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Physik Problem. Temperatur eines Stromdurchflossenen Drahtes berechnen...

Dieses Thema im Forum "Off-Topic-Location" wurde erstellt von zartbitter, 15 Februar 2006.

  1. zartbitter
    zartbitter (28)
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    Hi!

    Ich brauch schnelle und unbürokratische HIlfe von allen "Physikern" hier ...

    Ich hab das Problem das ich die Temperatur eines (im Vakuum) Stromdurchflossenen Drahtes berechnen muss...

    Ich weiß praktisch alles über den scheiß Draht... länge, durchmesser, spezifischer Widerstand usw.. alles kein ding..

    Aber weiter weiß ich nicht mehr..

    Kann mir wer helfen? Ich wär echt froh...
     
    #1
    zartbitter, 15 Februar 2006
  2. Fireblade
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    nicht angegeben
    P = I²*R

    das sind zumindest die Stromwärmeverluste

    weiter weiß ich auch nich
     
    #2
    Fireblade, 15 Februar 2006
  3. Doc Magoos
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    nicht angegeben
    Dann gib doch einfach mal alle deine Daten an. Denn dann kann man auch rechnen.
     
    #3
    Doc Magoos, 15 Februar 2006
  4. blueanarki
    blueanarki (32)
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    nicht angegeben
    Das von Fireblade ist die Dissipation...
    Wenn du die Wärme berechnen willst, brauchst du die "Allgemeine Wärmeleitungsgleichung", google einfach mal danach, da brauchst du deine Werte nur einsetzen, ggf. vorher noch die Einheiten (cm in m, etc.) einsetzen und ableiten! :tongue: Oder soll die Temperatur konstant sein?
     
    #4
    blueanarki, 15 Februar 2006
  5. zartbitter
    zartbitter (28)
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    Naja es handelt sich halt um die Temperatur eines Glühdrates, also dürfte sie doch konstant sein oder? *wennrichtigversteh*


    Danke dir schonaml ich schau nach!


    Greeetz

    PS: Kla kann ich die werte hier angeben, nur bringt mir das ergebnis nichts , ich brauch die formel...
     
    #5
    zartbitter, 15 Februar 2006
  6. die raute
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    Die Formel

    R (teta) = R20 * (1+Alpha * Delta (Teta) )

    Delta: beschreibt nur eine Änderung d.h. du musst diese Änderung irgendwo dazuaddieren oder subtrahieren je nachdem was deine Aufgabe verlangt ( hier von der Temperatur ) z.B. 20°C > 40°C hättest du 20 Kelvin Unterschied> also Delta (Teta ) = 20K

    Alpha(auch Buchstabe griechisch:zwinker: ): ist der Temperaturkoeffizient von dem Element aus dem der Draht besteht. ( der Wert steht unter garantie in deiner Formelsammlung oder in der Aufgabenstellung)

    R20: ist der Widerstand des Elements/ Drahtes bei 20°C


    Teta: Temperatur

    R (Teta): temperaturabhängiger Widerstand

    Alfa/Teta/Delta > alles griechische Buchstaben:zwinker:

    ich hoffe ich konnte dir helfen:smile:
     
    #6
    die raute, 15 Februar 2006
  7. zartbitter
    zartbitter (28)
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    Und was is das R(teta) ?

    Oder hab ich was überlesen?
     
    #7
    zartbitter, 15 Februar 2006
  8. Event Horizon
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    Mich stört an dem ganzen nur das Vakuum. Das hat nämlich erstmal gar keine Temperatur. Die genannte Formel sagt mir nichts, mir scheint aber, es geht um Wärmeleitung. Im Vakuum gibts die Wärmeleitung aber nicht. Da gibts nur Wärmeemission durch Strahlung. Die Formel dafür lautet nach Thomson einfach

    P=rho*epsilon*A*T^4

    mit
    P: abgestrahlte Leistung
    rho=5,67E-8 W/(m²*K^4)
    epsilon=0...1=0,04 für Kupfer
    A: Strahlende Fläche -> länge * Durchmesser*PI
    T: Temperatur in Kelvin

    P ist nun die el. Leistung, die verbraten wird,also I²R. Mußt nur noch R aus dem spez. Widerstand berechnen: R= SpezWid*Länge/Querschnitt=SpezWid*Länge/((1/2 Durchmesser)²*PI)

    Du hast dann alles zusammen, um T auszurechnen.
     
    #8
    Event Horizon, 15 Februar 2006
  9. zartbitter
    zartbitter (28)
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    Ahh das klingt gut, das kann ich ja schon fast nachvollziehen :grin:

    Ok Vakuum is vllt. nen schlechter ausdruck gewesen, handelt sich hlat einfach um ne evakuierte Röhre...


