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ニクロム線が熱くなる仕組みを教えてください。

E=RIで考えてみたんですけど、よくわかりません。
金属が熱くなるのは電流が沢山流れるからだと習いました。
でも電気がたくさん流れても銅腺は熱くなりません。
なんでですか?

ニクロム線の抵抗:0.00000108Ω
銅線の抵抗:0.000000016Ω
ステンレスの抵抗:0.00000072Ω

電流はI=E/Rになるので、ニクロム線に乾電池に繋いだ場合の電流は
I=1.5V/0.00000108Ω=1388888A
銅線に乾電池を繋いだ場合の電流は
I=1.5V/0.000000016Ω=89285714.29A
ステンレスに乾電池を繋いだ場合の電流は
I=1.5V/0.00000072Ω=2083333.33A

銅線の方が電流はたくさん流れています。
なんでニクロム線は熱くなるのでしょうか?
ステンレスはどうなるのでしょう?熱くなるのですか?

熱くなる事を考えるにはオームの法則以外に必要ですか?
例えとかニュアンスとかじゃなくて、科学的に教えてください。
公式とかを使って教えてください。

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A 回答 (5件)

 #3です。


 補足を拝見しました。

>もうちょっと子供向けの補足お願いします!

 数式を使った説明が分からないとすれば、これ以上の説明はできません。文章だけで論理的に途中の経過を含めて解説することができないからです。そのため、より深い理解を得たいのでしたら、それだけの勉強をしてからにしたほうがいいでしょう。
 以後の説明は、数式が分かるという前提で行います。

>あの、この答えだとステンレス線が一番発熱量が大きい事になってますが、つまりステンレスが一番熱くなるって事ですか?

 先ほどの前提であれば、そういう結果になりますが、これは乾電池の内部抵抗値と電線の抵抗値によります。
 電線の抵抗値が内部抵抗値と同じとき、消費電力は最も大きく、内部抵抗値から離れるにしたがって、消費電力は低下します。しかし、消費電力の低下は、電線の内部抵抗が大きくなる場合はなだらかですが、小さくなる場合は急激です。
 そのため、内部抵抗を0.2Ωとした場合、この値に最も近いステンレス線の消費電力が最も大きくなり、0.2Ωよりも離れたニクロム線の方が銅線より消費電力が大きくなっています。

>W=E^2 R/(r+R)^2
>↑これって何の公式ですか?

 オームの法則から導いた式です。公式ではありません。
 オームの法則を使うと、電流をIとおけば次のようになります。
  E=Ir+IR   ∴I=E/(r+R)
 次に、消費電力は#4さんが示されたように次の関係があります。
  W=RI^2
 この式に、先ほどのIについての式を代入すると、
  W=E^2 R/(r+R)^2
の式が得られます。
 ちなみに、この式からは消費電力はR=rのとき最大値W=E^2/4rをとることが分かります。

>あと電線の抵抗値ってどういう公式使ったんですか?
>その公式使えば他の金属の電線の抵抗値も求められますか?

 電線の抵抗値Rは、材質の体積抵抗率をρ、長さをL、断面積をSとすると次のようになります。
  R=ρL/S
 この公式は、材質が電線状のもので中に隙間なく材質が密集していれば、他の金属でも電線の抵抗値を求めることができます。

この回答への補足

オームの法則を使うと、電流をIとおけば次のようになります。
  E=Ir+IR   ∴I=E/(r+R)
↑E=IRしかしりませんでした。
E=Ir+IRも調べてみます。

補足日時:2007/01/30 00:02
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> 熱くなる事を考えるにはオームの法則以外に必要ですか?


