Ich hab hier einen 0,7mm 3,6 Ohm/m Kanthal D Widerstandsdraht und würde gerne wissen wie warm dieser wird. Sagen wir ich bestrome ihn mit 1.2A bei 5V sind das 1.15m, also 6 Watt. Wie errechne ich nun die maximale Temperatur des Drahtes? Mir geht es nur um eine grobe Angabe, die Feinabstimmung wird am Objekt direkt gemacht.
:
Verschoben durch Admin
Das hängt davon ab, wie gut der Draht isoliert ist. Läuft er frei durch einen Raum oder wird gar mit einem Lüfter gekühlt ist das was anderes, als wenn er zu einer Spirale aufgerollt in einem geschlossenen Behälter betrieben wird.
Stulle schrieb: > Wie errechne ich nun die maximale Temperatur des Drahtes? Gar nicht. Er wird im Vakuum heisser als unter Wasser, und gewendelt heisser als aufgeklebt auf eine Aluplatte.
Stulle schrieb: > grobe Angabe, Ein 10W-Lötkolben schmilzt sogar Zinn. Genauerer Wert: Heiß oder kalt je nach Luftstrom oder anderen Wärmeverlusten.
Stulle schrieb: > Wie errechne ich nun die maximale Temperatur des Drahtes? Das wird schwierig. Bist Du gut im Erstellen und Lösen von Differentialgleichungen? Im Ernst: Messen ist da wesentlich einfacher als errechnen.
Der Draht soll in ein Reagenzglas welches mit Öl gefüllt wird. Das ganze soll um die 80° bekommen um eine Ätzküvette zu erwärmen. D.h. ich fang am besten mit kleine Strom an und teste mich hin...
Es gibt zwei gegenläufige Effekte: Durch die Temperaturerhöhung vergrößert sich der Widerstand, die Leistung (U²/R) nimmt linear ab. Die Wärmestrahlung nimmt in der vierten Potenz mit der Temperatur zu, dazu käme noch die Konvektion, wenn der Draht einfach frei horizontal in einem Raum mit Luft unter Normaldruck gespannt ist. Bei jeder anderen Konfiguration wird es noch schwieriger weil man dann auch weitere temperaturabhängige Wärmeableitung berücksichtigen müsste.
Stulle schrieb: > Der Draht soll in ein Reagenzglas welches mit Öl gefüllt wird. Das > ganze soll um die 80° bekommen um eine Ätzküvette zu erwärmen. Dann wird die Energie (Wärme) relativ schnell vom Draht ins Öl kommen. Das Glas drum herum ist wiederum ein schlechter Wärmeleiter, so daß sich ein Temperaturgradient zwischen der Temperatur im Öl und der Temperatur der Ätzlösung einstellen wird. Die Physik sagt uns (dir) also erst mal nur, daß es im Reagenzglas wärmer sein wird als außerhalb. Eine Endtemperatur läßt sich mit diesen Angaben nicht angeben. Im Gegenteil: wenn wir annehmen daß die Ätzküvette gut gegen die Raumtemperatur isoliert ist, dann hängt die Temperatur ausschließlich davon ab, wie lange die Heizung läuft. In der Praxis wird auch Energie (Wärme) von der Ätzküvette an die Umgebung abgegeben werden. Und vermutlich wird man die Raumtemperatur als konstant annehmen können. Und man kann wohl weiter annehmen, daß innerhalb des Öls und innerhalb der Ätzlösung die Temperatur jeweils halbwegs konstant ist (wegen der Konvektion). Dann hat man jetzt alles, was man für die Modellierung benötigt: - die Heizung die eine bestimmte Leistung P bereitstellt - den Wärmewiderstand vom Heizdraht zum Öl - den Wärmewiderstand vom Öl zur Ätzlösung - den Wärmewiderstand vod der Ätzlösung zur Umgebung - die (konstante) Temperatur der Umgebung Die Wärmewiderstände kann man abschätzen oder (besser) messen. Und dann kann man für jede Heizleistung und Umgebungstemperatur die Temperaturen von Heizdraht, Öl und Ätzlösung ausrechnen. Details zur Modellierung: https://en.wikipedia.org/wiki/Thermal_resistance (die englische Wikipedia ist hier wesentlich besser als die deutsche)
Stulle schrieb: > Der Draht soll in ein Reagenzglas welches mit Öl gefüllt wird. Dann wird der Grossteil der Wärme durch bewegte Flüssiggkeit abtransportiert. > Das ganze soll um die 80° bekommen um eine Ätzküvette zu erwärmen. Dann ist relevant, wie gross die Oberfläche der Küvette ist, denn über die verliert die Küvette ihre Wärme, und wie kalt es draussen ist, nehmen wir 20 GradC an. Bei 1m2 Küvettenoberfläche bewirken deine 6 Watt ungefähr eine Temperatursteigerung von 1 GradC. Wie gut der Draht die Wärme ans Öl, ans Reagenzglas und das wiederum ans Ätzmittel übertragen kann ist unbekannt, aber wenn die Flüssiggkeiten frei strömen können, ist das nicht viel mehr, so 3 GradC wärmer, bei schlechter Durchmischung 10 GradC wärmer, aber nicht mehr.