    Hab aber auch dazu noch 2 Fragen :frown:

    Was (und warum) ist das rho?

    und

    Was (und warum) ist dsa Epsilon? Ist nen Wofram draht...

    Trotzdem schonmal danke, vllt. kannst mir das ja eben auch noch erklären :smile:
     
    #9
    zartbitter, 15 Februar 2006
  10. Event Horizon
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    Das Rho ist eine Naturkonstante, wie Gravitation, Elektronenmasse/-ladung, was weiß ich.

    Das Epsilon gibt quasi an, wie gut der Stoff Wärme abgibt.

    Die Formel gilt gleichermaßen auch für die Absorption von Strahlung, da kann man das ganz einfach erklären:

    Ein Schwarzkörper reflektiert absolut keine Strahlung, hier ist epsilon=1, weil die gesamte auftretende Strahlungsleistung aufgenommen wird. Ein Spiegel hätte epsilon=0, weil sämtliche Strahlung zurückreflektiert wird, und nix aufgenommen wird. (oder auch: schwarze Sachen erhitzen sich in der Sonne stärker als weiße)

    Alle anderen Materialien liegen irgendwo dazwischen. Für Wolfram ist epsilon=0,03.

    Epsilon ist also materialspezifisch.

    Eine Konstante ist es aber auch nicht, mit steigenden Temperaturen wird es meist auch größer. Für wolfram bei 1000°C ists 0,15, bei 2000°C schon 0,28.

    Allerdings ist der Widerstand auch Temperaturabhängig, ich glaub, das ist die Formel oben.

    Dann würde es aber sehr kompliziert werden. Rechne erstmal aus und guck, ob das humane Temperaturen ergibt. Wenn nicht, ignorieren oder richtig ärgern!
     
    #10
    Event Horizon, 15 Februar 2006
  11. Trogdor
    Trogdor (40)
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    nicht angegeben
    @Event horizon:
    Geht ja um eine Glühbirne. Kann man die so einfach als reiner Strahler annehmen? Ist ja kein sehr gutes Vakuum in der Birne und ich überlege mir gerade, welcher Anteil der elektrischen Leistung für Wärmeleitung drauf geht. So eine Birne wird ja auch ganz schön warm. Mir ist nur nicht klar, ob die Wärme hauptsächlich von der Absorption der Strahlung im Glas kommt, oder aber durch die Wärmeleitung durch das Gas in der Birne. Ich würde vermuten, der Effekt der Wärmeleitung ist nicht zu vernachlässigen.
    Auch die von dir erwähnte Temperaturabhängkeit der Materialkonstanten dürfte sich auf das Ergebnis deutlich auswirken. Ich befürchte, die Temperatur des Glühdrahts lässt sich nicht ohne größeren Rechenaufwand sinnvoll bestimmen.
    @And so it is: Wofür genau brauchst Du die Rechnung? Wäre es eine Lösung, den elektrischen Widerstand des Glühdrahtes kalt und im Betrieb zu messen, und über die Temperaturbahängigkeit des Widerstandes zum Ergebnis zu kommen?
     
    #11
    Trogdor, 16 Februar 2006
  12. Event Horizon
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    vergeben und glücklich
    Ja, du hast vollkommen recht, man muß halt sehr genau gucken, worum es geht.

    Hier steht ganz am Anfang, ein Draht im Vakuum.

    Dann heißt es plötzlich Glühbirne, aber immernoch Vakuum.

    Heutige Glühbirnen gaben gar kein Vakuum mehr (höchstens etwas Unterdruck.), weil sonst der Draht verdampfen würde. Die Füllgase verhalten sich inert und haben eine möglichst hohe molare MAsse, um die Wärmeleitung möglichst klein zu halten. Wie groß sie aber dennoch ist, weiß ich nicht, ich vermute aber, daß sie gegenüber der Strahlung zu vernachlässigen ist.

    Ein Glühbirnenfaden hat etwa 2800-3000°C, hier kann man mein Epsilon vermutlich nochmal verdoppeln, und der Widerstand des Drahtes läßt sich auch nicht mehr einfach berechnen.

    Und wenn man noch einen Schritt weitergeht, muß man berücksichtigen, daß man bei heutigen Lampen eine Wendel (Spirale) als Draht hat, ab 60W oder so sogar eine Doppelwendel.

    Verkomplizieren kann man das ganze ziemlich weit. Leider wissen wir auch nicht, mit welchem Wissensstand der Threadersteller das berechnen soll, für die Schule würde ich meine Lösung als OK ansehen.


