Металлический проводник с током нагревается потому что

Почему нагревается проводник с током, и как правильно выбирать проводник?

Почему при прохождении электрического тока проводник нагревается? Ответ на этот вопрос крайне важен при выборе материалов и сечения проводников, а также в контексте борьбы с последствиями токов короткого замыкания.

Поэтому в нашей статье мы постараемся максимально подробно, но при этом на доступном языке, разобраться с причинами нагрева, его этапами и использовании этого свойства проводников на практике.

Причины нагрева проводников и их этапы

Так почему при прохождении тока проводник нагревается? Ответ на этот вопрос независимо друг от друга дали Джеймс Джоуль в 1841 году, и Эмиль Ленц в 1842 году. В связи с этим. открытый ими закон получил название Джоуля-Ленца.

Закон Джоуля-Ленца

Звучит этот закон, как: мощность тепла, выделяемого в единице объема проводника, равна произведению напряженности электрического тока к его плотности. Если из этого определения вам сразу все стало понятно, то наша статья не для вас. Мы поговорим с теми, кто, как и я, когда услышал первый раз это определение, удивленно хлопал глазами.

Поэтому мы будем по минимуму использовать формулы, а постараемся на пальцах объяснить, что значит этот закон:

Начнем с объяснения сопротивления проводника. Любой материал обладает так называемой удельной проводимостью – это способность проводит электрический ток.

У одних материалов этот показатель достаточно высокий и их называют проводниками. У других материалов эта способность очень низкая, и их называют диэлектриками.

Чем выше способность материала проводить электрический ток, тем ниже его сопротивление. Но сопротивление проводника зависит еще от одного параметра – это его сечение.

Ведь проводник — это как коридор для заряженных частиц, чем их больше, тем сложнее им пройти. Поэтому чем больше ток, тем большее сечение должно быть у проводника.

Зависимость сопротивления кабеля от его сеченияВсе современные провода и кабели имеют строго определённое сопротивление, которое напрямую зависит от их сечения. Обычно оно указано в паспорте продукта и регламентируется ГОСТами как на видео.

Ток, преодолевая сопротивление проводника, выполняет работу. Результатом этой работы является выделение тепла. Чем большее количество этого тепла, тем быстрее нагревается проводник.

Соответственно, чем большее количество времени протекает ток по проводнику, чем большее сопротивление проводника, чем больший ток протекает по проводнику, тем быстрее и больше он нагревается. Вот так характеризует нагревание проводников электрическим током закон Джоуля-Ленца.

Обратите внимание! Электрическая проводимость, а соответственно и сопротивление проводника, напрямую зависит от его температуры. Чем она выше, тем больше сопротивление проводника. Поэтому получается лавинообразный процесс. Проводник греется, его сопротивление растет, и он греется еще больше. В связи с этим, процессу отвода тепла от проводника следует уделять самое пристальное внимание.

Отвод тепла от проводника и этапы нагрева

В связи с приведенным выше свойством, с нагревом проводников нужно бороться. Достигается это за счет выбора оптимального сечения провода, а также материала. То есть, сечение провода должно соответствовать максимально допустимому току, который может протекать в нем, а также нормально выдерживать кратковременные перегрузки.

Например, для ПВХ-изоляции она не должна превышать 70⁰С, а разнообразные материалы с пропиткой лаком способны выдерживать температуры до 120⁰С и выше.

Выбор проводников

Как вы можете понять из всего выше написанного, проводники следует выбирать из условий нагрева. Дабы при определённом токе их температура не превышала максимально допустимую. Сделать это можно своими руками, благодаря таблицам в ПУЭ. Но и в этом вопросе сначала необходимо разобраться.

Обратите внимание! В табл. 1.3.12 ПУЭ имеется отдельный поправочный коэффициент при монтаже проводников пучками. Ведь если у нас рядом проложено сразу несколько проводников, то они вполне могут нагревать друг друга и заметно хуже остывать. И это так же должно учитываться.

