اگر در یک مدار
مقاومت الکتریکی رسانایی خیلی بزرگتر از مقاومت اجزای دیگر باشد تقریباً تمام
گرمای ژول در این رسانا آزاد می شود. این امر در
لامپ های التهابی و وسایل گرم کننده ای مشاهد می شود، که مقاومتشان خیلی بزرگتر از سیم های رابط است.
توزیع مقاومت مشابهی در جوشکاری مقاومتی به کار گرفته می شود، که فلزاتی با
مقاومت ویژه زیاد را (مانند
نیکل ،
تانتالوم ،
مولیبدن و غیره) به کار می برند. در اینجا تمام مقاومت
شبه مدار عملا در تمام قسمت هایی که باید جوش داده شوند متمرکز است. اول اینکه
ماده این قسمت ها مقاومت ویژه زیادی دارد. و دوم اینکه محل تماس مقاومت بزرگی دارد. زیرا قسمت ها در نواحی نسبتا کوچکی از سطح با هم تماس دارند (خالهای مجزا).
در جریان های شدید (صدها و هزاران آمپر) این قسمت ها برافروخته می شوند و به هم جوش می خورند. در حالی که
الکترودهای مسی تقریبا سرد می مانند.
در مصارف خانگی از کوره های الکتریکی زیادی استفاده می شود. کوره های الکتریکی شامل یک صفحه
سرامیکی با فرورفتگی خاصی است، که
مارپیچ گرم کننده در آن قرار می گیرد. این مار پیچ از ماده ای با
مقاومت ویژه زیاد ساخته شده است و
نقطه ذوب بالایی دارد (معمولا از
آلیاژ نیکل کرم یا آلیاژ فرو ـ آلومینیوم) با مقاومت زیاد ، این دو آلیاژ دارای مقاومت ویژه زیادی هستند که تقریبا به
دما بستگی ندارد.
به علاوه این
آلیاژها در دماهای زیاد خیلی کم
اکسید می شوند. بنابراین ماده مناسبی جهت ساخت
رشته اجاق های الکتریکی هستند. دو انتهای مارپیچ به اتصال هایی منتهی می شوند که با سیم رابط به
برق شهر متصل می شوند.
دماهای بالا را می توان در کوره های الکتریکی بدست آورد. از کوره های الکتریکی معروف
کوره الکتریکی با لوله پلاتین می باشد. دما در این کوره ها تاحدود 1300 درجه سانتیگراد می رسد. با استفاده از موادی که
مقاومت ویژه بازهم بالاتری دارند مثل
مولیبدن به جای
پلاتین دمای کوره هایی از این نوع را می توان تا 2500 درجه سانتیگراد بالا برد.
برای کار عادی یک گرم کننده الکتریکی باید
سیم پیچی آن به درستی طراحی شود.
عوامل تعیین کننده دمای سیم به علت عبور
جریان الکتریکی را دنبال می کنیم یعنی
گرمای ژول آزاد شده درون سیم باقی نمی ماند بلکه به علت
انتقال گرما ،
هدایت همرفت و
تابش گرما از سطح سیم تلف می شود.
هر چه اختلاف بین دمای سیم و محیط پیرامون بیشتر باشد و
پخش گرما به محیط اطراف سریعتر انجام پذیرد مقدار گرمای تلف شده بر اثر انتقال بیشتر خواهدبود. بنابر این پس از اینکه جریان وصل شد دمای سیم به تدریج افزایش می یابد، تا اینکه در یک زمان به قدر کافی طولانی
دما در مقدار ثابتی باقی می ماند. به طوری که مقدار گرمای آزاد شده در سیم دقیقا برابر مقدار گرمای تلف شده در نتیجه انتقال گرماست.
عوامل تعیین کننده دمای سیستم:
هر چه رسانندگی گرمایی محیط اطراف پایین باشد دمای نهایی بالاتر است و بر عکس هر چه
رسانندگی گرمایی محیط بیشتر و خنک کردن بهتر باشد دمای بدست آمده توسط سیم بر اثر جریان معینی کمتر خواهد بود. پس هر چه
عایق بندی گرمایی سیم بهتر باشد،دمای سیم برای جریان معینی بیشتر است. به این دلیل یک وسیله گرم کننده الکتریکی بایداز همه طرف به جز طرفی که از آن دمای زیاد قسمت گرم کننده به دست می آید کاملا عایق بندی شده باشد.
هر چه قطر سیم کمتر باشد مقاومت یکای طول آن بیشتر است و از این رو بنابرقانون ژول مقدار گرمای آزاد شده براثر جریان معینی به ازای یکای طول سیم بیشتر خواهد بود از طرف دیگر هر چه سیم نازک باشد سرعت سطح آن کوچکتر است و انتقال گرما کمتر خواهد بود بنابر این هر چه قطر سیم کمتر باشد برای جریان معینی دمای سیم بیشتر است.
نکات ویژه ای در طراحی گرم کننده های الکتریکی:
برای اینکه از خراب شدن سریع
سیم پیچ قسمت گرم کننده جلوگیری شود، باید دمای درحال کار آن پایین تر از مقدار معینی باشد که برای
ماده سیم معین می شود. این امر به این معناست که برای یک سیم با کلفتی معلوم و ساخته شده از ماده ای معلوم جریان حدی معین وجود دارد که بالاتر از آن سیم زودتر خراب می شود.
از مطالب اخیر نتیجه می گیریم که این جریان (بار ماکزیمم) به
عایق بندی گرمایی نیز بستگی دارد و برای سیمی که در هوا باشد و در نتیجه همرفت به خوبی خنک شود، جریان می تواند خیلی شدیدتر از سیمی باشد که مثلا در
پنبه نسوز محصور است. با توجه به
مشخصات الکتریکی و گرمایی سیمها از جمله
آلیاژ نیکل کرم برای تولید
وسایل گرم کننده الکتریکی معمولی و
سیم نیکلین برای
رئوستا استفاده می شود.
مباحث مرتبط باعنوان:
