مسلسل کرنٹ کے بہاؤ کے ساتھ زندہ حصوں کو گرم کرنا

آئیے ایک یکساں کنڈکٹر کی مثال استعمال کرتے ہوئے برقی آلات کو گرم کرنے اور ٹھنڈا کرنے کی بنیادی شرائط کو دیکھتے ہیں جو ہر طرف یکساں طور پر ٹھنڈا ہوتا ہے۔

اگر محیطی درجہ حرارت پر کنڈکٹر سے کرنٹ بہتا ہے، تو کنڈکٹر کا درجہ حرارت بتدریج بڑھتا ہے، کیونکہ کرنٹ کے گزرنے کے دوران توانائی کے تمام نقصانات حرارت میں تبدیل ہو جاتے ہیں۔

کرنٹ سے گرم ہونے پر کنڈکٹر کے درجہ حرارت میں اضافے کی شرح پیدا ہونے والی گرمی کی مقدار اور اس کے اخراج کی شدت کے ساتھ ساتھ موصل کی حرارت جذب کرنے کی صلاحیت پر منحصر ہے۔

dt وقت کے لیے موصل میں پیدا ہونے والی حرارت کی مقدار یہ ہوگی:

جہاں I کنڈکٹر سے گزرنے والے کرنٹ کی rms ویلیو ہے، اور؛ را متبادل کرنٹ، اوہم پر موصل کی فعال مزاحمت ہے۔ P - نقصان کی طاقت، گرمی میں تبدیل، wm.اس میں سے کچھ حرارت تار کو گرم کرنے اور اس کا درجہ حرارت بڑھانے میں جاتی ہے، اور باقی حرارت حرارت کی منتقلی کی وجہ سے تار کی سطح سے ہٹا دی جاتی ہے۔

تار کو گرم کرنے پر خرچ ہونے والی توانائی کے برابر ہے۔

جہاں G کرنٹ لے جانے والی تار کا وزن ہے، کلوگرام؛ c کنڈکٹر مواد کی مخصوص حرارت کی گنجائش ہے، em • سیکنڈ / کلوگرام • گریڈ؛ Θ — زیادہ گرم ہونا — ماحول کی نسبت کنڈکٹر کے درجہ حرارت سے زیادہ:

v اور vo — موصل اور محیط درجہ حرارت، °С.

حرارت کی منتقلی کی وجہ سے کنڈکٹر کی سطح سے وقت کے لیے خارج ہونے والی توانائی محیطی درجہ حرارت سے اوپر کنڈکٹر کے درجہ حرارت میں اضافے کے متناسب ہے:

جہاں K حرارت کی منتقلی کا کل گتانک ہے، تمام قسم کی حرارت کی منتقلی کو مدنظر رکھتے ہوئے، Vm/cm2 ° C؛ F - کنڈکٹر کی کولنگ سطح، cm2،

عارضی حرارت کے عمل کے وقت کے لیے حرارت کے توازن کی مساوات کو درج ذیل شکل میں لکھا جا سکتا ہے۔

یا

یا

عام حالات کے لیے، جب موصل کا درجہ حرارت چھوٹی حدوں کے اندر مختلف ہوتا ہے، تو یہ فرض کیا جا سکتا ہے کہ R، c، K مستقل قدریں ہیں۔ اس کے علاوہ، یہ بھی ذہن میں رکھنا چاہیے کہ کرنٹ آن کرنے سے پہلے، کنڈکٹر محیطی درجہ حرارت پر تھا، یعنی محیطی درجہ حرارت سے اوپر موصل کا ابتدائی درجہ حرارت میں اضافہ صفر ہے۔