Stulle schrieb: > Der Draht soll in ein Reagenzglas welches mit Öl gefüllt wird. Das ganze > soll um die 80° bekommen um eine Ätzküvette zu erwärmen. > > D.h. ich fang am besten mit kleine Strom an und teste mich hin... Ja - damit bist Du auf dem richtigen Weg.:) Häng in das Öl am besten einen Thermofühler rein (NiCr/Ni). Im Prinzip sind derartige Fühler eigentlich Thermoelemente; d.h. in Abhängigkeit einer zu messenden T liefern sie eine entspr. U. Wenn Du Dir so einen Fühler besorgt hast, mißt Du am besten die zwei U, die er in Eis-Wasser und kochendem liefert. Du kannst davon ausgehen, daß sich solche Fühler linear verhalten. D.h. Du kannst an Hand der 0°- und 100°-C-Werte (z.B. per mm-Papier) eine Skala erstellen, welche Dir den U-Wert des Fühlers z.B. bei 80° C angibt. Du kannst auch sicher sein, daß diese Vorgehensweise zuverlässig ist. :)
Tcf K. schrieb: > Es gibt zwei gegenläufige Effekte: Durch die Temperaturerhöhung > vergrößert sich der Widerstand ... Diesen Effekt würde ich nicht überbewerten und erstmal vernachlässigen. Ein Blick ins Datenblatt hätte dir verraten, dass sich da insbesonder über den relevanten Temperaturbereich bei Kanthal D nicht viel tut. Es wird hoffentlich wohl keiner auf die Idee kommen, den Flammpunkt des Öles zu überschreiten. http://kanthal.com/en/products/material-datasheets/wire/resistance-heating-wire-and-resistance-wire/kanthal-d/
>Tcf K. schrieb: >> Die >> Wärmestrahlung nimmt in der vierten Potenz mit der Temperatur zu > >krass Man sollte hier praezisieren. Es handelt sich um die absolute Temperatur, also in Kelvin. Und man muss auch den Austausch beruecksichtigen. Man hat zwei Strahler. Das Objekt und dessen Umgebung. Die strahlen sich gegenseitig an. Wenn die Temperatur gleich ist, wird auch nichts ausgetauscht. So etwa. Also delta-Power proportional T(obj)^4 - T(amb)^4. Da kommen dann noch Emissivitaet, Reflexion, Streuung und so als Faktoren hinein.
:
Bearbeitet durch User
Oder D. schrieb: > Man sollte hier praezisieren. Es handelt sich um die absolute > Temperatur, also in Kelvin. Was sollte man da präzisieren? Verstehe ich nicht. :) Meinst Du es macht einen Unterschied, ob man Berechnungen in Grad K oder C ausführt?
L. H. schrieb: > Meinst Du es macht einen Unterschied, ob man Berechnungen in Grad K oder > C ausführt? Wenn man's richtig macht, nicht. Richtig muss es heißen " K oder Grad C". Die Einheit "Grad K" gibt es nicht.