Обратите внимание! Если вы выбираете проводник для жилого помещения, то сразу должны исключить провода и кабели, выполненные из алюминия. Ведь согласно новых норм ПУЭ от 2001 года, такой материал в электропроводках жилых зданий запрещен.

Из этого видео Вы узнаете о требованиях к проводникам.

Использование нагрева материалов при прохождении тока на практике

Но далеко не всегда нагрев проводников электрическим током является негативным фактором. Люди научились применять этот закон и себе на пользу. И примеров такого применения масса. Мы приведем лишь некоторые из них.

И это только несколько примеров на скорую руку. На самом деле их на порядок больше. Поэтому нагрев проводников при протекании по ним электрического тока это далеко не всегда «зло».

Вывод

Мы очень надеемся, что теперь вы знаете, как можно объяснить нагревание проводника электрическим током, и понимаете сам процесс. Так же вы должны понимать, с чем связаны определенные ограничения при выборе сечения проводников, и не будет ли слишком велика цена игнорирования этих правил.

Ведь все из них основаны на реальных практических и научных обоснованиях, а электротехника очень жестоко наказывает тех, кто их игнорирует.

Источник

Нагревание проводников электрическим током

Всего получено оценок: 83.

Всего получено оценок: 83.

Одним из свойств электрического тока является нагрев проводников, по которым он протекает. Этот эффект был замечен многими исследователями, но его понимание пришло только выяснения механизма взаимодействия заряженных частиц с атомами и молекулами проводников. Нагрев приводит к выделению тепла и повышению температуры, а количество выделяемого тепла можно рассчитать с помощью формулы закона Джоуля-Ленца.

Почему нагреваются проводники

Электрический ток — это упорядоченное движение заряженных частиц. В проводниках этими частицами выступают отрицательно заряженные электроны. Воздействие электрического поля сообщает электронам дополнительную кинетическую энергию. В процессе движения они сталкиваются с атомами (или молекулами) проводника, отдавая часть приобретенной энергии. По этой причине начинает увеличиваться внутренняя энергия вещества, что приводит к повышению температуры и выделению тепла.

Если взять обычную лампочку накаливания и подключить ее к источнику напряжения через реостат (переменное сопротивление), то можно наблюдать тепловой эффект от протекания тока. Постепенно увеличивая ток, мы можем сначала на ощупь почувствовать, что стеклянная колба лампочки постепенно начнет нагреваться, а затем увидим, как начинает светиться раскаленная нить накаливания.

Закон Джоуля-Ленца

На основании этого и других экспериментов можно сделать следующие предположения:

Формулу для вычисления количества тепла получили независимо друг от друга в 1842 г. английский физик Джеймс Джоуль и российский ученый Эмилий Ленц:

Q — количество теплоты, Дж;

Согласно закону Ома:

где U — напряжение, В.

Пользуясь этой формулой, закон Джоуля-Ленца может быть представлен еще в одном варианте, когда известно напряжение на участке проводника, а сила тока неизвестна:

Формулы закона Джоуля-Ленца справедливы тогда, когда работа, совершаемая электрическим током идет исключительно на нагревание. Если в цепи есть потребление энергии на выполнение механической работы (электродвигатель) или на совершение химических реакций (электролит), то для расчета необходимо применять другие формулы.

Плюсы и минусы от нагрева электрическим током

Часто для быстрого соединения проводов многие пользуются способом “скрутки”. Это приводит к значительному увеличению сопротивления, а следовательно, место “скрутки” будет греться сильнее, чем остальная часть проводки. Поэтому скрутка проводов часто бывает причиной пожаров в домах и квартирах. Для улучшения контакта требуется хорошо пропаять это место.

Что мы узнали?

Итак, мы поговорили кратко о нагревании проводников электрическим током. Нагрев проводников происходит из-за того, что электроны, движущиеся упорядоченно с определенной скоростью, сталкиваются с атомами вещества и отдают часть своей энергии, которая переходит в тепло. Количество тепла можно определить, применив формулу Джоуля-Ленца.

