¿El cable de mayor o menor resistencia puede calentarse más? ¿Hay otros factores?

Parte del problema es "¿a qué te refieres con calentar más?" - mayor temperatura, o más calor - no son lo mismo. Un filamento de bombilla incandescente es mucho más más caliente que un elemento de la estufa eléctrica, pero el elemento de la estufa eléctrica proporciona mucho más calor (y potencia) a menos que la bombilla en cuestión sea algo enorme y teatral / industrial en la naturaleza.

En cualquier caso, R es irrelevante a menos que y hasta que tenga una V o I fija o limitada

Para un voltaje fijo con corriente ilimitada, la R más baja posible proporcionará la mayor potencia, ya que la corriente aumentará hasta el infinito. Por supuesto, eso no sucede con los suministros reales, por lo que la R más baja que permite que se suministre la máxima tensión a la corriente máxima disponible dará la mayor potencia.

Ahora, si desea la temperatura más alta del cable, en lugar de la mayor cantidad de energía / calor, algo muy delgado y preferiblemente hecho de tungsteno y escondido en un gas inerte o vacío lo hará muy bien. Si necesita estar en el aire, Kanthal o similar. Si todo lo que está haciendo es derretir hielo, el tipo de cable no es muy difícil, ya que casi cualquier tipo de cable común funcionará simplemente con agua hirviendo, por lo que las temperaturas de fusión del hielo no son demasiado difíciles.

Para una corriente fija, con voltaje ilimitado, la resistencia más alta le proporcionará la mayor potencia, pero nuevamente, los suministros prácticos generalmente NO TIENEN "voltaje ilimitado" y surgen todo tipo de problemas desagradables relacionados con la seguridad y la descarga de plasma sube bastante pronto a medida que aumentas el voltaje.

Para dispositivos prácticos, generalmente tiene un suministro limitado en voltaje y corriente, y elige la resistencia de su elemento de calefacción para hacer el uso más efectivo de esos límites para realizar su trabajo, o determinar que no puede y obtener la el diseño cambió para que pueda usar (digamos) 480V trifásico en lugar de 240V monofásico si necesita más potencia de la que razonablemente puede esperar obtener de 240V monofásico. O agrega mucho aislamiento térmico para que pueda hacer el trabajo con menos energía, o lo que sea. Es diseño, tú lo resuelves.

Del mismo modo, no debe quemar lo que sea que esté en su elemento de calentamiento: cuando se derriten, dejarán de funcionar (razón por la cual llamé tungsteno y kanthal) buscar puntos de fusión, así como para su nicrom. Puedes descargar 10 kilovatios en un cable nicrom de calibre 24, pero no por mucho tiempo.

Si deduzco correctamente que su aplicación real está derritiendo hielo en las superficies de las carreteras (un desperdicio importante de energía eléctrica que se podría usar mucho mejor para bombear un fluido para captar calor geotérmico (o incluso calor de combustible quemado) para realizar la la misma tarea, pero eso se está desviando del tema), entonces debe preocuparse por la entrega de potencia (cada libra de hielo requiere una cierta cantidad de calor para derretirla) en lugar de una temperatura particularmente alta (necesita una temperatura SUPERFICIAL adecuada para cualquier tasa de se requiere el derretimiento del hielo, pero no será de 500 ° C ...)

Cualquier resistencia dada puede disipar la misma cantidad de energía. Solo depende del producto de voltaje y corriente \ $ P = V \ cdot I \ $.

Dado que \ $ V = I \ cdot R \ $ y \ $ I = \ frac {V} {R} \ $ la expresión para el poder se puede volver a escribir como \ $ P = \ frac {V ^ 2} { R} \ $ o como \ $ P = I ^ 2 \ cdot R \ $. La primera ecuación sugiere que una resistencia más alta sería mejor, mientras que la segunda muestra que una resistencia más baja sería mejor. Entonces, depende de la aplicación si es más fácil generar una corriente más alta o un voltaje más alto y tienes que elegir la resistencia en consecuencia.

Para una fuente de alimentación lineal en el mundo real, resulta que obtiene la potencia máxima utilizando una carga resistiva cuyo valor coincide con la resistencia interna de la fuente de alimentación. Ese valor de resistencia es el punto ideal, y al disminuir o aumentar la resistencia a la carga disminuirá su potencia.

