焦耳热效应

     电气   焦耳热效应 

焦耳热定义

电流在流经电阻时,电能转化为热能的过程称为焦耳热(也称电阻加热或欧姆加热)。

具体来说,当电流通过电导率有限的固体或液体时,其材料中的电阻损耗会使电能转化为热能。当传导电子通过碰撞的方式将能量传递给导体的原子时,便会在微小尺度上产生热量。

该模型显示由于焦耳热在加热回路中产生的温度分布。 加热回路:由焦耳热引起的温度分布 加热回路:由焦耳热引起的温度分布

焦耳热在设计中的应用

在某些情况下,电气设备的设计需要使用焦耳热效应;但在另一些情况下,我们又希望避免这种效应。

一些依赖于焦耳热的应用包括电热板(直接作用),以及用于流体控制的微型阀(间接作用,通过热膨胀实现)。

负面影响

在设计过程中,我们可以根据需要采取相应的措施,减小焦耳热效应。电气系统元件(如电子产品中的导体、电暖气、电线和保险丝等)的设计尤其如此,这些材料在受热时会老化甚至熔化。为了防止这些元件和设备过热,工程师们常常在设计中采用对流冷却。

下面是以焦耳热方式在加热回路中引发机械应力的一个例子。在电路上施加电压后,玻璃板上的导电层会产生焦耳热;这反过来又会影响电路的结构完整性,并使玻璃板发生弯曲。

本例显示加热回路中由于焦耳热产生的应力。 加热回路:红色区域的应力最高。由于电路的玻璃板上施加的热量和电路膨胀,导致玻璃板发生弯曲。 加热回路:红色区域的应力最高。由于电路的玻璃板上施加的热量和电路膨胀,导致玻璃板发生弯曲。
发布日期:2014 年 10 月 31 日
上次修改日期:2017 年 2 月 21 日