そうですね。電力という概念が必要です。

P=EI

電力というのは、電気がする仕事(性格には仕事率)です。熱なら、発熱ということになります。電気に仕事をさせるには、電流だけではなく、電圧も大きい必要があります。これを掛け合わせたのが電力「P」で、これが大きければ大きいほど、発熱が大きいということになります。

で、E=IRの、オームの法則と組み合わせましょう。

P=I^2 R(Iの2乗×R)

ですから、この式からは、Iが大きければ大きいほど、発熱が多いことはおっしゃるとおりです。

ですが、Rを忘れてはいけません。

電気ヒーターを見てください。コンセントから、電気コードを通って電流が流れ、これがニクロム線をとおり、電気コードを通ってコンセントに戻ります。この間は一本道です。したがって、電気コードもニクロム線も、同じ大きさの電流が流れています。

先ほどの式に戻りましょう。

P=I^2 R

ですから、直列に接続されたものは、電流が同じであるがゆえ、その発熱量は抵抗に比例する、ということになります。
ここで、ニクロム線のヒーターを良く見てください。ニクロム線のヒーターは、長いニクロム線をぐるぐる巻きにして、ヒーターにしています。長いということは、抵抗が大きいので、ここでの発熱が大きくなります。一方、電気コード(銅線)のほうは、できるだけ電気抵抗が小さくなるようになっていて、ここでの発熱は非常に小さくなるようになっています。
ですから、電気コードは抵抗が少ないので発熱量が少なく、ニクロム線のヒーターは発熱するわけです。

では、なぜあなたがニクロム線を乾電池につないだとき、ニクロム線のヒーターは熱くならなかったのでしょうか。
答えは、乾電池にあります。実は、乾電池は電気を発生しますが、中に抵抗の成分(内部抵抗といいます。)があり、これが案外大きいのです。
乾電池にニクロム線をつなぐと、乾電池の内部抵抗がニクロム線と直列につながれることになります。乾電池内の抵抗は、あなたがつないだニクロム線の抵抗よりもずいぶん大きい(普通、数Ωはあります)ので、発熱はほとんどここから起こります。あなたが実験したとき、乾電池が熱くなっていなかったでしょうか。本当は、このようなことをすると乾電池が過熱して、液漏れや、最悪の場合は爆発したりするので、本当はやってはいけません。
いずれにせよ、乾電池の内部抵抗に比べると、ニクロム線だろうがステンレスだろうが、その電気抵抗はほとんどゼロといっていいくらいです。ですから、ここからはほとんど発熱が生じません。

ニクロム線を電熱線として使用する場合、その長さ(すなわち、抵抗)が、大きすぎると、電流があまり流れないので、発熱しません。一方、小さすぎると、電源装置(電池など)の内部抵抗のほうが大きいので、ニクロム線からはあまり発熱しないことになります。
電熱線として使用するには、ほどよい抵抗値というのがあります。これは、ちゃんと「設計」しないといけないので、それはまたの機会に。
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 その理由は、接続するものの抵抗値が低いため、乾電池の内部抵抗が無視できなくなるからです。


 乾電池内の抵抗は、理想的には0と見られていますが、現実には0.数Ωの内部抵抗を持っています(乾電池の消耗度などにより変化しますが)。
http://www.nararika.com/butsuri/jikken/denki/nai …

 ニクロム、銅、ステンレスの抵抗値を挙げられていますが、これは(単位断面積単位長さ当たりの)体積抵抗率ですよね(単位はΩmのはずです)。
 これらの金属を電線状にして乾電池に接続する際は、金属の抵抗値ではなく電線としての抵抗値を使わなければなりません。電線としての抵抗値は、電線の線径、長さなどによって変わってきますので、計算で求めるよりは実測したほうが正確な値が出ます。
 ただ、それでは電池の内部抵抗との関係が説明しづらいので、参考用として断面積1mmで長さが1m(内部の素線は1本だけとします)の電線で考えて見ますと、各電線の抵抗値は次のとおりになります。
  ニクロム線: 1.1Ω
  銅線:    0.016Ω
  ステンレス線:0.72Ω

 ここで、乾電池の内部抵抗を仮に0.2Ωだとすると、電線での発熱量(消費電力)は次のようになります。
  ニクロム線: 1.5W
  銅線:    0.77W
  ステンレス線:1.9W

 このことから、同じ形状の電線ならば、銅線よりもニクロム線の方が約2倍発熱することが分かり、質問者さんの実感に合うものになっていると思われます。
 ちなみに、消費電力Wを求める式は、電池の起電力をE、電池の内部抵抗をr、電線の抵抗をRとすると、オームの法則から、次のようになります。
  W=E^2 R/(r+R)^2

 なお、この実験をしていると、時間の経過とともに電線が発熱することで、電線の抵抗値はさらに上昇します。その傾向は電気抵抗の温度係数で表せますが、数10度程度の温度上昇では抵抗値にさほどの影響は与えない(材質にもよりますが20度上昇で1割程度の増加)ので無視しても構わないと思います。

この回答への補足

ありがとうございます!