Источник

Нагревание проводников электрическим током кратко

Почему нагреваются проводники

Электрический ток — это упорядоченное движение заряженных частиц. В проводниках этими частицами выступают отрицательно заряженные электроны. Воздействие электрического поля сообщает электронам дополнительную кинетическую энергию. В процессе движения они сталкиваются с атомами (или молекулами) проводника, отдавая часть приобретенной энергии. По этой причине начинает увеличиваться внутренняя энергия вещества, что приводит к повышению температуры и выделению тепла.

Рис. 1. Электрический ток в проводнике нагревает проводник

Если взять обычную лампочку накаливания и подключить ее к источнику напряжения через реостат (переменное сопротивление), то можно наблюдать тепловой эффект от протекания тока. Постепенно увеличивая ток, мы можем сначала на ощупь почувствовать, что стеклянная колба лампочки постепенно начнет нагреваться, а затем увидим, как начинает светиться раскаленная нить накаливания.

Закон Джоуля-Ленца

На основании этого и других экспериментов можно сделать следующие предположения:

Формулу для вычисления количества тепла получили независимо друг от друга в 1842 г. английский физик Джеймс Джоуль и российский ученый Эмилий Ленц:

Q — количество теплоты, Дж;

Согласно закону Ома:

где U — напряжение, В.

Пользуясь этой формулой, закон Джоуля-Ленца может быть представлен еще в одном варианте, когда известно напряжение на участке проводника, а сила тока неизвестна:

Формулы закона Джоуля-Ленца справедливы тогда, когда работа, совершаемая электрическим током идет исключительно на нагревание. Если в цепи есть потребление энергии на выполнение механической работы (электродвигатель) или на совершение химических реакций (электролит), то для расчета необходимо применять другие формулы.

Закон Джоуля — Ленца. Расчет сечения проводов по допустимому нагреву

1.Закон Джоуля — Ленца. Электрический ток — это упоря­доченное движение электрически заряженных частиц, которые при движении сталкиваются с атомами и молекулами вещества, отдавая им часть своей кинетической энергии. В результате проводник нагревается и электрическая энергия в проводниках преобразуется в тепловую. Скорость преобразования электри­ческой энергии в тепловую характеризуется мощностью

По этой формуле определяется и количество выделенной в проводнике теплоты, выраженное в джоулях:

. Формула является математическим выражением закона Джоуля — Ленца:
количество электрической энергии, преобразуемой в про­воднике в тепловую энергию, пропорционально квадрату тока, электрическому сопротивлению проводника и времени прохожде­ния тока.
2. Расчет электронагревательных приборов. Тепловое действие электрического тока используется в электронагревательных при­борах: электрических печах, сушильных шкафах, электроплитах т. д.

В лампах накаливания электрический ток разогревает нить до такой температуры, что она начинает излучать свет. Количество выделенной теплоты прямо пропорционально сопротивлению проводника. Поэтому обмотки электронагревательных приборов изготовляются из сплавов высокого сопротивления (нихрома, фехраля и др.). Чем больше плотность тока

Упрощенный расчет электронагревательного прибора произ­водится следующим образом: а) по заданной мощности Р и нап­ряжению U определяют ток

, а затем сопротивление об­мотки нагревательного прибора б) по току I и допусти­мой плотности находят поперечное сечение провода обмотки и округляют его до стандартного; в) по формуле определяют длину обмотки нагревательного прибора. Температура включенных электронагревательных элементов за­висит от условий охлаждения (например, электрокипятильники нельзя включать в сеть без предварительного погружения в воду).

3.Расчет сечения проводов по допустимому нагреву. Выделе­ние теплоты в соединительных проводах, обмотках электрических машин, аппаратов и различных приборов — явление нежелатель­ное. Оно приводит к бесполезной потере электрической энер­гии, порче изоляции и может вызвать пожар. Поэтому для проводов установлена предельная температура нагрева. Напри­мер, для проводов с резиновой изоляцией она составляет 55 °С. Новые конструкции проводов и кабелей, разработанные на осно­ве пластмасс, синтетических лаков, волокнистых и других новых изоляционных материалов, рассчитаны на длительную работу при повышенных температурах. Максимальный ток, при длительном прохождении которого проводник не перегревается выше уста­новленной температуры, называется предельно допустимым или номинальным током провода. Значения номинальных токов про­водов с резиновой изоляцией в зависимости от их материала, способа прокладки и поперечного сечения приведены в табл. 5.1. Допустимые токовые нагрузки для проводов и кабелей других марок указываются в специальных справочниках.

