Почему лампочка греется, а провода холодные?
19 августа 2013
k-igor
А вы когда-нибудь задумывались, почему утюг, электрическая плита, кипятильник, лампа накаливания горячие, а соединительные провода холодные? Как выяснилось еще в далеком 1841 году, все достаточно просто, во всем виноваты известные ученые Джоуль и Ленц.
Рассмотрим на конкретном примере. Включим лампу накаливания в сеть через кабель длиной 100м, как показано на рисунке. Через соединительные провода и нить накала проходит один и тот же ток, но нить накала разогревается до температуры 2500 о С, а провода остаются холодными. В чем же дело?
Схема цепи питания лампы
Как я уже говорил, объяснит данное явление закон Джоуля-Ленца, который был открыт в 1841 году.
Согласно данному закону, количество теплоты, выделяемой на участке цепи зависит от силы тока, сопротивления и времени.
Q=I 2 Rt
где Q — количество теплоты, выделяемое за промежуток времени t,
Как видим из формулы, единственная переменная, которая может повлиять на результат в нашем случае, это сопротивление участка цепи. Так оно и есть. Сопротивление проводов очень маленькое, около 2,5Ом, а сопротивление нити наоборот очень большое — 1936Ом. Получается, что в нити выделяется в 1936/2,5=774 раз больше тепла. Разная температура участков связана еще и с охлаждением. Так нить накала очень маленькая, а провода длинные, которые значительно лучше охлаждаются.
Таким образом, в одной электрической цепи могут быть участки, имеющие различные температуры.
Чтобы кабели и провода меньше нагревались, а значит были меньшие потери электроэнергии, сопротивление их в идеальном случае должно стремиться к нулю.
Часто перегорают электрические лампочки – почему так происходит?
Несмотря на то, что самая старая спиральная лампочка беспрерывно светится еще с 1901 года, чаще других осветительных приборов перегорают именно лампы накаливания. На данный момент такой тип освещения постепенно устаревает. Но лампочки со спиралями все еще продолжают повсеместно использовать, поэтому стоит разобраться, почему они так часто перегорают и каков срок службы лампы накаливания.
Основные причины
Специалисты разбирались, какие условия способствовали, чтобы старая лампочка не перегорела за 120 лет, и вот к чему они пришли. Ей обеспечило невероятно высокий ресурс свечение в глубоком недокале, то есть на малой мощности при довольно заниженном КПД.
Получается, чем ярче светит лампа, тем меньший у нее ресурс. Но есть и другие причины преждевременного перегорания.
Большая влажность в помещении
Спираль перегорает при перепадах температур по причине собравшегося конденсата на лампе. При включении лампочки, изнутри моментально повышается температура, а снаружи конденсат не дает ей нагреться, таким образом на колбе получается большая разность температур из-за воды. Продлить срок службы ламп в ванной можно путем установки других тип лампочек с меньшей мощностью — энергосберегающие, светодиодные.
Проблемы с выключателем
Если лампочка исправна, но свечение неравномерное, значит проблема в контактах. Сначала нужно проверить выключатель. Надо снять крышку и осмотреть нет ли горелых и оплавленных мест на корпусе. Возможно, появился нагар на контактах, который следует очистить лезвием или мелким наждаком.
Низкое качество лампы
При сравнении качественной и некачественной лампы одинаковой мощности, можно увидеть разницу. У дешевых ламп:
- тоньше нить накаливания, неровные витки;
- стекло колбы имеет зеленоватый оттенок и в нем могут быть воздушные пузырьки;
- на цоколе плохая резьба, из-за чего бывают трудности с ввинчиванием.
Качественная лампа изготовлена аккуратно и из жаростойких материалов. Если не хотите менять тип лампы, то выбирайте изделия известных брендов.
Вибрации
От вибрации появляются трещины на залитых частях цоколя лампы. Так как спираль на концах усиков держатся за счет сжатия, они могут ослабиться. Этому подвержены и зажимы на контактах.
Высокое напряжение
Лампы постоянно перегорают из-за чрезмерного напряжения. При повышении напряжения спираль светится ярче, ее ресурс быстрее расходуется. Нагревается цоколь, следовательно, и контакты, материл которых может быть не рассчитан на превышенный предел. Патроны нужно ставить под определенную мощность лампы и с расчетом на возможное повышение напряжения в сети.
Перегрев
Чтобы исключить перегрев ламп мощностью более 75 ватт, не вкручивайте их под закрытые плафоны. Такие светильники предназначены для использования лампочек с низкой мощностью или диодных.
Проблемы с контактами в патроне
Плохой контакт в патроне вызывает мерцание света. Лампочка может не включиться, пока ее не тронуть или не докрутить. Если такое случилось, нужно подогнуть центральную контактную пластину, нагар очищается отверткой и мелким наждаком. При наличии винта на пластине, его надо подтянуть.
Скачки напряжения в сети
Периодически повышающееся напряжение в сети влечет за собой преждевременное перегорание любых типов ламп. Чтобы исключить скачки и защитить от выхода из строя лампы и электрооборудование, используйте стабилизатор.
Как продлить срок службы лампочки
Заменяя перегоревшую лампу, стоит понять причину того, почему прежняя быстро перегорела. Для этого:
- перед вкручиванием проверьте контакты патрона;
- снимите крышку выключателя и подтяните контактные болты, если есть оплавленные места, замените выключатель;
- вкрутив новую лампу, в течение минуты понаблюдайте бесперебойно ли свечение.
Чтобы лампа накаливания светила как минимум полгода, покупайте фирменные варианты, снизьте силу тока в сети, исключите вибрации и удары по светильнику и следуйте правилам эксплуатации ламп.
Какие лампы будут служить долго
В плафоны и люстры лучше вкручивать энергосберегающие лампочки. Для продолжительного хорошего освещения используйте диоды яркого свечения; они продаются в виде лент. Сейчас наиболее актуально трековое освещение, подходящее практически под любой интерьер. В каталоге магазина Retro Rozetki, представлены все вышеперечисленные типы лампочек и множество других моделей от известных производителей.
Греется проводка – причины и меры устранения проблемы
Многие сталкивались с проблемой греющихся проводов. Иногда может нагреваться даже провод зарядного устройства от телефона или компьютера, но хуже, когда нагревается электропроводка. Такой же эффект свойственен для обмотки двигателей. Из-за чего же он возникает? Это зависит от многих факторов, которые мы рассмотрим по порядку после того, как разберемся в природе электрического тока. Наверное, все помнят еще со школьной скамьи определение «упорядоченное движение заряженных частиц». Эти частицы движутся по проводнику.
Словно давка в метро
Если у вас хорошо развито образное мышление, то представьте себе вход в метро, турникеты. Большую часть дня они прекрасно справляются с пассажиропотоком, но в определенный момент наступает час пик! Турникеты крутятся, не останавливаясь ни на секунду, но при этом у входа в метро все равно начинают толпиться люди. Ширины тоннеля не хватает для того, чтобы все прошли быстро и без проблем. То же самое происходит с электронами внутри провода. Если пропускная способность провода не соответствует нагрузкам, провод начинает греться.
К чему может привести нагрев провода?
В лучшем случае периодические нагревы и остывания провода приведут к износу изоляции и жил. Они раскрошатся, придется производить демонтаж и замену проводки. В худшем случае нагрев провода может привести к возгоранию изоляции и пожару. У каждого типа изоляции свои допуски нагрева:
- Резина – допустим нагрев до +50 C o
- Бумага – допустимо +75 C o
- Термоустойчивые – до 100 C o
Разумеется, что если провод нагреется до 100 C o , то загорятся материалы, к которым он прикасается: линолеум, обои, вагонка, что угодно.
Какие действия приводят к нагреву проводов
Предположим, что у вас в комнате только одна розетка. Но потребностей у вас много: нужно и телефон зарядить, и компьютер включить, и волосы феном высушить, а зимой еще и конвектор включить. Вы попросту нагружаете одну подающую ветку пятикратно! Разумеется, что ни один провод, ни одна розетка не справится с такими нагрузками. Розетки и тройники, вилки начинают плавиться. А если это происходит ночью, то страшно подумать, чем все это закончится. В лучшем случае сработает автомат или УЗО, но если электрик не предусмотрел адекватного распределения нагрузок, то, скорее всего, таких защитных устройств у вас нет. Результаты на следующий день можно видеть в передаче «ЧП» на канале НТВ.
Как решить проблему греющихся проводов?
Во-первых, обратиться к электрику, который знает толк в своем деле. Он подберет подходящие по сечению провода, устройства защитного отключения, рассчитает количество точек подключения, исходя из предполагаемых нагрузок и с запасом. В таком случае у вас в комнате будет достаточное количество розеток, а все силовые бытовые приборы будут подключены отдельно.
Не следует после этого использовать тройники, нагружая одну ветку. Автомат попросту будет ее отключать из-за превышения нагрузок. Применение тройников допустимо только для использования маломощного оборудования, например, зарядных устройств для мобильных телефонов. Фен не относится к маломощным электроприборам, так как его мощность в среднем составляет около 800 Ватт. А это мощнее, чем пылесос и даже чем бытовой насос центробежного типа!