あの、この答えだとステンレス線が一番発熱量が大きい事になってますが、つまりステンレスが一番熱くなるって事ですか?
W=E^2 R/(r+R)^2
↑これって何の公式ですか?
あと電線の抵抗値ってどういう公式使ったんですか?
その公式使えば他の金属の電線の抵抗値も求められますか?

もうちょっと子供向けの補足お願いします!

補足日時:2007/01/29 22:43
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#1です。

補足します。

> 公式とかを使って教えてください。

実際に出る熱量は,消費電力×時間 で決まります。2倍の時間電流を流せば,2倍の熱が出ます。

ここは話を簡単にするために一定の時間で比べることにします。

消費電力をP[W]とすると,
 P[W]=E[V]×I[A]
で決まります。ですから,実際に出る熱の量は,流れる電流以外にその部分にかかる電圧を考慮する必要があるということです。

#1の例ですが,掃除機の場合,モーター部分の抵抗が大きく,コードの部分の抵抗は(銅線ですから)小さいわけです。その結果,100[V]というコンセントの電圧はほとんどがモーター部分にかかることになります。(※)
つまり,コードの部分の電圧はゼロに近いのです。そのため,(モーターから出る熱と比べれば)発熱もゼロに近くなります。

※抵抗を直列につないだ場合,抵抗値が大きい部品にかかる電圧の方が大きくなります。例えば,10Ωの抵抗と20Ωの抵抗を直列につないで30Vの電圧をかけると,
流れる電流は
 I=E÷R=30V÷30Ω=1A
となります。その結果10Ωの抵抗にかかる電圧は
 1A×10Ω=10V
20Ωの抵抗にかかる電圧は
 1A×20Ω=20V
となりますから,直列回路では抵抗の大きい部分に電圧が多くかかるということになります。

この回答への補足

ありがとうございます。
でも、意味がわかりません。I=E÷R=30V÷30&#8486
「30&#8486」がよくわかりません。Ωとかにするとどれくらいなんですか?というか、どれくらいの電流が流れると発熱するんですか?私の計算だとニクロム線も銅線もかなり電流が流れてます。なんでニクロム線だけ熱くなるのかわからないのです。

乾電池にニクロム線を繋げただけでニクロム線が熱くなる理由を知りたいです。抵抗が大きいと熱を発生するならなんで私が乾電池のプラスとマイナスを持っても熱くならないのですか?人間は抵抗が高いと思うのですが、V=RIで電流は少なくても電圧は凄く高くなると思うのですが、なんで熱くならないのですか?もしかして人間が銅線よりも抵抗が低いって事ですか?

補足日時:2007/01/29 22:11
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質問のようにつないだ場合は銅線も熱くなります。



例えば,以前JAFのユーザーテストで読んだことがあります
(以下,危険なので絶対に試さないように)
クルマのバッテリ上がりのとき,他の車のバッテリを一時的につないでエンジンをかけますが,プラスマイナスを逆につないだらどうなるか,というものでした。結果は,銅線に大電流が流れて発火していました。

家電のコードでも,掃除機やヘアドライヤーのような大電流が流れるコードはそれなりに熱を持つものです。

それでは,家電のコードがなぜ発火しないのかというと,電流が発火するほど流れていないからなのです。つまり,掃除機の場合,モーターの部分の抵抗が大きいため,必然的にコードに流れる電流が抑制される,その結果,銅線は熱くならないのです。(抵抗部分となるモーターは熱くなっていますので,掃除機の排気口から出る風は熱いはず)
何らかの理由でショートすれば,コードに大電流が流れて発火することでしょう。(その場合は先にヒューズが切れるので,実際に発火することはあまりないはずです)
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Qニクロム線を用いる理由

ヒーターにニクロム線が多く用いられていると以前目にしました。それは「電気抵抗が大きいから」という理由ですが、そこで疑問が生じました。

ジュール熱が、
Q=V^2/R
に従って発生するのであれば、
コンセントに差し込んで、同じ電圧をかけたとき、
電気抵抗Rが小さい方が大きい熱量を発生することになるので、
「電気抵抗が大きくて、発生する熱量が大きいから」
という理由ではないという結論に至ります。

