สายทองแดงร้อนขึ้นแล้วความต้านทานเปลี่ยนอย่างไร

ความต้านทานของสายทองแดงไม่ใช่ค่าคงที่ที่เหมือนกันตั้งแต่เช้าจนห้องเครื่องร้อน การเปรียบเทียบตัวเลขโดยไม่ทราบอุณหภูมิอาจทำให้การเปลี่ยนตามธรรมชาติของวัสดุดูเหมือนความเสียหาย ในทางกลับกัน การอ้างว่าเกิดจากความร้อนเสมอก็อาจปิดบังจุดต่อที่เสื่อมได้ ต้องรู้ทั้งแนวโน้มที่คาดและสิ่งที่สูตรยังไม่ครอบคลุม

ทองแดงมีความต้านทานเพิ่มเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น

สำหรับทองแดงในช่วงอุณหภูมิที่ใช้แบบจำลองเชิงเส้นได้ ความต้านทานเพิ่มตามอุณหภูมิ โดยประมาณ R = R0[1 + α(T − T0)] เมื่อ R0 เป็นค่าที่อุณหภูมิอ้างอิง T0 และ α เป็นสัมประสิทธิ์อุณหภูมิที่สัมพันธ์กับวัสดุและฐานอ้างอิง ต้องใช้ส่วนต่างอุณหภูมิ ไม่ใช่นำอุณหภูมิปลายทางไปคูณ α โดยลืมลบฐาน

แนวโน้มนี้ไม่ใช่กฎว่าความต้านทานของทุกวัสดุต้องสูงขึ้นเมื่อร้อน วัสดุบางชนิดมีสัมประสิทธิ์ติดลบ และอุปกรณ์ประกอบหลายชนิดมีพฤติกรรมซับซ้อนกว่าเส้นตรง จึงต้องกำหนดว่ากำลังพูดถึงตัวนำทองแดง ไม่เหมารวมไปถึงเซ็นเซอร์หรือกล่องทั้งชุด สูตรยังเป็นการประมาณภายใต้ช่วงที่เหมาะสม ไม่ใช้ลากต่อไปถึงอุณหภูมิสูงผิดสภาพโดยไม่มีข้อมูล

1. 1
   ค่าตั้งต้น

   R0 ต้องมีอุณหภูมิอ้างอิง T0 กำกับ ไม่ใช้ค่าตอนเย็นแทนทุกสภาวะ

2. 2
   ส่วนต่าง

   คำนวณ T − T0 ก่อนคูณ α ของวัสดุที่ถูกต้อง

3. 3
   ค่าประมาณใหม่

   R = R0[1 + α(T − T0)] อธิบายตัวนำ ไม่ครอบคลุมหน้าสัมผัสที่หลวมเป็นพัก ๆ

ใช้แบบจำลองเชิงเส้นเฉพาะช่วงที่เหมาะสม และแยกอุณหภูมิสายจากอากาศรอบสาย

ตัวอย่างสมมติ: เปรียบเทียบที่ 20 กับ 80 องศาเซลเซียส

สมมติสายทองแดงช่วงหนึ่งมีความต้านทาน 0.040 โอห์มที่ 20 องศาเซลเซียส ใช้ α สมมติปัดเป็น 0.004 ต่อองศาเซลเซียสเพื่อฝึกคำนวณ เมื่อสายมีอุณหภูมิ 80 องศาเซลเซียส ส่วนต่างเท่ากับ 60 องศา ตัวคูณเป็น 1 + 0.004 คูณ 60 เท่ากับ 1.24 ความต้านทานประมาณ 0.0496 โอห์ม เพิ่มขึ้น 24 เปอร์เซ็นต์ ตัวเลขนี้ไม่ใช่ผลวัดสายจากรถจริง