موصل کو گرم کرنے کے لیے اس تفریق مساوات کا حل ہو گا۔

جہاں A ابتدائی حالات کے لحاظ سے انضمام کا مستقل ہے۔

t = 0 Θ = 0 پر، یعنی ابتدائی لمحے میں گرم تار کا محیط درجہ حرارت ہوتا ہے۔

پھر t = 0 پر ہمیں ملتا ہے۔

انضمام مستقل A کی قدر کو بدلنے سے، ہمیں ملتا ہے۔

اس مساوات سے یہ نکلتا ہے کہ کرنٹ لے جانے والے موصل کی حرارت ایک کفایتی منحنی خطوط (تصویر 1) کے ساتھ ہوتی ہے۔ جیسا کہ آپ دیکھ سکتے ہیں، وقت کی تبدیلی کے ساتھ، تار کے درجہ حرارت میں اضافے کی رفتار کم ہو جاتی ہے اور درجہ حرارت ایک مستحکم قدر تک پہنچ جاتا ہے۔

یہ مساوات موجودہ بہاؤ کے آغاز سے کسی بھی وقت کنڈکٹر کا درجہ حرارت دیتی ہے۔

اگر وقت t = ∞ کو حرارتی مساوات میں لیا جائے تو مستحکم حالت کی سپر ہیٹ قدر حاصل کی جا سکتی ہے۔

جہاں vu موصل کی سطح کا ساکن درجہ حرارت ہے۔ Θу — محیطی درجہ حرارت سے اوپر موصل کے درجہ حرارت میں اضافے کی توازن کی قدر۔

چاول۔ 1. برقی آلات کو گرم کرنے اور ٹھنڈا کرنے کے منحنی خطوط: a — طویل حرارت کے ساتھ یکساں کنڈکٹر کے درجہ حرارت میں تبدیلی؛ b - ٹھنڈک کے دوران درجہ حرارت میں تبدیلی

اس مساوات کی بنیاد پر، ہم اسے لکھ سکتے ہیں۔

لہذا، یہ دیکھا جا سکتا ہے کہ جب ایک مستحکم حالت تک پہنچ جاتی ہے، تو کنڈکٹر میں جاری تمام گرمی ارد گرد کی جگہ میں منتقل ہوجائے گی.

اسے بنیادی حرارتی مساوات میں داخل کرنے اور T = Gc/KF سے اشارہ کرتے ہوئے، ہمیں ایک آسان شکل میں وہی مساوات ملتی ہے:

قدر T = Gc / KF کو حرارتی وقت کا مستقل کہا جاتا ہے اور یہ جسم کی حرارت جذب کرنے کی صلاحیت اور حرارت کی منتقلی کی صلاحیت کا تناسب ہے۔ یہ تار یا جسم کے سائز، سطح اور خصوصیات پر منحصر ہے اور وقت اور درجہ حرارت سے آزاد ہے۔

ایک دیے گئے موصل یا آلات کے لیے، یہ قدر حرارتی نظام تک پہنچنے کے لیے وقت کی نشاندہی کرتی ہے اور اسے حرارتی خاکوں میں وقت کی پیمائش کے لیے پیمانے کے طور پر لیا جاتا ہے۔

اگرچہ یہ حرارتی مساوات کی پیروی کرتا ہے کہ مستحکم حالت غیر معینہ مدت کے بعد واقع ہوتی ہے، عملی طور پر مستحکم حالت کے درجہ حرارت تک پہنچنے کا وقت (3-4) • T کے برابر لیا جاتا ہے، کیونکہ اس صورت میں حرارتی درجہ حرارت 98% سے تجاوز کر جاتا ہے۔ حتمی اس کی قدر Θy.