それでは、何故ニクロム線が用いられるのでしょうか?
他に理由があるのか、私の考えに何かがヌけているのか・・・ご意見よろしくお願いします(><)

Aベストアンサー

ヒーターにニクロム線が多く用いられているのは「電気抵抗が大きいから」ではないと思われます。
ヒーターの発熱体は、伝導、対流、放射のどれかによって被加熱物を暖めるために、必ずヒーターの方が対象より温度が高くなります。

そのため発熱体は、高温度での安定性が最も重要です。
1.耐熱性が大きく、熔融、軟化、酸化温度が高く、酸化膜が強いこと。
2.耐食性が大きく化学的に安定なこと。
3.適当な抵抗値(必ずしも最大ではない)を持つこと。つまり、抵抗率が比較的に大きく、温度係数が小さいこと。
4.伸展性が大きく加工がしやすく経済性があること。

などによって、ニッケル・クロム系の合金や鉄・クロム計の合金が適します。
最高使用温度950℃から1200℃のものがあります。

Qニクロム線の抵抗・線径・発熱量について

100Vで600Wのニクロム線があります。線径は約0.6mmです。この抵抗は約16.5Ωです。
---------------------------------------------------------------------------------------------
このニクロム線を直列に2本繋ぐと300Wで約33Ωだと思います。(以下全て100Vの設定)
しかし、ニクロム線は赤くならないと思いますが、発熱量は600Wの半分と考えていいでしょうか?
.....とすれば、仮に600Wのニクロム線を半分に切って300Wとすれば、発熱量は600Wの2倍になって赤くなり断線すると思いますが、この考え方でいいでしょうか?
----------------------------------------------------------------------------------------------
しかし、
新しくニクロム線を巻きたいと思ってW数・線径・長さの計算式は色々とありますが、その計算では赤くなり過ぎて断線したり、赤くならいで発熱量が得られ無かったりしております。
ちなみに極短ですが添付画像のような計算(約570W)で実際に実験しましたが、瞬時に断線しました。当たり前ですね。
--------------------------------------------------------------------------------------------------
ニクロム線径と抵抗値の表はありますが、計算通りにはいかないようですので、新しく巻く時の計算式があればお教え下さい。
例えば、
200Wで コイル長さ(密着巻)20㎝、コイル径(芯)3mmの場合、ニクロム線の径は?

100Vで600Wのニクロム線があります。線径は約0.6mmです。この抵抗は約16.5Ωです。
---------------------------------------------------------------------------------------------
このニクロム線を直列に2本繋ぐと300Wで約33Ωだと思います。(以下全て100Vの設定)
しかし、ニクロム線は赤くならないと思いますが、発熱量は600Wの半分と考えていいでしょうか?
.....とすれば、仮に600Wのニクロム線を半分に切って300Wとすれば、発熱量は600Wの2倍になって赤くなり断線すると思いますが、この...続きを読む

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No.2に示したURLの「ニッケルクロム電熱線」の「NCHW1」をご覧になってください。線径に関係なく最高使用温度は1100度になっています。つぎに「温度特性チャート」の「電熱線・温度電流特性」をご覧になってください。線径0.2mmを見ると1100度で2.6Aになっています。これは直線上の電熱線を空気中に水平に張った場合の数値であることに注意してください。コイルにする場合には安全度を十分に見込んでください。

参考に示したニクロム線を使うわけではないので、ご使用のニクロム線の仕様を取り寄せてください。

Q電気の問題、ニクロム線の長さを求める計算が解りません。

こんばんは。
電気の出題なのですが、どうして計算したらよいか解らず、困っています。
問題はこちらです。

問題)
直径0.6(mm)で抵抗率1.2×10の-6乗(Ω・m)のニクロム線を用いて100(V)1(kw)の電熱器を作るには、ニクロム線が何(m)必要かを求めなさい。

計算方法と、できれば解りやすく説明して頂けると助かります。
どうかよろしくお願いします。

Aベストアンサー

まず、必要なニクロム線の抵抗値を求めます。

電力=電圧×電流×力率

ですが、電熱線の場合は力率=1です。後は電力に1kW=1000W,電圧に100Vを入れれば電流が出てきます。

後は 抵抗=電圧/電流 から抵抗が求まります。

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これから 長さ=抵抗/抵抗率×断面積 となります。これに数値を代入すればよい。引っかからないとは思いますが、断面積は単位をm^2で表すようにしてください。

Q電熱線が作りたい

発泡スチロールを切るための道具を作ろうと思います
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ニクロム線はホームセンターには売っていませんでした。他にはステンレス製などなど・・・

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Aベストアンサー

これはどうでしょうか?

