قد تعتقد أن عنصر التسخين سيحتاج إلى مقاومة عالية حقًا - بعد كل شيء ، مقاومة&هي التي تسمح للمادة بتوليد الحرارة. لكن هذا ليس هو الحال في الواقع. ما يولد الحرارة هو التيار المتدفق عبر العنصر ، وليس مقدار المقاومة التي يشعر بها. يعد الحصول على أقصى تيار يتدفق عبر عنصر تسخين أكثر أهمية من إجبار هذا التيار على مقاومة كبيرة. قد يبدو هذا مربكًا وغير بديهي ، ولكن من السهل جدًا معرفة سبب كونه (ويجب أن يكون) صحيحًا ، سواء من الناحية الرياضية أو الحدسية.
حدسي...
لنفترض أنك جعلت مقاومة عنصر التسخين لديك بأكبر قدر ممكن - كبيرة بشكل لا نهائي ، في الواقع. ثم يخبرنا قانون أوم&(الجهد=المقاومة الحالية × المقاومة أو V=IR) أن التيار المتدفق عبر العنصر الخاص بك يجب أن يكون صغيراً بشكل لا نهائي (إذا كنت=V / R ، أقترب من الصفر عندما تقترب R من اللانهاية). لديك&# 39 ؛ د لديك مقاومة كبيرة هائلة ، لا يوجد تيار ، وبالتالي لا تنتج الحرارة. حسنًا ، ماذا لو ذهبنا إلى الطرف المقابل وجعلنا المقاومة صغيرة جدًا. ثم لدينا&# 39 ؛ د لدينا مشكلة مختلفة. على الرغم من أن التيار قد يكون ضخمًا ، إلا أن R ستكون صفرًا تقريبًا ، لذا فإن التيار سوف يمر عبر العنصر مثل قطار سريع دون توقف ، ولا ينتج عنه حرارة على الإطلاق.
وبالتالي ، فإن ما نحتاجه في عنصر التسخين هو التوازن بين الطرفين: مقاومة كافية لإنتاج الحرارة ، ولكنها لا تقلل من التيار كثيرًا. نيتشروم هو خيار رائع. تكون مقاومة سلك نيتشروم (تقريبًا) أعلى بمقدار 100 مرة من مقاومة السلك من نفس الحجم المصنوع من النحاس (موصل ممتاز) ، ولكن ربع مقاومة سلك الجرافيت مماثل الحجم (موصل جيد إلى حد ما) و ربما فقط مليون تريليون من عازل جيد مثل الزجاج. الأرقام تتحدث عن نفسها: نيتشروم موصل متوسط ذو مقاومة متوسطة فقط ، وليس عازلًا عن بُعد!
رياضيا ...
يمكننا الوصول إلى نفس النتيجة بالضبط مع الرياضيات. الطاقة التي ينتجها أو يستهلكها تدفق الكهرباء تساوي الفولتية مضروبة في التيار (وات=فولت × أمبير أو P=VI). نعلم أيضًا من قانون أوم جي جي أن الخامس=الأشعة تحت الحمراء. استبعد V من هذه المعادلات ونجد أن القوة المشتتة في العنصر هي I2R. بمعنى آخر ، تتناسب الحرارة مع المقاومة ، ولكنها تتناسب أيضًا مع مربع التيار. لذا فإن للتيار تأثير أكبر على الحرارة الناتجة عن المقاومة. ضاعف المقاومة وستضاعف القوة (عظيم!) ، لكن ضاعف التيار وستضاعف القوة أربع مرات (رائع!). لذا فإن التيار هو ما يهم حقًا.
من السهل حساب&# 39 ؛ أن مقاومة الفتيل في المصباح المتوهج النموذجي هي بضع مئات من أوم. أنا&# 39 ؛ سأترك الحساب لك!