L. H. schrieb: > Meinst Du es macht einen Unterschied, ob man Berechnungen in Grad K oder > C ausführt? Allerdings, nimm mal die 4te Potenz von 0°C und die von 273,15K. Wenn das kein Unterschied macht.
Letztendlich kommt es ja auf die Heizleistung an und nicht unbedingt auf die Drahttemperatur. Du willst eine bestimmte Menge Flüssigkeit in einer bestimmten Zeit auf eine bestimmte Temperatur bringen und halten. Du musst also mehr Energie einbringen, als das System wieder an die Umgebung abgibt. Die Temperatur des Heizdrahtes spielt dabei eigentlich eine untergeordnete Rolle (Ok, sie muss natürlich deutlich über der gewünschten Temperatur der Flüssigkeit liegen). Und da würde ich einfach mal schauen, mit welchen Heizleistungen handelsübliche Küvetten arbeiten und mich daran orientieren. Schätze, mit den 6W kommst du nicht weit.
W.A. schrieb: > Richtig muss es heißen " K oder Grad C". Die Einheit "Grad K" gibt es > nicht. Selbst, wenn man das unterschiedlich sieht: In beiden Fällen handelt es sich um graduelle Temperatur-Skalen. Weshalb auch m.E. die "Abschaffung" (1967) von Grad K an sich "hirnrissig" ist. Der Andere schrieb: > Allerdings, nimm mal die 4te Potenz von 0°C und die von 273,15K. > Wenn das kein Unterschied macht. Ein interessantes Argument.:) Temperaturen verändern sich durch Wärme-Zufuhr oder -Abfuhr. Was mathematisch korrekt ist, muß sich nicht unbedingt als T-Veränderung auswirken (können). Oder ist Dir ein konkretes Beispiel bekannt, daß sich durch Potenzierung eines Wertes eine T verändert? Und überleg Dir bitte dazu auch gleich, wie "praxisnah" es sein kann, von Betriebsbedingungen bei 0° C auszugehen.:D Stulle schrieb: > Ich hab hier einen 0,7mm 3,6 Ohm/m Kanthal D Widerstandsdraht und würde > gerne wissen wie warm dieser wird. > > Sagen wir ich bestrome ihn mit 1.2A bei 5V sind das 1.15m, also 6 Watt. > Wie errechne ich nun die maximale Temperatur des Drahtes? Versuch das mal ganz anders herum zu sehen: a) die max. T eines Heizdrahtes ist definitiv durch seinen Schmelzpunkt bestimmt b) seine Erwärmung hängt einerseits vom Strom ab, mit dem er beaufschlagt wird, und c) andererseits von seiner Länge (bei gleichem Stromfluß, wie unter b) D.h. Du kannst bei gegebenem Strom allein durch Längenveränderung des Heizdrahtes die mit ihm erzeugbare T in einem sehr weiten Bereich variieren. Stulle schrieb: > Mir geht es nur um eine grobe Angabe, die Feinabstimmung wird am Objekt > direkt gemacht. Es wird Dir auch gar nichts anderes übrig bleiben, als das am Objekt fein abzustimmen. Weil Du Dir m.E. jegliche Berechnungen "auf den Bauch klatschen" kannst.:) Die können nämlich die tatsächlichen Gegebenheiten überhaupt nicht erfassen. Du hast 0,7 mm Drahtstärke, wodurch kaum Gefahr besteht, daß der Draht recht schnell schmilzt. D.h. Du kannst den (auch bei Tageslicht) unproblematisch in die helle Rotglut fahren. Die Frage ist natürlich, ob Du die helle Rotglut am Objekt überhaupt brauchst. Bzw, was Du unter den Gegebenheiten brauchst. Am besten kannst Du das feststellen, wenn Du zunächst eine großzügige Heizwendel wickelst. Und der anschließend nach und nach einzelne Windungsgänge abzwickst. So lange, bis das gewünschte Ergebnis unter den Gegebenheiten erreicht wird.