سادہ کرنٹ لے جانے والے ڈھانچے کے لیے حرارتی وقت کا مستقل حساب آسانی سے لگایا جا سکتا ہے، اور آلات اور مشینوں کے لیے اس کا تعین تھرمل ٹیسٹ اور بعد میں ہونے والی گرافیکل تعمیرات سے کیا جاتا ہے۔ حرارتی وقت کے مستقل کو حرارتی منحنی خطوط پر پلاٹ کیے گئے ذیلی ٹینجنٹ OT کے طور پر بیان کیا جاتا ہے، اور ٹینجنٹ OT بذات خود وکر کی طرف (اصل سے) حرارت کی منتقلی کی عدم موجودگی میں موصل کے درجہ حرارت میں اضافے کو ظاہر کرتا ہے۔

اعلی کرنٹ کی کثافت اور شدید حرارت پر، حرارتی مستقل کا حساب ایڈوانس ایکسپریشن کا استعمال کرتے ہوئے کیا جاتا ہے:

اگر ہم فرض کریں کہ موصل کو گرم کرنے کا عمل ارد گرد کی جگہ میں حرارت کی منتقلی کے بغیر ہوتا ہے، تو حرارتی مساوات کی درج ذیل شکل ہوگی:

اور سپر ہیٹ کا درجہ حرارت وقت کے تناسب سے لکیری طور پر بڑھے گا:

اگر آخری مساوات میں t = T کو تبدیل کیا جاتا ہے، تو یہ دیکھا جا سکتا ہے کہ حرارتی وقت مستقل T = Gc / KF کے برابر مدت کے لیے، موصل کو قائم درجہ حرارت Θу = I2Ra / KF پر گرم کیا جاتا ہے، اگر حرارت کی منتقلی ہوتی ہے۔ اس وقت کے دوران نہیں ہوتا.

برقی آلات کے لیے حرارتی تسلسل بسوں کے لیے چند منٹوں سے لے کر ٹرانسفارمرز اور ہائی پاور جنریٹرز کے لیے کئی گھنٹوں تک مختلف ہوتا ہے۔

جدول 1 کچھ مخصوص ٹائر سائز کے لیے حرارتی وقت کے مستقل کو ظاہر کرتا ہے۔

جب کرنٹ بند ہو جاتا ہے تو تار کو توانائی کی سپلائی رک جاتی ہے، یعنی Pdt = 0، اس لیے کرنٹ بند کرنے کے لمحے سے، تار ٹھنڈا ہو جائے گا۔

اس کیس کے لیے بنیادی حرارتی مساوات حسب ذیل ہے:

جدول 1۔ تانبے اور ایلومینیم کی بس باروں کے حرارتی وقت کے مستقل

ٹائر سیکشن، ملی میٹر *

حرارتی مستقل، منٹ

شہد کے لیے

ایلومینیم کے لئے

25×3

7,3

5,8

50×6

14,0

11,0

100×10

20,0

15,8

اگر کسی کنڈکٹر یا آلات کی ٹھنڈک ایک خاص سپر ہیٹ درجہ حرارت Θy کے ساتھ شروع ہوتی ہے، تو اس مساوات کا حل درج ذیل شکل میں وقت کے ساتھ درجہ حرارت کو تبدیل کرے گا:

جیسا کہ انجیر سے دیکھا جا سکتا ہے۔ 1b، کولنگ وکر وہی حرارتی منحنی خطوط ہے لیکن نیچے کی طرف محدب کے ساتھ (ابسیسا محور کی طرف)۔

حرارتی وقت کا مستقل ٹھنڈک کے منحنی خطوط سے بھی متعین کیا جا سکتا ہے کیونکہ اس منحنی خطوط پر ہر ایک نقطہ کے مطابق ذیلی ٹینجنٹ کی قدر۔

ایک خاص حد تک برقی کرنٹ کے ساتھ یکساں کنڈکٹر کو گرم کرنے کے لیے مندرجہ بالا زیر غور شرائط مختلف الیکٹریکل آلات پر حرارتی عمل کے عمومی جائزہ کے لیے لاگو ہوتی ہیں۔ جہاں تک آلات، بسوں اور بس باروں کے موجودہ لے جانے والے تاروں کے ساتھ ساتھ دیگر اسی طرح کے حصوں کا تعلق ہے، حاصل کردہ نتائج ہمیں ضروری عملی حساب کتاب کرنے کی اجازت دیتے ہیں۔