Для того чтобы определить сечение проводов, питающих группу приемников энергии, нужно знать их общую мощность и напряжение U, по которым определяют ток проводов

. Затем по таблицам выбирают сечение проводов.

Допустимая нагрузка при способе прокладки, А

4.Защита проводов от больших токов. Провода, проложенные от источника с ЭДС Е (рис. 5.1) к потребителю электрической энергии сопротивлением г, могут соединиться друг с другом не­посредственно (на рисунке показано пунктирной линией). Такое соединение двух проводов называют коротким замыканием

. При­чиной замыкания могут быть повреждение изоляции проводов,

неправильные действия обслуживающего персонала и др. При коротком замыкании ток в цепи Если внутреннее сопротивление источника энергии и сопротивление проводов гпр незначительны, то ток короткого замыкания во много раз больше номинального тока провода. При этом в проводах выде­лится огромное количество теплоты. В результате может возник­нуть пожар. Кроме того, при коротком замыкании резко увели­чивается потеря напряжения в сети, что приводит к снижению напряжения на всех приемниках, включенных в эту сеть парал­лельно. Для защиты проводов и источника электрической энер­гии от последствий короткого замыкания служат плавкие предох­ранители, автоматические выключатели, тепловые реле.

Плюсы и минусы от нагрева электрическим током

Рис. 2. Бытовые нагревательные приборы: чайник, утюг, фен, электроплита.

Часто для быстрого соединения проводов многие пользуются способом “скрутки”. Это приводит к значительному увеличению сопротивления, а следовательно, место “скрутки” будет греться сильнее, чем остальная часть проводки. Поэтому скрутка проводов часто бывает причиной пожаров в домах и квартирах. Для улучшения контакта требуется хорошо пропаять это место.

Что мы узнали?

Итак, мы поговорили кратко о нагревании проводников электрическим током. Нагрев проводников происходит из-за того, что электроны, движущиеся упорядоченно с определенной скоростью, сталкиваются с атомами вещества и отдают часть своей энергии, которая переходит в тепло. Количество тепла можно определить, применив формулу Джоуля-Ленца.

Почему при прохождении электрического тока проводник нагревается? Ответ на этот вопрос крайне важен при выборе материалов и сечения проводников, а также в контексте борьбы с последствиями токов короткого замыкания.

Поэтому в нашей статье мы постараемся максимально подробно, но при этом на доступном языке, разобраться с причинами нагрева, его этапами и использовании этого свойства проводников на практике.

Почему нагревается проводник с током, и как правильно выбирать проводник?

Почему при прохождении электрического тока проводник нагревается? Ответ на этот вопрос крайне важен при выборе материалов и сечения проводников, а также в контексте борьбы с последствиями токов короткого замыкания.

Поэтому в нашей статье мы постараемся максимально подробно, но при этом на доступном языке, разобраться с причинами нагрева, его этапами и использовании этого свойства проводников на практике.

Причины нагрева проводников и их этапы

Так почему при прохождении тока проводник нагревается? Ответ на этот вопрос независимо друг от друга дали Джеймс Джоуль в 1841 году, и Эмиль Ленц в 1842 году. В связи с этим. открытый ими закон получил название Джоуля-Ленца.

Закон Джоуля-Ленца

Звучит этот закон, как: мощность тепла, выделяемого в единице объема проводника, равна произведению напряженности электрического тока к его плотности. Если из этого определения вам сразу все стало понятно, то наша статья не для вас. Мы поговорим с теми, кто, как и я, когда услышал первый раз это определение, удивленно хлопал глазами.

