Resistência de um elemento de aquecimento

Um elemento de aquecimento teria uma resistência muito alta ou uma resistência muito baixa? (Todos os comentários neste post são baseados no fato de que a tensão é a mesma para cada situação). Eu pensaria que uma resistência mais alta resultaria em mais perda de calor, mas eu fui ensinado que quanto maior a corrente, maior mais energia é perdida no calor. Portanto, uma menor resistência liberaria mais calor.

^{simular este circuito - esquemático criado usando o CircuitLab}

Figura 1. A adição de mais resistores aumenta ou diminui o calor total produzido?

Eu teria pensado que uma maior resistência teria resultado em mais perda de calor ...

• Deveria ser intuitivo que, quanto mais resistores paralelos aplicamos ao circuito da Figura 1, menor a resistência.
• Dada uma tensão constante, conforme especificado em sua pergunta, também deve ser intuitivo que a corrente em cada ramificação seja a mesma, não importando quantos ramificações. *
• Podemos então ver que, com n resistores paralelos, a potência total dissipada será n vezes a potência dissipada com um resistor.

Portanto, quanto menor o valor da resistência, resultará em mais dissipação de energia ou perda de calor.

Matematicamente, isso pode ser visto a partir da equação de potência que, para uma dada tensão, a potência dissipada é inversamente proporcional à resistência.$P = \frac {V^2}{R}$

* Uma fonte de alimentação real terá, é claro, um limite para a quantidade de corrente que pode produzir antes que a tensão comece a cair.

Depende:

• se estiver conectado a uma fonte de tensão constante ideal : menor resistência à carga causará maior potência à carga
• se conectado a uma fonte de corrente constante ideal : uma maior carga de carga causará mais carga de energia.

Frequentemente, fontes de energia práticas podem ser tratadas como uma fonte de tensão constante ideal com uma resistência em série interna (bastante baixa). Nesse caso, a maior parte da energia de carga é causada por uma resistência de carga igual à resistência interna em série da fonte de energia.
Esse fato é chamado de teorema da transferência de potência máxima .

A produção de calor é definida pela potência $P$ que é definido pela queda de tensão $V$ através do elemento e a corrente $I$ através dele: $P = V*I$.

Se você tiver uma saída de calor específica desejada e uma tensão de entrada, poderá descobrir a resistência necessária inserindo a lei de Ohm.

$P = V*A = \frac{V* V}{R}$

Portanto, diminuir a resistência aumenta a produção de calor.

Para confundir ainda mais as coisas, talvez derramar mais calor do que luz, se você tiver uma fonte de tensão nominal constante constante com uma resistência de fonte fixa, haverá uma resistência de carga com potência máxima. Observe que geralmente essa resistência é bem menor do que a que você usaria (digamos) na rede elétrica.

^{simular este circuito - esquemático criado usando o CircuitLab}

No circuito acima, a corrente é V1 / (Rs + RL), então a potência na carga é:

$P_L = \frac{R_L\cdot V_1^2}{R_S+R_L}$

Você pode ver intuitivamente inspecionando o numerador e o denominador que, se a RL for muito baixa ou muito alta, a potência se aproxima de zero.

Na verdade, é um máximo de $R_L = R_S$, onde a resistência da carga é igual à resistência da fonte. Metade da energia é perdida na resistência da fonte.

Mais geralmente, a transferência máxima de energia ocorre quando a impedância da fonte é igual à impedância de carga.

Um elemento de aquecimento não tem resistência "muito alta" nem "muito baixa".

A energia total dissipada pelo circuito é proporcional à corrente; portanto, a resistência do elemento de aquecimento deve ser baixa o suficiente para atrair corrente suficiente para gerar calor suficiente.

No entanto, da energia total dissipada pelo circuito, a parte da energia dissipada por cada parte é proporcional à sua resistência; portanto, a resistência do elemento de aquecimento deve ser alta o suficiente para que a maior parte da energia seja dissipada pelo elemento de aquecimento. em vez de, por exemplo, a fiação nas paredes.

Se você estiver conectando um elemento de aquecimento à rede elétrica, há um disjuntor envolvido que limita a corrente para que sua fiação não fique muito quente. Um elemento de aquecimento projetado para fornecer calor máximo (em uma chaleira, por exemplo) consumirá a maior quantidade de corrente possível, mantendo-se em segurança abaixo desse limite.

Depende da fonte de energia. Se isso oferece uma tensão razoavelmente constante, como a maioria faz, uma resistência mais baixa aumenta a corrente, o que aumenta a dissipação de energia e, portanto, o calor.

Como o aquecimento geralmente consome muita energia (em comparação com a eletrônica), ele geralmente precisa de uma fonte de alimentação muito boa, como uma bateria grande de ácido-chumbo ou Li-Ion, se for portátil - e essas são razoavelmente boas fontes de tensão.

Portanto, se você tiver algum meio de controle - como o PWM ou um interruptor on / off termostático, erre levemente no lado baixo da resistência para obter um pouco mais de energia do que você precisa e regule essa energia para obter a temperatura certa.

Se você tivesse uma boa fonte de corrente constante, o aumento da resistência aumentaria a tensão, e isso aumentaria a potência. Mas esses são bastante raros na prática.

Você quer alta ou baixa resistência?

Depende da sua fonte de energia. Se você quer calor, quer poder e poder é

Portanto, se você tem uma fonte de corrente constante, deseja alta resistência. No entanto, a maioria dos aquecedores é fornecida com uma tensão constante, o que exigiria uma menor resistência.

Se a fonte de energia for CA, lembre-se de usar a figura RMS para a corrente ou tensão, conforme apropriado.

Depende de onde estão seus maiores problemas para alimentar o aquecedor.

Se você tiver problemas com a resistência do suprimento (por exemplo, fios longos ou finos, alta resistência interna), opte pela opção de alta resistência, alta tensão e baixa corrente.

Se você tiver problemas com o isolamento (por exemplo, não há espaço suficiente para um isolamento espesso ou o aquecedor não pode ser bem isolado de usuários em potencial que o tocam), você escolhe configurações de baixa resistência, baixa voltagem e alta corrente.

É um equilíbrio entre os dois. Na realidade, você busca a voltagem que tem em mãos (por exemplo, bondes mais antigos usam aquecedores conectados diretamente à voltagem da linha, seja 600V, 800V ou qualquer outra voltagem que o resto do bonde use. Os mais modernos utilizam aquecedores de 220V na prateleira, porque hoje é mais barato projetar um conversor de tensão do que projetar um novo aquecedor). A única exceção é quando você precisa se proteger contra o toque, depois reduz a tensão para um nível seguro e trabalha com isso.

Não sei se isso ajuda, mas acabei de colocar meu multímetro em um elemento de chaleira 220-240V 1850-2200W e obtive ~ 27 ohms.

Ps eletrônica não é meu ponto forte