Milyen hőmérsékletű lesz a rézhuzal felmelegedése (2018. december 18)
Mekkora hőmérsékletű, 1 mm2 keresztmetszetű és 30 cm hosszúságú rézhuzal fűthető, amelynek időtartama t = 2 másodperc 220 volt feszültségnél. A réz hővezető képessége 390 V / (m • K).
Magam is felvettem a feladatot, mert a nátrium-karbonát és a szén keverékének szélsőséges igénye van (nátrium-peroxid készítéséhez). A rézhuzalt, amelyet nagyon gyorsan oxidálnak egy oxidfóliával, még gyorsabban helyreállítja a képződött nátrium.
Ui Talán hülye vagyok, és az ötletem egyértelmű bizonyíték erre?
Az én döntésem
Az egyetlen dolog, amit tudok: a Wiedemann-Franz-törvény a T-hőmérsékleten kifejeződő ellenállóképesség. Ez megfelel az egyenletnek:
ρ • 390 = 3,1416 2 • (k / e) 2 • T / 3.
ρ = 6,26 • 10 -11 • T.
R = ρ • (0,3 / 0,000001) = 0,00002 • T.
I = U / (0,00002 • T) = 10000000 • T = √ (1,38 • 10 -23 • T / (Rt)).
Joule-Lenz törvényét írjuk le:
Q = U 2 δt / R = U 2 δtS / (ρl).
ahol ρ a réz ellenállása (ρ = 1,7 × 10 -8 Ω • m).
Q = 220 2 × 2 × 10 -6 / (1,7 × 10 -8 × 0,3) = 1,9 × 10 7 J.
A probléma az, hogy nem emlékszem, hogyan kell fordítani a joules fokokra, de a képlet úgy tűnik, hogy ilyen.
2 pont van:- A huzal felmelegszik, és ez csak energiát igényel a fém hőkapacitása miatt.
- A huzal kültéri hőt termel, mert forró lesz.
Különösen azt kell eldönteni, hogy az energia mennyisége lecsapódik a huzaltól. Talán egyszerűen hőcserélővel, talán a kémiai reakció a felszínen endoterm, esetleg sugárzás. Ha a hőcserélő, akkor el kell döntenie, hogy lesz-e konvekció, vagy olyan állandó környezet lesz, amely nem buborékzik vagy keveredik. Ha kémiai reakcióra van szükség, akkor el kell döntenie, hogy mennyi energiát fog elvenni a vezetéktől, és hogy ez az energia mennyisége a hőmérséklet függvénye. Lehetséges, hogy magasabb hőmérsékleten a kémiai folyamat aktívabb lesz. A sugárzás szintén nem triviális, de feltételezhetjük, hogy a drót abszolút fekete testként sugároz.
Most, ha döntesz ezekről a kérdésekről, akkor már meg tudja becsülni, hogy mi fog történni a vezetékkel és hogyan fog felmelegedni.
Ui Jolie a Kelvinben? E = kT. De ez a képlet nem használható itt.
Ami az E = kT. Kiderül, hogy a hőmérséklet közel áll az abszolút nulla értékhez!
Tényleg nem szükséges alkalmazni. És akkor ugyanaz a képlet a gáz számára, és a réz aligha nevezhető. És talán a hőkapacitás vagy valami ebben a szellemben.
Valahogy senki megmagyarázni nem szükséges, hogy a „forrasztva” valamiféle elektromos áramkör sorosan egy ellenállást (karmester), egy darab fát (szigetelő), megkapjuk a hatását szakadást.
De be kell bizonyítanunk, hogy a hővezető tárgy (fém) hőszigetelővel (levegővel) való összekapcsolásával nem kapunk "jelentős" hőelvonást a fémből. A hővezető képesség különbsége 10 000-szer.
Úgy gondolom, hogy a probléma az, hogy a labor. A testek hővezető képességének meghatározása nem túl népszerű a fizikai műhelyekben.
Természetesen a fő hőveszteségek a sugárzás miatt következnek be. Azonban lényegében csak a vezeték olvadása előtt növekednek. Ez a szakasz nagyon rövid.
Ivan, nézz. A vezetéket vízbe merítjük. Kapcsolja be a kapcsolót. Van áram. A víz rosszul távolítja el a hőt. A huzal gyorsan melegítjük (felületi hőmérséklet Réz 50 ° C), a huzal felmelegíti a víz elkezd keverés konvekcióval, de a folyamat lassú és nem nyújtanak semmilyen elfogadható, bár egy hűtési hőmérséklet a huzal növekszik (80 ° C).
A huzal hőmérséklete eléri a 100 ° C-ot. A víz egyszerűen érintkezik a vezetékkel, felforrósodik és buborékok felfelé. A hatékony hőelvonás szakaszában éles átmenet van, tk. A párolgási folyamat nagyon drága a hő számára.
Ezután megpróbálhatjuk forralás nélkül. A víz rosszul működik, de a legmagasabb hőteljesítmény. Ezért gondoskodni kell arról, hogy a víz a huzal körül legyen mosható, akkor mindig hideg víz kerüljön kapcsolatba a vezetékkel, és a hűtési hatékonyság nagyságrendekkel növekszik. Az ilyen típusú hűtést vízhűtésnek nevezik, és hűtési számítógépekből és ipari gépekből a lézer aktív elemeinek hűtésére használják. Ez a módszer az egyik legolcsóbb és leghatékonyabb. A hátrány a kiegészítő berendezések (csövek, szivattyúk) követelménye.
By the way, a q nagyság nagysága (a sugárzási hőáram, a Stefan-Boltzmann-törvény) a vizsgált probléma mértékére egy Watt egységet jelent. A több száz kilowattos teljesítmény csúcsteljesítményén.
Az integrációról. Semmi, írj - Megpróbálom megérteni, jobb, mint a semmi.
Ami azt illeti, gondolom, hogy a hőveszteség elhanyagolható - nem, nem hiszem, de még mindig nem értem meg, hogyan kell "helyesen" figyelembe venni őket.
Milyen a nátrium-karbonát és a szén keveréke? mint a nátrium-peroxid?
Ez folyadék? homok? szilárd test?
Milyen hőteljesítményük és hővezető képességük van?
A kémiai reakció a hő felszívódásával vagy felszabadításával történik?
Hogyan kell kalcinálni? Tegye a vezetéket, kapcsolja be a kapcsolót és várjon?