Fils chauffants avec courant

Étant donné que la quantité de chaleur générée par le courant lorsqu'il circule dans le fil est proportionnelle au temps, la température du fil doit augmenter de manière continue lorsque le courant traverse le fil. En effet, lorsqu'un courant circule en permanence dans un fil, une certaine température constante s'établit, bien que le dégagement continu de chaleur se poursuive dans ce fil.

Ce phénomène s'explique par le fait que tout corps dont la température est supérieure à la température de l'environnement dégage de l'énergie calorifique vers l'environnement du fait que :

• premièrement, le corps lui-même et les corps en contact avec lui ont une conductivité thermique ;

• deuxièmement, les couches d'air adjacentes au corps s'échauffent, s'élèvent et cèdent la place à des couches plus froides, qui se réchauffent à nouveau, et ainsi de suite. (convection thermique);

• troisièmement, en raison du fait que le corps chauffé émet des rayons sombres et parfois visibles dans l'espace environnant, y consacrant une partie de son énergie thermique (rayonnement).

Toutes les pertes de chaleur ci-dessus sont d'autant plus importantes que la différence entre les températures du corps et de l'environnement est grande.Par conséquent, lorsque la température du conducteur devient si élevée que la quantité totale de chaleur dégagée par le conducteur vers l'espace environnant par unité de temps est égale à la quantité de chaleur générée dans le conducteur chaque seconde par un courant électrique, alors la température du conducteur cessera d'augmenter et deviendra permanent.

La perte de chaleur d'un conducteur lors du passage d'un courant est un phénomène trop complexe pour obtenir théoriquement la dépendance de la température du conducteur sur toutes les circonstances qui affectent la vitesse de refroidissement du corps.

Cependant, certaines conclusions peuvent être tirées sur la base de considérations théoriques. Pendant ce temps, la question de la température des fils est d'une grande importance pratique pour tous les calculs techniques du réseau, des rhéostats, des enroulements, etc. Par conséquent, en technologie, ils utilisent des formules empiriques, des règles et des tableaux qui donnent la relation entre les sections transversales des fils et l'intensité du courant admissible dans diverses conditions dans lesquelles se trouvent les fils. Certaines relations qualitatives peuvent être prédites et facilement établies empiriquement.

Évidemment, toute circonstance qui réduit l'influence de l'une des trois causes du refroidissement corporel augmente la température du conducteur. Signalons quelques-unes de ces circonstances.

Un fil droit non isolé tendu horizontalement a une température inférieure à celle du même fil à la même intensité de courant en position verticale, car dans le second cas, l'air chauffé monte le long du fil et le remplacement de l'air chauffé par de l'air froid se produit plus lentement, que dans le premier cas.

Un fil enroulé en spirale chauffe beaucoup plus qu'un fil similaire de même ampérage tendu en ligne droite.

Un conducteur recouvert d'une couche d'isolant chauffe plus qu'un conducteur non isolé, car l'isolant est toujours un mauvais conducteur de chaleur et la température de la surface de l'isolant est bien inférieure à la température du conducteur, donc le refroidissement de cette surface par les courants d'air et le rayonnement est beaucoup plus petite.

Si un fil est placé dans de l'hydrogène ou un gaz incandescent, qui ont une conductivité thermique plus élevée que l'air, la température du fil pour la même intensité de courant sera inférieure à celle de l'air. Au contraire, avec le dioxyde de carbone, dont la conductivité thermique est inférieure à celle de l'air, le fil s'échauffe davantage.

Si le conducteur est placé dans une cavité (vide), la convection de chaleur s'arrêtera complètement et l'échauffement du conducteur sera beaucoup plus important que dans l'air. Ceci est utilisé lors de l'installation d'ampoules à incandescence.

En général, le refroidissement des courants d'air des fils est primordial parmi d'autres facteurs de refroidissement. Toute augmentation de la surface de refroidissement réduit la température du conducteur. Par conséquent, un faisceau de fils minces parallèles qui ne sont pas en contact les uns avec les autres est bien mieux refroidi qu'un fil épais de même résistance, dont la section est égale à la somme des sections de tous les fils du faisceau. .

Afin de réaliser des rhéostats de poids relativement faible, on utilise comme conducteurs des bandes métalliques très fines, qui sont serties pour réduire leur longueur.

Puisque la quantité de chaleur dégagée par le courant dans un conducteur est proportionnelle à sa résistance, alors dans le cas de deux conducteurs de même taille mais de substance différente, le conducteur dont la résistance est la plus grande est chauffé à une température plus élevée.

En réduisant la section du fil, vous pouvez augmenter sa résistance au point que sa température atteigne son point de fusion. Ceci est utilisé pour protéger le réseau et les appareils contre les dommages causés par des courants d'une intensité supérieure à celle pour laquelle les appareils et le réseau sont conçus.

Pour ce soi-disant fusibles, qui sont des fils courts faits d'un métal à bas point de fusion (argent ou plomb). La section transversale de ce fil est calculée de manière à ce qu'à une certaine intensité de courant spécifiée, ce fil fonde.

Les données indiquées dans les tableaux pour consulter la section des fusibles pour différents courants se réfèrent à des fusibles d'une longueur d'au moins certaines dimensions.

Un fusible très court se refroidit mieux qu'un long grâce à la bonne conductivité thermique des pinces en cuivre auxquelles il est relié et fond donc à un courant légèrement plus élevé. De plus, la longueur du fusible doit être telle que lors de sa fusion, un arc électrique ne puisse pas se former entre les extrémités des fils. De cette manière, la plus petite longueur de fusible est déterminée en fonction de la tension secteur.

Voir également:

Echauffement des pièces sous tension avec passage de courant prolongé dans les formules