Почему электрический ток нагревает провод

Когда по проводу проходит электрический ток, часть его энергии превращается в тепловую. Скорость протекания этого процесса оценивается мощностью P = UxI.

Ток в проводнике выделяет количество тепла, пропорциональное квадрату силы тока, сопротивлению этого проводника, а также времени, в течение которого проходил ток: Q = I2rt (закон Джоуля-Ленца).

Это преобразование имеет важное практическое значение: так работают лампы накаливания, электропечи и нагревательные электроприборы. Но в таких устройствах, как электродвигатель, трансформаторы, измерительные приборы выделение тепла является не только бесполезным расходованием энергии, но способно повысить температуру до выхода из строя изоляции или самого устройства.

Скорость отдачи тепла от провода в окружающую среду зависит от разности температур между ними. При включении цепи эти температуры близки друг к другу, поэтому выделение тепла незначительно, и энергия идёт на нагрев проводника, который в первое время происходит весьма интенсивно.

С нагревом провода растёт и отдача тепла в пространство. При определённой температуре возникает равновесие между выделившимся и отданным в окружающую среду теплом. Эта температура называется установившейся.

До установившейся температуры различные проводники нагреваются за разное время. Нить в лампе накаливания, к примеру, нагревается за доли секунды, а электродвигатель – за несколько часов. Изолированные провода не должны нагреваться больше определённой величины, поскольку при перегреве их изоляция может обуглиться и даже загореться. Если перегрет голый провод, он может изменить свои механические свойства, что важно при натянутых проводах.

Существующие нормативы ограничивают допустимую температуру нагрева проводов в пределах 55-100℃, при различной изоляции. Ток, который вызывает установившуюся температуру в пределах нормы, называют номинальным или предельно допустимым током провода. Для разных сечений проводов эти данные имеются в справочниках.

Если по проводу идёт ток, превышающий номинальный, провод «перегружается» и начинает перегреваться. Но так как температура устанавливается не сразу, на короткое время допускается превышение номинального тока. Если в сети возникает короткое замыкание, величина тока превосходит все пределы, и провод начинает сильно и опасно нагреваться.