L. H. schrieb: > Selbst, wenn man das unterschiedlich sieht: > In beiden Fällen handelt es sich um graduelle Temperatur-Skalen. > Weshalb auch m.E. die "Abschaffung" (1967) von Grad K an sich > "hirnrissig" ist. Welchen Grund gibt es, einer Temperaturskalenangabe (Einheit) ein "Grad" voran zu stellen. Graduell, i.e. grad-, stufenweise, abgestuft oder auch allmählich sind doch die meisten Skalen, die etwas mit quantitativer Messung zu tun haben.
L. H. schrieb: > In beiden Fällen handelt es sich um graduelle Temperatur-Skalen. > Weshalb auch m.E. die "Abschaffung" (1967) von Grad K an sich > "hirnrissig" ist. Da das Kelvin erst 1968 erstmalig eindeutig definiert wurde, kann man von einer "Abschaffung" eigentlich nicht sprechen. Grundsätzlich wurden die Temperaturskalen sowieso schon mehrfach neu definiert, sodas man bei Präzisionsmessungen angeben muss, auf welche Temperaturskala man sich bezieht. Für normale Temperaturmessungen spielen diese Unterschiede natürlich keine Rolle. Die Temperatur ist übrigens neben dem Kilogramm und dem Ampere eine Masseinheit, die nach wie vor nicht eindeutig physikalisch definiert ist.
Harald W. schrieb: > Die Temperatur ist übrigens neben > dem Kilogramm und dem Ampere eine Masseinheit, die nach wie > vor nicht eindeutig physikalisch definiert ist. Was gefällt dir an absolutem Nullpunkt und Trippelpunkt des Wassers nicht?
W.A. schrieb: > Harald W. schrieb: >> Die Temperatur ist übrigens neben >> dem Kilogramm und dem Ampere eine Masseinheit, die nach wie >> vor nicht eindeutig physikalisch definiert ist. > > Was gefällt dir an absolutem Nullpunkt und Trippelpunkt des Wassers > nicht? Das ist keine physikalische Definition, sondern nur eine Messung. Das heisst, je nach Messbedingungen kann es dazu Fehlern kommen. Die elektrische Spannung ist z.B. durch eine physikalische Formel eindeutig definiert und kann mit Josephsonelementen eindeutig dargestellt werden. Sämtliche Referenzelemente sind dagegen sog. Sekundärnormale, die nur unter Zuhilfename eines Primärnormals kalibriert werden können.
Stulle schrieb: > Ich hab hier einen 0,7mm 3,6 Ohm/m Kanthal D Widerstandsdraht und würde > gerne wissen wie warm dieser wird. Das hängt stark von der Wärmeabfuhr ab, die man z.B. durch Rühren sehr verstärken kann. Eine Temperaturmessung über die Widerstandsmessung funktioniert schlecht, weil die meisten Widerstandslegierungen nur sehr kleine Temperaturkoeffizienten haben. Ein simpler Eisendraht (Blumendraht) ist dafür besser geeignet, aber leider auch viel korrosionsanfälliger. Im Prinzip willst du aber wohl gar nicht die Temperatur des Heizers wissen, sondern die des Ätzbades. Dafür eignen sich gewöhnliche Glasthermometer recht gut. P.S.: Als Heizer eignen sich auch Glühlampen mit Reflektor recht gut, die man unter der Küvette anbringt.
:
Bearbeitet durch User
W.A. schrieb: > Welchen Grund gibt es, einer Temperaturskalenangabe (Einheit) ein "Grad" > voran zu stellen. Graduell, i.e. grad-, stufenweise, abgestuft oder auch > allmählich sind doch die meisten Skalen, die etwas mit quantitativer > Messung zu tun haben. Deine Frage, warum man T-Skalen auch noch "Grad" voran stellt, ist an sich berechtigt, weil man sich das auch "schenken" könnte. Leider kann ich Dir die Frage nicht (genau) beantworten. Aus meiner Sicht könnte das etwas damit zu tun haben, daß die Thermodynamik mit zu den ältesten physikalischen Gebieten gehört. Sie wurde in unterschiedlichen Ländern mit unterschiedlichen T-Skalen vorangetrieben. Vielleicht ist es deshalb nur Tradition, zu benennen, um welche Grad-Skala es sich jeweils handelt(e). Harald W. schrieb: > Die Temperatur ist übrigens neben > dem Kilogramm und dem Ampere eine Masseinheit, die nach wie > vor nicht eindeutig physikalisch definiert ist. Da verstehe ich Dich nicht so ganz: a) T-Skalen haben Bezugspunkte, die eindeutig nachmeßbar sind b) seit wann ist das kg nicht (mehr) eindeutig definiert? c) seit wann ist die Silberabscheidung eines A nicht mehr relevant? => https://de.wikipedia.org/wiki/Ampere Wir sind uns sicher darin einig, daß die Basis jeglicher Physik die Experimentalphysik ist. Vielleicht auch darin, daß tradierte Annahmen nur so lange Gültigkeit haben, bis man es "besser weiß"; d.h. neue Erkenntnisse die Veranlassung dazu sind, tradierte auf den "Müllberg" zu werfen. Mich beschleicht großes Unbehagen, wenn ich im o.g. Hinweis lese: "Im Oktober 2005 beschloss das Internationale Komitee für Maß und Gewicht (CIPM) die Vorbereitungen für eine Neudefinition der Einheiten Kilogramm, Ampere, Kelvin und Mol zu treffen, basierend auf Naturkonstanten, um diese auf der nächsten Generalkonferenz im Jahr 2011 beschließen zu können.[4] Daraufhin wurde im Jahr 2006 ein Vorschlag zur Umsetzung veröffentlicht.[5] Gemäß diesem Vorschlag wäre das Ampere definiert durch den Fluss einer bestimmten Menge von Partikeln mit der Elementarladung pro Zeit." Neue "umwerfende" Erkenntnisse? Wo sind die denn?? "..basierend auf Naturkonstanten"? Gibt es denn inzwischen "bessere" Naturkonstanten? Z.B. bezogen auf ein kg? Oder beschäftigt sich hier ein Komitee mit Dingen, die so überflüssig sind, wie ein Kropf. :D Harald W. schrieb: > Das ist keine physikalische Definition, sondern nur eine Messung. > Das heisst, je nach Messbedingungen kann es dazu Fehlern kommen. Der absolute Nullpunkt ist eben so exakt definiert, wie der Tripelpunkt des Wassers. Ja - es kann zu Meßfehlern kommen.:) Bei hinreichender Anzahl von Messungen läßt sich der Fehler jedoch quantifizieren. Soll heißen: Die Verifizierung experimenteller physikalischer Ergebnisse ist eher ein Problem der Statistik. Auch beim Josephson-Effekt sind Messungen erforderlich. Keine Meßfehler möglich? Kaum zu glauben. ;) Hp M. schrieb: > Im Prinzip willst du aber wohl gar nicht die Temperatur des Heizers > wissen, sondern die des Ätzbades. > Dafür eignen sich gewöhnliche Glasthermometer recht gut. Ich denke, am besten läßt sich der ganze Sums in den Griff bekommen, wenn sowohl im Heizer, als auch im Ätzbad die Temperaturen gemessen werden können. Weil im Ätzbad eine bestimmte T erreicht werden soll. Die aber vom Heizer bereitgestellt wird: Stulle schrieb: > Der Draht soll in ein Reagenzglas welches mit Öl gefüllt wird. Das ganze > soll um die 80° bekommen um eine Ätzküvette zu erwärmen. Öl ist el. nicht leitend, weshalb sich beim Heizer ein Thermoelement (NiCr/Ni) als T-Fühler anbietet. Letztlich muß der Heizer so geregelt werden, daß sich im Ätzbad die gewünschte T einstellt. Die gelieferten U-Werte des Thermoelementes können zur Regelung verwendet werden.
Thread beobachten
Seitenaufteilung abschaltenBitte melde dich an um einen Beitrag zu schreiben. Anmeldung ist kostenlos und dauert nur eine Minute.
Bestehender Account
Schon ein Account bei Google/GoogleMail? Keine Anmeldung erforderlich!
Mit Google-Account einloggen
Mit Google-Account einloggen
Noch kein Account? Hier anmelden.