- Написать в WhatsApp
- Написать в Telegram
- Позвонить по телефону
Почему греются провода Статья
Вероятно, многие сталкивались с таким явлением, как нагрев проводов. Все мы догадываемся, что это плохо, но не всегда понимаем, почему так происходит. В этой статье мы попробуем разобраться в этом явлении.
Читайте также: Как делают провода
Что такое проводник
Проводник отличается от изолятора способностью проводить электрический ток. В свою очередь электрический ток – это упорядоченное движение заряженных частиц. Ими могут быть электроны или ионы. В изоляторах нет заряженных частиц в свободном состоянии. В таких материалах электроны прочно связаны с ядрами в атомах и покинуть их не могут. По этой причине изоляторы не способны проводить электрический ток.
Проводники устроены по-другому. В их структуре электроны с ядрами связаны не так прочно. Электроны могут стать свободными и хаотично перемещаться в толще материала. Если при этом появится разность потенциалов, электроны начнут синхронно двигаться в одном направлении. Соответственно, возникнет электрический ток.
При приложении разности потенциалов электроны в проводнике начинают двигаться в одну сторону
Что происходит в проводнике при прохождении тока
Электроны в проводнике не могут двигаться беспрепятственно. На своем пути они встречают другие электроны, ионы или атомы. Как результат, электроны теряют часть своей энергии. Но она не пропадает бесследно, а передается ионам или атомам кристаллической решетки материала.
В проводнике огромное количество свободных электронов, поэтому такая бомбардировка происходит очень активно. В результате увеличивается частота колебаний атомов или ионов кристаллической решетки, а именно этот параметр отвечает за повышение температуры. Таким образом, электроны являются одновременно причиной возникновения электрического тока и нагревания проводника.
Электроны в проводнике постоянно сталкиваются с ионами
Почему проводники греются по-разному
Действительно, проводники из разных материалов или при разных значениях напряжения греются по-разному. Чтобы объяснить эту особенность, мы будем использовать аналогии. Попробуем представить вместо проводника с током трубу с водой. Тогда напряжение – это напор воды, а величина тока – толщина ее струи. Роль сопротивления проводника будет играть некое пористое вещество, которое заполняет трубу.
Что же происходит при прохождении тока через проводник и что для этого нужно? В нашем случае надо добиться того, чтобы продавить через трубу некоторое количество воды. Для этого необходимо создать определенное давление (подать напряжение на проводник). Количество воды (величина тока), которое пройдет через трубу, зависит от трех факторов: проходимости трубы (сопротивления проводника), ее диаметра (сечения проводника) и поданного давления (напряжения).
Возвращаясь к классическому проводнику, можем сделать такие выводы:
- Пока напряжение невелико, проводники из разных материалов одинаково хорошо будут справляться с передачей тока.
- При возрастании напряжения проводники, обладающие бо́льшим сопротивлением, начнут греться. По этому принципу работает обычная лампа накаливания. В ней в качестве проводника используется вольфрамовая нить. Этот материал обладает высоким сопротивлением, поэтому при прохождении электрического тока нагревается до температуры свечения.
- При одинаковом напряжении и материале изготовления проводники, имеющие меньшее сечение, будут греться сильнее.
Как это использовать на практике
В наших домах напряжение в сети всегда одинаково и составляет 220 В. При этом величина тока может быть разной. Она зависит от того, что именно мы включим в розетку. Если это будет чайник мощностью 2,2 кВт, можно произвести следующие вычисления:
В этой формуле I – сила тока, Р – мощность включенного в сеть электроприбора, U – напряжение в сети. Подставим в нее известные нам значения. Получим следующий результат:
Итак, величина тока, который течет по проводам во время работы чайника, составляет 10 А. Дальше остается выяснить, проводники из каких материалов и какого сечения могут проводить такой ток, и именно их использовать на практике. Конечно, это упрощенный пример, но суть подхода к выбору проводов именно такова.
Читайте также: Как определить сечение провода
Какие последствия может вызвать нагревание проводов
При нагревании проводов ухудшаются свойства изоляции, она покрывается трещинами, а потом начинает крошиться. В результате возможно возникновение короткого замыкания. В лучшем случае в доме или в одном из его помещений некоторое время не будет электричества. В худшем – все закончится пожаром.
Проводник под током способен не просто нагреться, а раскалиться
Читайте также: Короткое замыкание: что это и как его предотвратить
Заключение
Провода могут нагреваться не только из-за своих характеристик, но и в местах соединений в результате плохого контакта. В этих точках возникает повышенное сопротивление и, как следствие, – они нагреваются. Поэтому так важно не только изначально правильно подбирать сечение провода, но и следить в дальнейшем за состоянием проводки.