que ce soit probablement une valeur sûre). En outre, un bon exemple d'un matériau avec un coefficient de résistance de température négatif est un filament de lampe au carbone, comme ceux utilisés dans les toutes premières ampoules.

— Dave Tweed

@SteveCox: Oui, mais le plomb métallique (et la soudure) ont encore environ 10 fois la résistivité du cuivre. C'est pourquoi la construction d'une trace de PCB avec de la soudure pour gérer des courants plus élevés est moins efficace que vous ne le pensez ...

— Dave Tweed

@DaveTweed ne veut tout simplement pas que quelqu'un accroche accidentellement un fil de "résistance plus élevée" là où il s'attendait à la résistance du graphite

— Steve Cox

La chaleur et la température sont deux choses très différentes. La température d'équilibre se produit lorsque le flux de chaleur dans une région est égal au flux de chaleur sortant.

Dans votre cas, le flux de chaleur par unité de longueur de fil (le chauffage résistif) est essentiellement constant, comme vous le supposez. Cependant, le flux de chaleur - à la fois le long du fil lui-même et vers l'air ambiant - varie, principalement en raison de la proximité de ce à quoi les extrémités du fil sont fixées, ce qui agit comme un dissipateur thermique.

— Dave Tweed
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