Поэтому мы будем по минимуму использовать формулы, а постараемся на пальцах объяснить, что значит этот закон:

Соответственно, чем большее количество времени протекает ток по проводнику, чем большее сопротивление проводника, чем больший ток протекает по проводнику, тем быстрее и больше он нагревается. Вот так характеризует нагревание проводников электрическим током закон Джоуля-Ленца.

Обратите внимание! Электрическая проводимость, а соответственно и сопротивление проводника, напрямую зависит от его температуры. Чем она выше, тем больше сопротивление проводника. Поэтому получается лавинообразный процесс. Проводник греется, его сопротивление растет, и он греется еще больше. В связи с этим, процессу отвода тепла от проводника следует уделять самое пристальное внимание.

Отвод тепла от проводника и этапы нагрева

В связи с приведенным выше свойством, с нагревом проводников нужно бороться. Достигается это за счет выбора оптимального сечения провода, а также материала. То есть, сечение провода должно соответствовать максимально допустимому току, который может протекать в нем, а также нормально выдерживать кратковременные перегрузки.

Выбор проводников

Как вы можете понять из всего выше написанного, проводники следует выбирать из условий нагрева. Дабы при определённом токе их температура не превышала максимально допустимую. Сделать это можно своими руками, благодаря таблицам в ПУЭ. Но и в этом вопросе сначала необходимо разобраться.

Обратите внимание! В табл. 1.3.12 ПУЭ имеется отдельный поправочный коэффициент при монтаже проводников пучками. Ведь если у нас рядом проложено сразу несколько проводников, то они вполне могут нагревать друг друга и заметно хуже остывать. И это так же должно учитываться.

Обратите внимание! Если вы выбираете проводник для жилого помещения, то сразу должны исключить провода и кабели, выполненные из алюминия. Ведь согласно новых норм ПУЭ от 2001 года, такой материал в электропроводках жилых зданий запрещен.

Из этого видео Вы узнаете о требованиях к проводникам.

Использование нагрева материалов при прохождении тока на практике

Но далеко не всегда нагрев проводников электрическим током является негативным фактором. Люди научились применять этот закон и себе на пользу. И примеров такого применения масса. Мы приведем лишь некоторые из них.

Применение закона Джоуля-Ленца в жизни

Открытие закона Джоуля-Ленца имело огромные последствия для практического применения электрического тока. Уже в 19 веке стало возможным создать более точные измерительные приборы, основанные на сокращении проволочной спирали при её нагреве протекающим током определённой величины – первые стрелочные вольтметры и амперметры. Появились первые прототипы электрических обогревателей, тостеров, плавильных печей – использовался проводник с высоким удельным сопротивлением, что позволяло получить довольно высокую температуру.

Проводник (угольная палочка, бамбуковая нить, платиновая проволока и т.д.) помещали в стеклянную колбу, откачивали воздух для замедления процесса окисления и получали незатухаемый, чистый и стабильный источник света – электрическую лампочку

Вывод

Мы очень надеемся, что теперь вы знаете, как можно объяснить нагревание проводника электрическим током, и понимаете сам процесс. Так же вы должны понимать, с чем связаны определенные ограничения при выборе сечения проводников, и не будет ли слишком велика цена игнорирования этих правил.

Ведь все из них основаны на реальных практических и научных обоснованиях, а электротехника очень жестоко наказывает тех, кто их игнорирует.

При прохождении по проводу электрического тока происходит преобразование электрической энергии в тепловую. Скорость процесса преобразования электрической энергии в тепловую характеризуется мощностью P=UI.

Количество тепла, выделяемого током в проводнике, пропорционально квадрату тока, сопротивлению проводника и времени прохождения тока: Q = I 2 rt (Закон Джоуля-Ленца).

Преобразование электрической энергии в тепловую имеет большое практическое значение для создания ламп накаливания, нагревательных приборов и электрических печей. Однако выделение тепла в проводах и обмотках электрических, машин, трансформаторов, измерительных и других приборов не только бесполезная трата электрической энергии, но и процесс, который может принести к недопустимо высокому повышению температуры и к порче изоляции проводов и даже самих устройств.

