Încălzirea unui conductor la trecerea curentului electric de conducție

Modul de realizare al lucrarii

Această aplicaţie se referă la efectul Joule identificabil la încălzirea unei plăci din cupru asociată trecerii unui curent electric de conducţie. Fenomenul este neliniar, deoarece rezistivitatea electrică şi conductivitatea termică a materialului variază cu temperatura.

Problema este de tip „multi-fizică”, şi necesită rezolvarea simultană a două subprobleme:

• Conducţia electrică, în care sursa electrică este în afara domeniului, reprezentată prin condiţii la limită.

• Transferul de căldură, în care sursa de căldură este reprezentată de pierderile prin efect Joule produse de curentul electric.

Astfel dupa implementarea in programul Consol Multiphyscs, au urmat introducerea parametrilor placii noastre de metal, urmand ca platforma sa inceapa sa efectueze toate calculele necesare cat si obtinerea unor imagini clare ale transportului de current cat sic el al caldurii.

In aceasta prima figura putem observa trecerea curentului electric in valoare vectoriala,cat si directia acestuia de la sensul pozitiv(+) la cel negatie(-) in functie de timpul pe la care noi l-am ales din datele problemei. Aceasta s-a evidentiat printr-o metoda grafica cu ajutorul culorilor, o forma mai explicita a trecerii curentului in urma caruia se va produce efectul Joule.

In cele prezentate mai sus trecerea unui curent electria implica incalzirea unui conductor in functie de cum este problema pusa. Tinand cont de cerinta problemei observam ca frontierele superioare, cat si inferioare sunt izolate de mediul exterior iar, placa noastra este supusa unei temperaturi a mediului ambiant de 300 grade Kelvin (27 de grade Celsius). Efectul Joule Lenz se face resimtit si isi lasa amprenta in imaginea colorata de mai jos. Deoarece nu exista schimb de caldura cu exteriorul, zonele in care predomina nuantele rosii reprezinta locul in care s-a incalzit placa la trecerea curentului electric intr-un anumit interval de timp.In cazul in care am continua experimentul iar zonele rosii ar acoperi toata suprafata placii am putea observa probabil distrugerea placii(topirea acesteia) cat si schimbarea parametrilor normali( rezistivitate, conductanta, etc.).

Avand toate aceste date calculate si implementate putem rezolva si altfel de probleme.Prin urmare este vorba despre determinarea variatiei temperaturii intr-un punct a unui material care fata de cupru are pe rand rezistivitatea(ρ) de 2, 4, si 8 ori mai mare decat cea a cuprului.Linia albastra este reprezentarea cuprului, iar celalalte 3 culori fiind rezistivitatea celui de-al doilea material. Ce observam? Cu cat rezistivitatea creste, creste si temperatura la care cel de-al doilea metal intra in efect Joule. Cuprul, luat ca referinta putem spune ca este un material foarte bun conductor si poate fi folosit in industria electrotehnica la foarte multe aplicatii.