Сопротивление нагревательного элемента

Будет ли нагревательный элемент иметь очень высокое сопротивление или очень низкое сопротивление? (Все комментарии в этом посте основаны на том факте, что напряжение одинаково для каждой ситуации) Я бы подумал, что более высокое сопротивление приведет к увеличению потерь тепла, но меня учили, что чем выше ток, тем больше энергии теряется на тепло. Следовательно, более низкое сопротивление будет выделять больше тепла.

^{смоделировать эту схему - схема, созданная с использованием CircuitLab}

Рисунок 1. Увеличивает ли добавление резисторов общее количество выделяемого тепла?

Я бы подумал, что более высокое сопротивление привело бы к большей потере тепла ...

• Должно быть интуитивно понятно, что чем больше параллельных резисторов мы применяем к схеме на рисунке 1, тем ниже становится сопротивление.
• Учитывая постоянное напряжение, как указано в вашем вопросе, также должно быть интуитивно понятно, что ток через каждую ветвь будет одинаковым независимо от того, сколько ветвей. *
• Затем мы можем видеть, что при n параллельных резисторах общая рассеиваемая мощность будет в n раз больше мощности, рассеиваемой одним резистором.

Следовательно, более низкое значение сопротивления приведет к большей рассеиваемой мощности или потере тепла.

Математически это видно из уравнения степени $P = \frac {V^2}{R}$что для данного напряжения рассеиваемая мощность обратно пропорциональна сопротивлению.

* Реальный источник питания, конечно, будет иметь ограничение на то, сколько тока он может производить до того, как напряжение начнет падать.

Это зависит:

• если он подключен к идеальному источнику постоянного напряжения : более низкое сопротивление нагрузки приведет к увеличению мощности нагрузки
• при подключении к идеальному источнику постоянного тока : более высокий уровень нагрузки приведет к увеличению мощности нагрузки.

Часто практические источники питания можно рассматривать как идеальный источник постоянного напряжения с (довольно низким) внутренним последовательным сопротивлением. В этом случае большая мощность нагрузки обусловлена ​​сопротивлением нагрузки, равным внутреннему последовательному сопротивлению источника питания.
Этот факт называется теоремой о передаче максимальной мощности .

Тепловая мощность определяется мощностью $P$ который сам по себе определяется падением напряжения $V$ через элемент и ток $I$ через это: $P = V*I$,

Если у вас есть желаемая удельная тепловая мощность и входное напряжение, вы можете определить необходимое сопротивление, подключив закон Ома.

$P = V*A = \frac{V* V}{R}$

Таким образом, уменьшение сопротивления увеличивает тепловую мощность.

Чтобы еще больше сбить с толку, возможно, будет выделять больше тепла, чем света, если у вас номинально постоянный источник напряжения с фиксированным сопротивлением источника, будет сопротивление нагрузки, которое имеет максимальную мощность. Обратите внимание, что обычно это намного меньшее сопротивление, чем то, что вы бы использовали (скажем) в сети.

^{смоделировать эту схему - схема, созданная с использованием CircuitLab}

В приведенной выше схеме ток равен V1 / (Rs + RL), поэтому мощность в нагрузке равна:

$P_L = \frac{R_L\cdot V_1^2}{R_S+R_L}$

Интуитивно вы можете увидеть, проверив числитель и знаменатель, что если RL очень низкое или очень высокое, мощность приближается к нулю.

На самом деле это максимум при $R_L = R_S$где сопротивление нагрузки равно сопротивлению источника. Половина мощности теряется в сопротивлении источника.

В более общем смысле, максимальная передача мощности - это когда полное сопротивление источника равно сопротивлению нагрузки.

Нагревательный элемент не имеет ни «очень высокого», ни «очень низкого» сопротивления.

Общая энергия, рассеиваемая цепью, пропорциональна току, поэтому сопротивление нагревательного элемента должно быть достаточно низким, чтобы потреблять ток, достаточный для выработки достаточного количества тепла.

Однако от общей энергии, рассеиваемой схемой, часть энергии, рассеиваемой каждой частью, пропорциональна ее сопротивлению, поэтому сопротивление нагревательного элемента должно быть достаточно высоким, чтобы большая часть энергии рассеивалась нагревательным элементом. Сам, например, вместо проводки в стенах.

Если вы подключаете нагревательный элемент к электрической сети, включается автоматический выключатель, который ограничивает ток, чтобы ваша проводка не перегревалась. Нагревательный элемент, предназначенный для обеспечения максимального нагрева (например, в чайнике), будет потреблять максимально возможный ток, оставаясь в безопасности ниже этого предела.

Это зависит от источника питания. Если это обеспечивает достаточно постоянное напряжение, как это делают большинство, то более низкое сопротивление увеличивает ток, что увеличивает рассеиваемую мощность и, следовательно, тепло.

Поскольку для нагрева обычно требуется много энергии (по сравнению с электроникой), ему обычно требуется довольно хороший источник питания, например, большая свинцово-кислотная или литий-ионная батарея, если она портативная, - и это достаточно хорошие источники напряжения.

Поэтому, если у вас есть какие-либо средства управления, такие как ШИМ или термостатический выключатель, слегка ошибитесь с низкой стороны сопротивления, чтобы получить немного больше энергии, чем вам нужно, и отрегулируйте эту мощность, чтобы получить нужную температуру.

Если бы у вас был хороший источник постоянного тока, то увеличение сопротивления увеличило бы напряжение, а это увеличило бы мощность. Но это довольно редко на практике.

Вы хотите высокое или низкое сопротивление?

Это зависит от вашего источника питания. Если вы хотите тепло, вы хотите, чтобы сила и мощность

Поэтому, если у вас есть источник постоянного тока, вам нужно высокое сопротивление. Однако большинство нагревателей снабжено постоянным напряжением, поэтому потребуется меньшее сопротивление.

Если источником питания является переменный ток, не забудьте использовать среднеквадратическое значение тока или напряжения в зависимости от ситуации.

Это зависит от того, где у вас самые большие проблемы с питанием этого нагревателя.

Если у вас есть проблемы с сопротивлением питания (например, длинные или тонкие провода, высокое внутреннее сопротивление), тогда вы выбираете вариант с высоким сопротивлением, высоким напряжением и низким током.

Если у вас есть проблемы с изоляцией (например, недостаточно места для толстой изоляции или нагреватель не может быть хорошо изолирован от прикосновения к нему потенциальных пользователей), тогда вы выбираете установку с низким сопротивлением, низким напряжением и высоким током.

Это баланс между этими двумя. В действительности вы выбираете напряжение, которое у вас под рукой (например, старые трамваи используют нагреватели, подключенные напрямую к сетевому напряжению, будь то 600 В, 800 В или любое другое напряжение, на котором работает остальная часть трамвая. Более современные используют автономные. полные нагреватели 220 В, потому что сегодня проектировать преобразователь напряжения дешевле, чем проектировать новый нагреватель). Единственное исключение - когда вам нужно защититься от прикосновения, вы понижаете напряжение до безопасного уровня и работаете с этим.

Не знаю, поможет ли это, но я просто положил свой мультиметр на электрический чайник с напряжением 220-240 В и мощностью 1850-2200 Вт и получил ~ 27 Ом.

Ps электроника не моя сильная сторона