ถ้าทราบว่ากระแสเป็น 5 แอมป์ทั้งสองสภาวะ แรงดันตกจะเพิ่มจาก 0.200 เป็น 0.248 โวลต์ และกำลังสูญเสียเพิ่มจาก 1 เป็น 1.24 วัตต์ตามแบบจำลอง การเปลี่ยนนี้เกิดขึ้นได้โดยยังไม่ต้องสมมติว่าทองแดงขาดหรือขั้วต่อสกปรก อย่างไรก็ดี ต้องยืนยันว่ากระแสเท่าเดิมจริง เพราะแรงดันตกเปลี่ยนได้จากกระแสเปลี่ยนด้วย ไม่ใช่อุณหภูมิเพียงปัจจัยเดียว

หากได้รับข้อมูลแรงดันตก 0.4 โวลต์ในสภาวะร้อน แต่ไม่มีค่ากระแสและอุณหภูมิสายที่แน่นอน จะนำมาเทียบกับ 0.248 โวลต์เพื่อประกาศว่าสายเสียไม่ได้ทันที อาจเป็นกระแสสูงกว่า อุณหภูมิแตกต่าง หรือมีความต้านทานจุดต่อเพิ่ม ข้อมูลสมมติช่วยตั้งคำถามว่าต้องรู้ตัวแปรใด ไม่ได้สร้างเกณฑ์ผ่านสำหรับวงจรทุกชนิด

กระแสคงที่กับแรงดันคงที่ให้ผลตอบสนองต่างกัน

ในโจทย์แรกเรากำหนดกระแสให้คงที่เพื่อเห็นผลของ R อย่างเดียว แต่ถ้าสายต่ออนุกรมกับโหลดตัวต้านทานและแหล่งจ่ายคงที่ เมื่อสายต้านทานเพิ่ม กระแสทั้งลูปจะลดด้วย ตัวอย่างแหล่งจ่าย 12 โวลต์กับโหลด 2 โอห์มจะมีกระแสประมาณ 5.882 แอมป์เมื่อสาย 0.040 โอห์ม และประมาณ 5.855 แอมป์เมื่อสาย 0.0496 โอห์ม จึงไม่ใช่กระแสเท่าเดิมเป๊ะ

ความร้อนจากกระแสกับอุณหภูมิของสายมีปฏิสัมพันธ์กัน แต่การคำนวณอุณหภูมิสมดุลต้องรู้การถ่ายเทความร้อนด้วย ไม่สามารถวนคูณสูตรความต้านทานแล้วบอกว่าสายจะร้อนขึ้นไม่สิ้นสุดได้โดยไม่สร้างแบบจำลองส่วนความร้อน กำลังสูญเสียมากขึ้นอาจทำให้อุณหภูมิสูงขึ้นจนระบายออกสมดุล หรืออาจเกินข้อจำกัดของวัสดุ ข้อมูลวงจรเพียงชุดเดียวไม่พอแยกผลเหล่านี้

1. 1
   ลบฐานก่อน

   80 − 20 = 60 องศาเซลเซียส

2. 2
   ตัวคูณ

   1 + 0.004 × 60 = 1.24

3. 3
   ความต้านทาน

   0.040 × 1.24 = 0.0496 โอห์ม เพิ่ม 24 เปอร์เซ็นต์

4. 4
   ผลที่ 5 แอมป์

   เมื่อกำหนดกระแสเท่าเดิม แรงดันตกเพิ่มจาก 0.200 เป็น 0.248 โวลต์

โจทย์สมมติ R0 = 0.040 โอห์ม และ α ปัดเป็น 0.004 ต่อองศาเซลเซียส

วิธีนำไปใช้เมื่อเปรียบเทียบข้อมูลต่างเวลา

1. จดอุณหภูมิอ้างอิงของค่าความต้านทานจากเอกสาร และแยกจากอุณหภูมิแวดล้อมที่อาจไม่เท่าตัวสาย
2. ระบุว่าเปรียบเทียบความต้านทานโดยตรงหรือแรงดันตก เพราะแรงดันตกยังขึ้นกับกระแส
3. ใช้สัมประสิทธิ์ของวัสดุที่ถูกต้องและคำนวณส่วนต่างจากฐานเดียวกัน
4. หากผลไม่ตรงแนวโน้ม ให้ตรวจตัวแปรที่ยังขาดและความต้านทานจุดต่อ แทนการสรุปว่าความร้อนอธิบายได้ทุกอย่าง

