我们被告知,热量会增加电阻的电阻(或降低其电导率),而当电阻增加时电流会减小。
因此,电流越小,耗散的热量就越少,这将降低电阻并导致更多的电流流过,然后再产生更多的电流,更多的热量……这似乎是一个无休止的循环。
实际电路中是否会发生这种波动?它会在某个时候停止吗?
(我指的是直流电路,因为这在交流电路中可能会更加复杂)
我们被告知,热量会增加电阻的电阻(或降低其电导率),而当电阻增加时电流会减小。
因此,电流越小,耗散的热量就越少,这将降低电阻并导致更多的电流流过,然后再产生更多的电流,更多的热量……这似乎是一个无休止的循环。
实际电路中是否会发生这种波动?它会在某个时候停止吗?
(我指的是直流电路,因为这在交流电路中可能会更加复杂)
Answers:
我相信可以使用您提供的想法构建一个简单的物理模型。
在简单的直流电路中,在恒定电压V和欧姆电阻R的情况下,可以使用功率方程:
如果我们假设该系统是由具有恒定lenght L和横截面面积A的线的,电阻R可以是:
对于小的温度T的振荡,电阻率可以aproximated到:
而且由于只有固体物质加热,因此导线接收的功率为: 最后,所有这togheter的变为: 米ÇΔ ;· Ť =V2甲
并将该溶液是:
在此模型中,我们看到了一个瞬态解,其后是一个常数。但是请记住,这仅适用于较小的温度波动。
这有点像PTC热敏电阻。它将达到平衡温度。
要获得振荡,您必须具有某种相移或延迟。您可能会制造一个具有大量传输延迟的振荡器,该振荡器具有一个加热器加热管中流动的热水,该管加热下游的热敏电阻并增加向上游加热器的热量。
作为记录,我喜欢Pedro Henrique Vaz Valois的回答,并对此表示支持。
简单地说:是的,有瞬态现象。
您可以像使用RLC阶跃功能电路一样来考虑这一点。使用吹风机,甩开开关,查看示波器上的瞬态变化,观察平线出现,因为所有能量平衡到一个稳定状态。只要存在振荡电压,就将开关变成振荡电压,并观察电阻来回摆动。
这是一个非常现实的问题
将大型喇叭冷却系统连接到CPU和其他高密度/高频芯片的许多原因之一是,我们不想(我们拼命不想)处理热效应。电阻制造商竭尽全力使产品中的电阻变化最小化。
值得您花些时间阅读今年早些时候Vishay铝箔电阻器的Felix Zandman博士和Joseph Szwarc发表的“ 电阻/温度特性的非线性:它对精密电阻器性能的影响 ”。
不能。温度接近平衡,但不会过高,因此必须改变方向再返回。
考虑一个最初在室温下没有电流的电阻。
然后,将其连接到恒定电压。电流立即增加到欧姆定律确定的某个值:
电阻通过焦耳加热将电能转化为热能:
它还以与温度成比例的速率向环境散发热量。尺寸,几何形状,气流等可以组合起来并以热阻为特征单位为开尔文/瓦。如果 如果电阻器的温度高于环境温度,则损失到环境中的热能的比率为:
随着电阻变热,由于电阻的增加,它会更快地将热能散失到环境中 。当该损耗率(等式3)等于通过焦耳加热的能量获取率(等式2)时,电阻器已达到温度平衡。
假设典型的正温度系数,公式2随温度升高而降低。等式3随温度升高而增加。在某个时刻,电阻已充分加热,以使其相等。没有一种机制可以使电阻器“超调”该平衡,因此要求电阻器从预热变为冷却。一旦方程式2和3相等,温度,电阻和电流就达到平衡,没有理由进一步改变它们。
在简单模型中,电流是电阻的直接函数,而电阻是温度的直接函数。但是温度不是电流的直接函数:电流控制着产生的热量,这会影响温度随时间的变化。
在线性状态下,这对应于一阶方程
由于系数为负(温度升高会导致电流增加,热量减少,最终温度会降低),因此系统很稳定,并且会收敛到稳定状态。
并且在任何情况下,一阶系统都不具有振荡模式。
为了使这种行为成为可能,需要一个不稳定的来源,例如负热系数以及第二个微分器。
不同的材料具有不同的传导特性,包括其热特性。也就是说,在相同的电流下,某些材料的发热将比其他材料高得多。这就是电阻等元件具有公差的原因之一。
您描述的温度波动实际上并没有在实际电路中发生。取而代之的是,电阻器将在电流开始流动时变热,但会达到一个平衡点,在该平衡点处,电流产生的热量与辐射到周围空气中的热量相匹配。然后,电阻器的温度保持稳定,实际电阻保持稳定,电流保持稳定。
实际上,从前有一个简洁的应用程序。汽车上的信号灯由双金属热敏开关操作。当指示灯闪烁时,双金属加热并弯曲打开电路。然后散热,开关冷却并再次闭合。
Not sure if all cars still use the bimetallic switch, but I'd guess that some now use computer control.