大电流熔化扳手 - 发生了什么?

电器工程 当前的 反抗
2022-01-06 20:29:21

只有几个人用 DIY 低压超大电流变压器做有趣的事情。其中一件事是将扳手放在砖头上,然后用一根承载数千安培的极粗铜电缆接触两端。

然后扳手变得炽热并熔化。在这里,我们提出了一个问题:

为什么扳手在末端先变红,然后再向中心变红?我原以为均匀的电流会均匀加热它

4个回答

接触点有热量,但不足以使它们变红。更多的热量来自薄的部分。当两个源都加热金属时,它会比薄部分的其余部分更热,导致电阻在加热时上升,产生更多的局部加热(正反馈),依此类推,所以薄部分的末端首先变热,然后热区向薄截面的中心传播。

在给定部分开始正反馈可能只需要相对较小的温差。例如,参见条曲线。

在此处输入图像描述

您接触的电流密度远大于进入扳手/扳手几厘米处的电流密度。这是一点。

在铜线接触的地方,接触电阻要大得多。

这两点都使扳手首先在末端变热。

最初,最高电阻位于导体连接的点。一般来说,高碳钢的电阻温度系数 (NTC) 略为负,这意味着电阻会随着温度的升高而降低,因此一旦扳手变热,整个长度上的电阻就会下降到更均匀的水平。

欧姆定律以其最具教育意义的方式之一在那里发挥作用。

焦耳热可以计算为 $$P=UI$$ 其中 U 是零件上的电压降,I 是通过它的电流。

欧姆定律说 $$R=\frac UI.$$

综上所述,我们知道使用了大电流电源。因此,电阻和电流是已知的,我们有足够的信息来估计加热功率为 $$P=RI^2.$$

最高电阻在扳手和夹具之间的接触处,并且横截面也最低,这就是为什么发光从那里开始并通过整个扳手传播的原因。

这意味着:

  • 电流越大,加热功率越高,因此温度越高
  • 电阻越高,加热功率越大。(需要提供更高的电压来维持相同的电流)

此外:

  • 金属在加热时具有更高的电阻,因此热部件被加热得更多
  • 导体越细越长,其电阻越大,因此较窄的部分受热越大
  • 更薄的部分重量更轻,因此它的温度上升得更快,
  • 金属通常具有更高的导热性,因此热量通过扳手传播,有效地增加了“较冷”部件的电阻。