Elektromos áram hőhatása

Az elektromos áram hőhatását gyakran tapasztaljuk az izzólámpáknál, amelyek bekapcsolás után néhány másodperccel már olyan forróak, hogy semmiképp nem tanácsos megérinteni a felületüket. A hagyományos lámpákban volfrámból készült izzószálon folyik az elektromos áram, amelynek hatására a volfrámszál nagyon magas hőmérsékletű (2000 fok feletti), és sárgásfehér fényt sugározva izzik. A kisugárzott energiának azonban mindössze néhány százalékát adja a látható fény, az izzószál nagyrészt az emberi szem számára láthatatlan hősugarakat bocsát ki, amelyek a lámpatestet, a lámpa buráját és az izzólámpa környezetét melegítik.

Szép számmal vannak olyan háztartási és technikai eszközeink, amelyekben közvetlenül az elektromos áram fűtőhatását hasznosítjuk. Ilyen például a villanytűzhely, a villanykályha, a vasaló, a hajszárító vagy a forrasztópáka. Ezekben különleges anyagból készült fűtőszálban folyik az áram, ami a fűtőszálat magas hőmérsékletre melegíti. A fűtőszálnak azért kell különleges anyagból készülnie, hogy hosszú időn keresztül levegővel érintkezve is elviselje a magas hőmérsékletet.

Huzal izzítása

Huzal izzítása

Elektromos áram hőt termel

Megfelelő áramforrás segítségével engedjünk át változtatható nagyságú áramot a két szigetelőállvány között kifeszített ellenálláshuzalon. Az ellenálláshuzalon átfolyó áram értékét a körben elhelyezett árammérő műszeren olvashatjuk le. Alacsony áramértékek esetén mindössze az ellenálláshuzal egyre növekvő belógását, vagyis nyúlását észleljük. Ennek magyarázatát a hőtágulás adja. A nagymértékben növekvő hőmérséklet hatására a huzal annyira kitágul, hogy tágulása szabadszemmel is látható.

Magasabb áramértékek mellett a huzal először vörösen, majd egyre fényesebben, sárgásfehéres fénnyel kezd világítani. A huzal tágulása ekkor is folytatódik, a túlságosan nagy behajlást a szigetelőállványok megfelelő távolításával akadályozzuk meg.

Mind a huzal behajlását, mind az egyre nagyobb mértékű izzást az elektromos áram hőhatása, vagyis a huzal hőmérsékletének növekedése okozza. Magasabb hőmérsékleteken a huzal hossza megnő, ezzel magyarázhatjuk egyre növekvő behajlását. A hőmérséklet jelentős emelkedése okozza a hősugárzás jól megfigyelhető erősödését is.

További érdekes kísérleteket is végezhetünk. Tegyünk megfelelő védőlemezt az ellenálláshuzal alá és növeljük tovább az áramot. Amikor az áram nagysága egy bizonyos értéket elér, az ellenálláshuzal anyaga megolvad, a huzal elszakad. Ez a kísérlet az úgynevezett olvadó biztosíték modelljének felel meg. A biztosítékhuzal anyagának megolvadása akadályozza meg, hogy az áramkörben az áram értéke egy bizonyos értéket meghaladjon.

Az ellenálláshuzalt változtassuk meg úgy, hogy a szálban egyenes és spirál alakra meghajlított szakaszok váltsák egymást. Ha ezt a szálat hozzuk izzásba áram segítségével, akkor jól látható módon azt figyelhetjük meg, hogy a spirális szakaszok jobban izzanak, az egyenes részek kevésbé. Ez azt jelenti, hogy a spirális darabok magasabb hőmérsékletre melegedtek, mint az egyenesek, pedig az állandó keresztmetszetű huzal minden egyes részén azonos nagyságú áram folyik keresztül. A jelenségnek az a magyarázata, hogy a spirális szakaszok nemcsak kisugározzák a hőt, hanem a szomszédos spiráldarabokból érkező hősugárzást részben el is nyelik. Az elnyelt hő magasabb hőmérsékletre tudja melegíteni ezeket a részeket.

Egyenes és spirális huzal izzítása