Si quiero usar la menor corriente posible, ¿qué cable de resistencia debería usar para obtener la temperatura más alta?

5

Estoy tratando de construir un circuito que sea capaz de fundir la cera (130˚F) y usar la menor cantidad de amperios posible, ya que tendrá que ser alimentado con una batería. ¿Debo estar buscando un cable que tenga una resistencia alta o baja para obtener la mayor cantidad de calor por mAh en el circuito?

Estoy usando unos 20 pies de nicrom en este momento y se necesitan unos 28 voltios para llegar a esa temperatura con un consumo de corriente de aproximadamente 2,4 amperios, pero me gustaría usar menos corriente que eso, si es posible, y por eso Estoy buscando opciones alternativas de cable con resistencia variable.

Me encanta aprender, así que explica tu respuesta con todos los detalles que quieras. :)

    
pregunta Amol Garg

1 respuesta

18

Si actualmente necesita 28 voltios y 2.4 amperios, esa es una potencia de:

$$ 28 \: \ mathrm V \ cdot 2.4 \: \ mathrm A = 67.2 \: \ mathrm W $$

67.2 vatios. A menos que pueda usar el calor de manera más eficiente, esta es la cantidad de energía que necesita, punto. Si desea menos corriente, puede hacerlo aumentando el voltaje de manera que el producto de voltaje y potencia sea igual a 67.2 W. Pero una batería de mayor voltaje, todo lo demás igual, tendrá una capacidad menor, por lo que no aumentará la vida útil de la batería .

Esto se debe a que, si bien la geometría de la batería puede modificarse para tener un voltaje más alto, a menos que la amplíe o utilice una química diferente, la energía química de la batería no ha cambiado.

La conversión de energía eléctrica a calor es casi 100% eficiente, por lo que si necesita aumentar la vida útil de la batería, tendrá que buscar mejoras de eficiencia en otros lugares. Eso significa no calentar cosas que no son de cera, como agregar aislamiento o hacer que el recipiente de calentamiento sea lo más pequeño posible o usando una batería más eficiente.

Hay un límite teórico a la cantidad mínima de energía requerida para fundir la cera. La cera de parafina tiene un calor de fusión de aproximadamente 200 julios por gramo. Un joule es un vatio por un segundo. Por lo tanto, si necesita derretir 1000 gramos de cera de parafina, necesitará como mínimo:

$$ 1000 \: \ mathrm g \ cdot {200 \: \ mathrm J \ over \ mathrm g} = 200,000 \: \ mathrm J $$

Además, la cera debe calentarse hasta su punto de fusión. La cera de parafina tiene una capacidad calorífica específica ) en el vecindario de 2.5 julios por gramo kelvin. Un cambio de un kelvin es lo mismo que un grado Celsius. Entonces, digamos que los 1000 g de cera comienzan a 20 ° C y deben calentarse hasta el punto de fusión de 37 ° C:

$$ 1000 \: \ mathrm g \ cdot {2.5 \: \ mathrm J \ over \ mathrm {gK}} \ cdot (37-20) \ mathrm {^ \ circ C} = 85,000 \: \ mathrm J $$

Esto lleva la energía total requerida a 285,000 julios. Dada la potencia de 67 vatios de su configuración actual, eso significa que debe funcionar por un mínimo de:

$$ {285,000 \: \ mathrm J} \ cdot {\ mathrm s \ over 67.2 \: \ mathrm J} = 4241 \: \ mathrm s = 71 \: \ text {minutes} $$

71 minutos por cada 1000 gramos de parafina fundida.

En la práctica, se pierde energía adicional para calentar otras cosas, como el aire, el recipiente y la batería, por lo que, para mayor eficiencia, solo tiene que preocuparse de calentar la cera, y solo la cera.

    
respondido por el Phil Frost

Lea otras preguntas en las etiquetas