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Temperaturerhöhung durch Strom in einem Draht berechnen
 
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HuabaSepp
Gast





Beitrag HuabaSepp Verfasst am: 16. Mai 2011 07:14    Titel: Temperaturerhöhung durch Strom in einem Draht berechnen Antworten mit Zitat

Hi!

Ich stehe grad vor einem Problem: Wie kann ich berechnen um wie viel Grad sich ein Draht erwärmt wenn man x Ampere durchfließen lässt.

Es geht um Formgedächtnislegierung-Drähte (Shape Memory Alloy Wires). Diese brauchen 90°C um sich zusammenzuziehen. Nur wie kann ich jetzt berechnen wie viel Ampere ich brauche um das Kabel von 20°C auf 90°C in unter einer halben Sekunde zu erhitzen und wie viel Ampere ich brauche um die Temperatur zu halten? Die Temperatur sollte nicht viel drüber gehen da sonst das abkühlen zu lange dauert.

Könnt Ihr mir da ein paar Formeln nennen?

nur wie gehts weiter?

Grüße aus Melbourne
franz



Anmeldungsdatum: 04.04.2009
Beiträge: 11573

Beitrag franz Verfasst am: 16. Mai 2011 08:29    Titel: Antworten mit Zitat

Sind der spezifische elektrische Widerstand (vielleicht sogar temperaturabhängig?) und (möglichst) die spezifische Wärmekapazität des Materials bekannt? Und die geometrischen Abmessungen (Länge, Dicke)? Ist der Draht einigermaßen gleichmäßig geformt?

Damit könnte man einen ersten primitiven Energievergleich starten: Benötigte Wärmemenge = Elektrische Energie = Elektrische Leistung * Zeit usw.

Warum fragst Du eigentlich nach der Stromstärke, nicht nach der anzulegenden Spannung?

Bei genauerer Betrachtung entdeckt man mindestens zwei Härchen in der Suppe: Die Temperaturabhängigkeit des Widerstandes und die Wärmeabgabe des Drahtes ... Könnte aber beherrschbar sein in diesem Bereich.
HuabaSepp
Gast





Beitrag HuabaSepp Verfasst am: 16. Mai 2011 09:10    Titel: Antworten mit Zitat

Hi!

Das sollten alle Daten sein die ich habe:

    Material: NiTi
    Diameter: 0.25mm
    Length: 10cm
    Pull force: 891g
    Approximate Current for 1 Second Contraction: 1.05A
    Resistance per Meter: 18.5
    Electrical Resistivity :
      Martensite (<90°C):
      Austenite (>90°C):

    Thermal Expansion Coefficient:
    [list=]Martensite:
    Austenite:

[/list]

Die Drähte sind von der Firma Dynalloy und vom Typ Flexinol. Ich hatte es in meinem Studium so verstanden das es die Stromstärke ist die entscheidet wie dick ein Kabel sein soll und nicht die Spannung. Allerdings musste ich nie darüber nachdenken wie dick ein Kabel sein muss da ich Mikroelektronik als Hauptbereich hatte. Ich lass mich aber gerne von etwas anderem überzeugen!
HuabaSepp
Gast





Beitrag HuabaSepp Verfasst am: 17. Mai 2011 04:15    Titel: Antworten mit Zitat

Hi!

Ich glaub ich bin einen Schritt weiter, gar nicht so schwer wenn man es ruhig angeht.






Darf ich einfach so setzen? Wenn ja dann ist mir klar wie es geht. Das größte Problem ist dann das ich die spezifische Wärmekapazität nicht habe. Dem Hersteller hab ich schon mal geschrieben, bis die Antworten nehme ich den Wert . Diesen Wert habe ich in einem Buch gefunden: Formgedächtnislegierungen: Einsatzmöglichkeiten in Maschinenbau, Medizintechnik und Aktuatorik von Paul Gümpel; Seite 132; Tabelle 2.3; zu finden bei Google Books. Das war aber auch zugleich der einzige Wert den ich gefunden habe.

Was sagt Ihr dazu?

Grüße
franz



Anmeldungsdatum: 04.04.2009
Beiträge: 11573

Beitrag franz Verfasst am: 18. Mai 2011 00:26    Titel: Antworten mit Zitat

Hallo!

Zum Material kann ich als Laie nix sagen; der Widerstand scheint recht hoch (seltenere Metalle?). Die spezifische Wärme klingt plausibel und auch der Energieansatz.

Aber was wird aus der Wärme? Oder anders: Wird der Strom definiert abgeschaltet? mfG
HuabaSepp
Gast





Beitrag HuabaSepp Verfasst am: 18. Mai 2011 02:31    Titel: Antworten mit Zitat

Hi!

Freut mich zu hören das ich richtig lag. Der Widerstand ist tatsächlich sehr hoch, warum kann ich auch nicht sagen. Macht das erhitzen aber viel einfacher als ein 1mOhm Drahtstück. Der Draht muss möglichst schnell auf über 90°C erhitzt und dann dort gehalten werden. Bei 90° ist der Wechsel zwischen Martensite und Austenite und der Draht wird um ca 5% kürzer. Am besten erhitzt man den Draht nicht weit über den 90° damit er schnell wieder abkühlt und länger lebt.

Grüße
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