Количество тепла, выделяющегося в проводе, пропорционально объему провода и приращению температуры, а скорость отдачи тепла в окружающее пространство пропорциональна разности температур провода и окружающей среды.

В первое время после включения цепи разность температур провода и окружающей среды мала. Только небольшая часть тепла, выделяемого током, рассеивается и окружающую среду, а большая часть тепла остается в проводе и идет на его нагревание. Этим объясняется быстрый рост температуры провода в начальной стадии нагрева.

По мере увеличения температуры провода растет разность температур провода и окружающей среду к увеличивается количество тепла, отдаваемое проводом. В связи с этим рост температуры провода все более замедляется. Наконец, при некоторой температуре устанавливается тепловоз равновесие: за одинаковое время количество выделяющегося в. проводе тепла становится равным рассеивающемуся во внешнюю среду.

Время нагревания до установившейся температуры неодинаково для различных проводников: нить лампы накаливания нагревается за доли секунды, электрическая машина – за несколько часов (как показывает анализ, теоретически время нагревания бесконечно велико, мы под временем нагревания будем понимать время, в течение которого провод нагревается до температуры, обличающемся от установившейся не более чем на 1%).

Для изолированных проводов нормами установлена предельная температура нагрева 55 – 100° С в зависимости от свойств изоляции и условий монтажа. Ток, при котором установившаяся температура соответствует нормам, называется предельно допустимым или номинальным током провода. Значение номинальных токов для различных сечений проводов приводится в специальных таблицах в ПУЭ и электротехнических справочниках.

Если по проводу проходит ток больше номинального, то провод оказывается «перегруженным». Однако, поскольку установившаяся температура достигается не сразу, кратковременно можно допустить в цепи ток больше номинального (до момента, пока температура провода не достигнет предельного значения). Слишком большая температура провода, как правило, получается при коротком замыкании.

Хочу все знать

На безопасность эксплуатации электрического оборудования и приборов влияет множество факторов. Каждый из них необходимо учитывать при проведении электромонтажных работ. Более всего на работу электроприборов может повлиять нагрев электрических проводов во время их эксплуатации. Таким свойством обладает любой провод, и это при подключении потребителей электроэнергии, при устройстве проводки при выборе кабеля и допустимой величины подключаемой нагрузки. Что вызывает нагрев провода в момент прохождения через него электричества?

Сама природа электрического тока является причиной нагрева проводов. Еще из курса школьной физики известно, что ток – это упорядоченное перемещение заряженных частиц (электронов), на которые действует электрическое поле, по проводнику. Но поскольку у любого металла кристаллическая решетка внутри соединена высокими молекулярными связями, то электронам во время своего движения приходится их с усилием преодолевать. При этом высвобождается большое количество тепла, а освобождающаяся энергия преображается в тепловую. Такое выделение тепла происходит во время трения предметов. И хотя это немного грубоватое сравнение, зато наглядное. Проходя по проводнику, электроны «трутся» об атомы, из которых состоит кристаллическая решетка, что вызывает выделение тепла.

Процесс, при котором электрическая энергия преобразовывается в тепловую, с одной стороны, можно назвать ценным свойством, но с другой стороны – это крайне нежелательный эффект. Используя эту особенность, были созданы самые разные нагревательные приборы и оборудование, начиная от обычных бытовых электрочайников, и заканчивая промышленными электропечами. Этот же эффект лежит в основе каждого электрического осветительного прибора. Человек давно заметил свойство электрического тока нагреваться при прохождении через металл и научился эффективно применять его на практике.