    Und nochwas für dich: Die Glühlampe strahlt einen winzigen Teil der Energie als sichtbares Licht ab, der Rest geht als Infrarot und UV raus. Glas ist für uns zwar wunderbar durchsichtig, für UV aber gar nicht, und für IR nur in geringem Maß.
    Das heißt, große Teile der Strahung werden vom Glas absorbiert (weder durchgelassen noch reflektiert!), und das dürfte das Glas so heiß machen
     
    #12
    Event Horizon, 16 Februar 2006
  13. zartbitter
    zartbitter (28)
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    Ok vllt. hab ich wirklcih ein wenig an Infos gespart, hatte gedacht das das simpler wäre...

    Es geht darum die Elektronenemission in einer einfachen Diode zu berechnen... ob die jetzt Gasgefüllt ist, ist ne gute frage...
    Dachte eigentlich nicht, da ja die austretenden Elektronen sonst von den Gasmolekühlen abgebremst würden, aber was weiß ich schon... :grin:


    Also wenn noch jmd. HIlfreiche Tipps für mcih hätte, immer gerne :smile:
     
    #13
    zartbitter, 16 Februar 2006
  14. die raute
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    Single
    ähm und warum fragst du dann nach der Temperatur, wenn du doch eigentlich eine Elektronenemmision herausbekommen möchtest.:ratlos_alt:

    achja und für ne einfache Temperaturbestimmung an Hand desWidersatnds in ner Glühbirne kannst du ruhig meine gepostete Formel benutzen. Das Vakuum ist hierbei sowieso nur ne Modellvorstellung.

    Und stör dich nicht an dem R (teta) das teta kannst du dir auch wegdenken ist halt nur Definitionssache, ein Widerstand ist es trotzdem noch.:zwinker:
     
    #14
    die raute, 16 Februar 2006
  15. zartbitter
    zartbitter (28)
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    Ne bessere Idee?^^

    Nein ich wollt das eigentlich über die Richardson-Gleichung erledigen, allerdings fehlte mir dafür noch die Temperatur...
    Aber irgendwie bekomm ich das nit auf die Reihe :kopfschue
     
    #15
    zartbitter, 16 Februar 2006
  16. Trogdor
    Trogdor (40)
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    nicht angegeben
    Bin ich mir bewusst, der Hauptanteil dürfte IR sein. Und bei den meisten Gläsern, außer Quartzglas, sieht es was die Transmission angeht unter 400nm düster aus. Was ich nicht abschätzen kann, ist welchen Anteil die Wärmeleitung hat, und ob die vernachlässigbar ist oder nicht.
     
    #16
    Trogdor, 16 Februar 2006
  17. Event Horizon
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    Naja, jetzt wissen wir ja, daß es um etwas ganz anders geht.

    Vielleicht erfahren wir noch die komplette Aufgabenstellung?

    Ich meine, wie oben gesagt, auch in Röhren ist kein gespannter Draht, sondern ein Glühwendel, der mit weniger Strom mehr Drathitze erzeugt...
     
    #17
    Event Horizon, 16 Februar 2006
  18. zartbitter
    zartbitter (28)
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    Autsch, das hat ich gar nicht bedacht...

    Alsooo

    Das Dingen is ne röhre, im prinzip ne ganz einfache Diode.
    Heizdraht und Gegenüber die Anode.

    Der Glühdraht ist nicht "aufgedreht" sonder läuft nen stück hinauf, dreht um 180 grad und wieder nen stück runter, dreht wieder usw..

    Ich will jetzt halt den max. möglichen Strom zwische Anode und Heizdraht berechnen.

    DAS ist mein Problem.
    HIlft das?
     
    #18
    zartbitter, 17 Februar 2006
  19. Event Horizon
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    Gut, da würde ich von einer festen Temperatur ausgehen. Diese Glühdrähte haben selten weißglut wie eine Glühbirne, sondern nur rot- bis gelbglut, ich schätze mal, das sind so um die 1000°C. Das kannst du dann in die Richardson-Gleichung zusammen mit den Konstanten einsetzen.

    Natürlich kannst du die Temperatur des Drahten auch noch weiter hochdrehen und so eine höhere Emission bekommen, nur bei Glühbirnentemperaturen vom 3000°C werden duch den Emissionsstrom vermutlich auch Wolframatome abgetragen, was die Haltbarkeit verringert. Außerdem wird das ganze dann zu heiß, um es irgendwo einzubauen.

    Also, guck mal, wie heiß der Draht wird - kannst den Farbton auch mit der Farbe anderer glühender Stoffe vergleichen.
     
    #19
    Event Horizon, 18 Februar 2006

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