Tenga en cuenta que la mayoría de las fuentes de alimentación lineales del mundo real no fueron diseñadas para disipar tanto calor interno, por lo que es probable que no dure mucho.

¿Qué significa "calentar más"?

La energía eléctrica es el producto del voltaje y la corriente. Entonces, suponiendo que este cable esté siendo accionado por una fuente de voltaje, entonces una resistencia más baja consumirá más energía. "Energía" se considera mejor como "la tasa de conversión de energía", por lo que estás convirtiendo una fuente de energía eléctrica en energía térmica.

¿Cómo "caliente" es decir, 10W, o 10 julios por segundo de energía térmica? El poder, en sí mismo, no da una temperatura. Lo que puede hacer es encontrar la masa térmica del material que se está calentando y usar eso para calcular cuántos julios de energía térmica se necesitará para elevar la temperatura de esa cosa en cierta cantidad. Así que el poder no te dice qué tan caliente se pondrá: simplemente te dice la velocidad a la que puedes hacerlo más caliente.

Cualquier cosa caliente perderá energía térmica en entornos más fríos, en circunstancias normales a una tasa proporcional a la diferencia de temperatura. Esa proporción se llama resistencia térmica. Una mayor resistencia térmica es un "mejor aislamiento": significa que se necesitará una mayor diferencia de temperatura para transferir energía térmica a una velocidad determinada.

Con estos, puede calcular el equilibrio térmico: donde la velocidad a la que un objeto está ganando energía térmica del calentador eléctrico es igual a la velocidad a la que está perdiendo energía térmica a su entorno.

  

¿Por qué se considera que el alambre de baja resistencia en los vaporizadores produce más calor?

Por los llamados mods mecánicos. Estos funcionan directamente con el voltaje de la batería, por lo que una resistencia más baja significa una corriente más alta, que a su vez significa una potencia más alta. En los viejos tiempos, si querías un vape poderoso, tenías que usar un mod mecánico, simplemente porque los mods regulados en el mercado no eran lo suficientemente poderosos.

Después de que los mods de alta potencia regulada (potencia constante) estuvieran disponibles, la noción de "baja resistencia es igual a mucha potencia" atascada en la comunidad de vapeo, a pesar del hecho de que ya no era cierto.

También, el cable más grueso (cable de baja resistencia) tiene una masa térmica más alta y se calienta más lentamente, lo que le da al usuario un mayor control sobre la temperatura, simplemente variando el tiempo que se mantiene presionado el interruptor de alimentación. Un atomizador que se calienta demasiado rápido puede provocar golpes secos. El e-líquido recalentado tiene un sabor horrible y es particularmente poco saludable. Y esa es la otra razón por la cual un cable más grueso sigue siendo popular.

  

aún para mi proyecto de ingeniería, ¿el alambre de cromo delgado de alta resistencia parece calentarse más?

Para una potencia dada, el calor es el mismo; El calor es igual al poder. Incluso puedes decir que el calor es el poder.

  

De acuerdo con P = IV y V = IR, parece que un cable de menor resistencia debe crear una mayor potencia en vatios y, por lo tanto, una mayor salida de calor,

Para una tensión fija, sí.

  

Sin embargo, en el proceso de diseño de un sistema de calefacción de carreteras, parece que el cable de alta resistencia más delgado genera la mayor cantidad de calor.

Para una potencia fija, no. ¿Pero quizás los sistemas de calefacción de carreteras funcionan a voltajes más altos y corrientes más bajas? Eso podría ser más eficiente, causando menos pérdida en la fuente de alimentación. Aunque eso es solo una especulación de mi parte. Depende de los voltajes y corrientes involucrados, el diseño de la fuente de alimentación y la naturaleza de la fuente de alimentación. Además, el dinero cuesta dinero, por lo que usar un cable más delgado podría ser más rentable.

  

¿Me estoy perdiendo alguna clave importante de la termodinámica? ¿O estoy tirando de algún tipo de magia negra?

No hay espacio para la magia negra en la electrónica, pero hay mucho espacio para varias consideraciones prácticas que no siempre se tienen en cuenta matemáticamente, simplemente porque eso no siempre es necesario.