Angenommen, ich habe eine 100-mAh-Batterie mit 20 V. Ich schließe einen 1000 kOhm Widerstand darüber an. Wie viel Wärme wird erzeugt und wie kann ich den Temperaturanstieg im Widerstand feststellen? Da die Batterie in Betrieb ist, denke ich, dass sich der Stromfluss im Laufe der Zeit verringert, bin mir jedoch nicht sicher, wie hoch die Spannung für eine echte Batterie ist. Vielleicht gebe ich hier nicht genügend Informationen, das tut mir leid.
Ich möchte nur wissen, welche Informationen benötigt werden, um eine solche Berechnung durchzuführen? Hast du es jemals getan? Im Idealfall (nur unter Berücksichtigung der wichtigsten Faktoren), welche Faktoren werden zur Abschätzung der Wärmeabgabe und des Temperaturanstiegs herangezogen und warum würden sich die tatsächliche Wärmeabgabe und Temperatur im tatsächlichen praktischen Versuch unterscheiden?
Ich weiß, dass diese Frage schwer zu beantworten ist, aber ich werde mich sehr freuen, wenn ich dieses Rätsel endlich lösen kann.
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Antworten:
Die an einen Widerstand gelieferte Leistung, die allesamt in Wärme umgewandelt wird, ist die Spannung, über die er fließt, multipliziert mit dem durch ihn fließenden Strom:
P = IV
Wo P Leistung ist, ist I Strom und V Spannung. Der Strom durch einen Widerstand hängt von der Spannung und dem Widerstand ab:
I = V / R
wobei R der Widerstand ist. Mit dieser zusätzlichen Beziehung können Sie die obigen Gleichungen neu anordnen, um die Leistung als direkte Funktion der Spannung oder des Stroms zu erhalten:
P = V 2 / R
P = I 2 R
Wenn Sie sich an die Einheiten Volt, Ampere, Watt und Ohm halten, sind keine zusätzlichen Konvertierungskonstanten erforderlich.
In Ihrem Fall haben Sie 20 V über einen 1 kΩ Widerstand:
(20 V) 2 / (1 kΩ) = 400 mW
Das ist, wie viel Leistung der Widerstand verbraucht.
Der erste Schritt, um damit umzugehen, besteht darin, sicherzustellen, dass der Widerstand in erster Linie für diese Leistung ausgelegt ist. Offensichtlich reicht ein ¼ Watt Widerstand nicht aus. Die nächste übliche Größe ist "½ Watt", die diese Leistung theoretisch aufnehmen kann, wenn alle geeigneten Bedingungen erfüllt sind. Lesen Sie das Datenblatt sorgfältig durch, um festzustellen, unter welchen Bedingungen Ihr ½-Watt-Widerstand tatsächlich eine ½-Watt-Leistung abgeben kann. Es könnte spezifizieren, dass die Umgebungstemperatur 20 ° C oder weniger betragen muss, mit einem gewissen Maß an Belüftung. Befindet sich dieser Widerstand auf einer Platine, die sich in einer Box mit etwas anderem befindet, das Strom verbraucht, wie z. B. einem Netzteil, kann die Umgebungstemperatur deutlich über 20 ° C liegen. In diesem Fall kann der "½ Watt" -Widerstand nicht wirklich mit ½ Watt umgehen, es sei denn, es weht möglicherweise Luft von einem Lüfter, der aktiv über seine Oberseite bläst.
Um zu wissen, wie stark die Temperatur des Widerstands über die Umgebungstemperatur ansteigt, benötigen Sie eine weitere Zahl, die den Wärmewiderstand des Widerstands gegenüber der Umgebungstemperatur angibt. Dies ist für die gleichen Gehäusetypen ungefähr gleich, die wahre Antwort ist jedoch nur im Widerstandsdatenblatt verfügbar.
Lassen Sie uns nur sagen, um eine Zahl auszuwählen (aus der Luft heraus, ich habe nichts nachgeschlagen, nur als Beispiel), dass der Widerstand mit geeigneten Kupferpads einen Wärmewiderstand von 200 ° C / W hat. Der Widerstand verbraucht 400 mW, so dass sein Temperaturanstieg ungefähr (400 mW) (200 ° C / W) = 80 ° C beträgt. Wenn es sich auf einer offenen Tafel auf Ihrem Schreibtisch befindet, können Sie wahrscheinlich eine maximale Umgebungstemperatur von 25 ° C angeben, sodass der Widerstand 105 ° C erreichen kann. Beachten Sie, dass es heiß genug ist, um Wasser zum Kochen zu bringen, aber die meisten Widerstände sind bei dieser Temperatur in Ordnung. Halten Sie einfach Ihren Finger weg. Befindet sich dies auf einer Platine in einer Box mit einer Stromversorgung, die die Temperatur in der Box um 30 ° C gegenüber der Umgebungstemperatur erhöht, könnte die Widerstandstemperatur (25 ° C) + (30 ° C) + (80 ° C) = erreichen 135 ° C. Ist das in Ordnung? Fragen Sie mich nicht, überprüfen Sie das Datenblatt.
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Die Dissipation ergibt sich nur aus dem Potenzgesetz .
Der Temperaturanstieg ist unmöglich vorherzusagen, ohne zu wissen, wie gut der gegebene Widerstand Wärme abführt. Es hängt davon ab, mit was es in Kontakt steht (Kühlkörper oder nicht?), Wie viel Luft strömt und wie hoch die Umgebungstemperatur ist. Je weniger gut der Widerstand tatsächlich Wärme abführen kann, desto höher muss seine Temperatur ansteigen, damit er die vom Leistungsgesetz vorgegebene Leistung abführen kann. Wir können dies nicht einfach anhand von Spannung und Widerstand vorhersagen.
Weiterhin weisen Widerstände einen temperaturabhängigen Widerstand auf. Wenn der Temperaturanstieg signifikant ist und der Koeffizient signifikant ist, muss er möglicherweise berücksichtigt werden.
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