Вместе с тем нагрев провода может привести к крайне нежелательным последствиям. При нагревании электродвигателя, обмотки трансформатора и другого оборудования эффективность его использования снижается. Если при этом будет превышена допустимая температура, то оборудование может выйти из строя. Иногда температура нагрева электрического кабеля или провода, который соединяет потребителя с источником электроснабжения, может превысить все допустимые нормы, и тогда последствия будут самые непредсказуемые. Если определенная температура изолированного провода будет превышено, то это может вызвать возгорание изоляции. Даже если возгорание не произойдет, то изоляция может оплавиться, что снизит ее эксплуатационные свойства и может привести к короткому замыканию. В такой ситуации эффективная работа защитного оборудования может предотвратить возможное возгорание. Можно сказать, что нагревание кабеля относится к одним из основных пожароопасных факторов. Замыкание проводки чаще всего приводит к пожарам, как в жилых, так и в коммерческих объектах. Кроме того, под длительным воздействием тепла могут измениться механические свойства металла. Изменения в структуре металла могут вызвать обрыв проводов в линиях ЛЭП, что не только принесет определенные финансовые убытки, но и создать опасную для жизни людей ситуацию.

У каждого изолированного провода или кабеля имеется допустимый предел температуры нагрева, величина которой напрямую связана со свойством используемой изоляции. Если у провода изоляция резиновая, то максимально допустимая температура нагрева должна быть не больше 50-65 градусов, провода с бумажной изоляцией могут выдержать нагрев до 80 градусов. Провода, изоляция которых произведена из современных полимерных материалов этот показатель намного выше. Такая изоляция спокойно переносит нагрев до 100 градусов. На каждой марке кабеля или провода допустимо разрешенная температура нагрева указывается непосредственно производителем.

Чтобы избежать перегрева проводника и возможных негативных последствий, необходимо правильно выбирать кабель для различных видов подключения, учитывать каждый фактор, влияющий на нагрев электрического кабеля и степень нагрева самого кабеля. Выяснить это можно при помощи формул из обычного школьного курса физики.

Основная формула по преобразованию электрической энергии в тепловую вытекает из закона Джоуля-Ленца:

Чем выше сопротивление и нагрузка, тем сильней нагревается электрический провод. Кроме того, величина выделяемой теплоты относится прямо пропорционально ко времени прохождения тока по проводнику. Если говорить о скорости нагрева, то на нее влияет действующая электрическая мощность. Определить ее можно произведением напряжения на силу тока (P=UI). Более доступно это можно охарактеризовать следующими словами: провод будет нагреваться интенсивней, если к нему будут подключены потребители с большой мощностью.

С помощью этих несложных расчетов можно определить параметры, от которых зависит скорость нагрева проводов. Номинальная мощность всех без исключения подключенных проводников влияет на силу тока. От этого значения можно отталкиваться в расчетах. Электрическое сопротивление относится к главным параметрам, его значение может изменяться, а величина зависит от сечения кабеля и свойств металла проводника. Поэтому сечение кабеля подбирается по его мощности, благодаря чему можно контролировать электрическое сопротивление провода и рассчитать, чтобы его нагрев не превышал допустимых пределов.

Правильный выбор сечения электрического кабеля по его мощности может обеспечить безопасную эксплуатацию и экономичность электросети. Если сечение кабеля будет превышать необходимые параметры, то во время электромонтажных работ могут возникнуть неоправданные расходы. В то же время, выбирая сечение кабеля, необходимо учитывать, что в будущем к нему могут быть подключены дополнительные потребители, поэтому сечение кабеля должно несколько превышать допустимые расчеты.

Для определения сечения кабеля необходимо рассчитать значение тока, который будет потребляться при максимальной нагрузке. Чтобы это сделать, нужно суммировать номинальную мощность всех потребителей, полученное число разделить на напряжение. Зная значение тока, по специальным таблицам, которые можно найти в «Правилах устройства электроустановок», можно определить сечение провода или кабеля по мощности. Кроме того, достаточную точность можно получить, рассчитав соотношение тока к сечению кабеля. Для провода из меди допустимая сила тока равняется 10 ампер на 1 мм 2, для алюминиевого провода этот показатель составляет 8 ампер на 1 мм2. При монтаже скрытой проводки для данных значений используется поправочный коэффициент 0,8.

Источник