อุณหภูมิห้องเครื่องที่รายงานไม่ได้แปลว่าสายทุกช่วงมีอุณหภูมิเท่ากัน สายใกล้แหล่งความร้อน สายที่มีกระแสไหล และสายที่รับลมอาจต่างกัน การใช้ค่าเดียวแทนทั้งเส้นทางเป็นการประมาณที่ต้องบอก หากต้องการความแม่นขึ้นในแบบจำลองให้แบ่งช่วงตามข้อมูลที่มี แต่ไม่แต่งอุณหภูมิแต่ละช่วงเพื่อทำให้ผลออกมาตรงความคาดหวัง

ข้อผิดพลาดและขอบเขตการตีความ

การร้อนแล้วอาการเกิดไม่ได้ยืนยันว่าเกิดจากความต้านทานทองแดงเพิ่มตามสูตร อาจเกี่ยวกับแรงกดขั้ว รอยต่อ หรืออุปกรณ์อื่นที่เปลี่ยนสภาพเมื่ออุณหภูมิเปลี่ยน สูตรของตัวนำสม่ำเสมอไม่ได้อธิบายการสัมผัสเป็นพัก ๆ ทุกแบบ และการรอให้เย็นแล้วอาการหายก็ไม่ได้รับรองว่าวงจรปลอดภัย ควรใช้รูปแบบอาการร่วมกับหลักฐานเฉพาะส่วน

ไม่ควรสร้างสภาวะร้อนด้วยการจ่ายกระแสเกินพิกัดหรือให้ความร้อนแก่ชุดสายเพื่อพิสูจน์โจทย์ การเรียนรู้นี้ใช้ตัวเลขและข้อมูลที่มีอยู่ ไม่ใช่ขั้นตอนทดสอบภาวะเกินกำลัง การซ่อมหรือเปลี่ยนสายจริงต้องคืนข้อกำหนดด้านอุณหภูมิและการป้องกันตามผู้ผลิต โดยไม่ใช้ค่าความต้านทานตอนเย็นเป็นหลักฐานเดียว

ตรวจสอบผลจากเปอร์เซ็นต์และค่าอ้างอิง

ค่าเพิ่ม 0.0496 ลบ 0.040 เท่ากับ 0.0096 โอห์ม เมื่อนำหาร 0.040 ได้ 0.24 หรือ 24 เปอร์เซ็นต์ ตรงกับ α คูณส่วนต่างอุณหภูมิ ถ้าได้ 32 เปอร์เซ็นต์จากโจทย์เดิม อาจเผลอคูณด้วย 80 โดยไม่ลบ 20 ส่วนเมื่อแทน T เท่ากับ T0 สูตรต้องคืนค่า R0 พอดี เป็นวิธีตรวจฐานที่ง่ายและไม่ต้องมีเครื่องมือเพิ่มเติม

รายงานที่ดีควรบอกว่าปรับค่าด้วยสมมติฐานใดและยังไม่ได้รวมความต้านทานสัมผัสหรือความร้อนกระจายส่วนใด หากใช้ค่า α ปัดเพื่อการเรียน ให้คงคำว่าประมาณไว้ ไม่เพิ่มทศนิยมเพื่อให้ดูเป็นสเปก การรักษาฐานอุณหภูมิให้ชัดช่วยให้เห็นทั้งความเปลี่ยนแปลงที่คาดได้และข้อมูลที่ต้องหาต่อก่อนตัดสินชิ้นส่วน