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Q乾電池とニクロム線で熱線を作る。

昔のことなんですが、友人に兄がいまして、その兄も当時小学生だった気がしますが、乾電池とニクロム線を使い、熱線にして発泡スチロールをキレイに切った事を覚えています。なぜ、乾電池とニクロム線(少なくとも、そう見えた)を使用するだけで、あのような熱線が作り出せるのか?いまだにわかりません。この手の問題はわかる人にはすぐにわかると思いますが、電気に弱い当方などはさっぱりわかりません。わかりやすくメカニズムもお願いします。

Aベストアンサー

ニクロム線でなく、普通の電線でも熱を出させる事はできます。

むしろニクロム線よりも電線の方が電気抵抗が小さいので電流が沢山流れ、
高い温度を作れます。

ただ、電線だけで繋ぐというのはつまり「ショート」という事で、
電源供給能力によって異なりますが、あまりに大きな電流が流れ、あまりに高温になり
大抵はショートさせた付近の電線が一瞬にして溶けてと飛び散ります。
「ショートさせるとバチッという」のはそういう事です。

電源が乾電池の場合は、あまり大きな電流を流す能力がないので
それほど激しい現象にはなりませんが、熱を出す事には変わりありません。
オススメしませんが、乾電池を電線でショートさせると電線が熱を出し、
ヤケドさせたり、被覆を熔かしたりします。

ニクロム線は電気抵抗がある程度高くなるよう作られた合金(ニッケル+クロム)です。
「ニクロム線だから熱を出す」のでなく、「ニクロム線だと熔けない程度の熱を作るの都合がよい」という事です。
電気抵抗は電線・ニクロム線の太さ、長さによって変わるので、
本当は使いたい能力に合わせてそれらを決める必要があります。
例えば長すぎれば電気抵抗が大きくて電流が少ない→発熱が少ない→温度が低い
という事になります。

ニクロム線でなく、普通の電線でも熱を出させる事はできます。

むしろニクロム線よりも電線の方が電気抵抗が小さいので電流が沢山流れ、
高い温度を作れます。

ただ、電線だけで繋ぐというのはつまり「ショート」という事で、
電源供給能力によって異なりますが、あまりに大きな電流が流れ、あまりに高温になり
大抵はショートさせた付近の電線が一瞬にして溶けてと飛び散ります。
「ショートさせるとバチッという」のはそういう事です。

電源が乾電池の場合は、あまり大きな電流を流す能力がないので
それほど...続きを読む

Q電気に詳しい方/ニクロム線で発泡スチロールカッター

幅1mの発泡スチロールをカットするために、
ニクロム線で電熱カッターを作ろうとしています。
手持ちの3cmほどのニクロム線のカッターには1Aの電流が流れているのを確認しました。

必要な長さのニクロム線(1.2m)の抵抗を計ると40Ωありましたので
1A流すためには40Vの電源が必要かと思います。

100Vからトランスで40Vを取り出し、通常の電気コードでニクロム線に
直結すれば良い、という考えでよろしいでしょうか。
考えうる問題点等ありましたらご教示くださいませ。
よろしくお願いします。

Aベストアンサー

スライダックを使用するのが電圧も簡単に調節可能であり、標準品として入手出来るのて一番適しています。
"100V スライダック" 等としてサーチしてみてください。
http://www.e-kasuga.net/bunlist.asp?sid=77

300VA/500VA定格品等で良いと思います。

出力40V1A=40VAの場合は、100V入力側は0.4Aの電流値となります。
しかし可動接触部分での電流の流れ発熱等が一番問題となり、その部分に余裕を持って容量は計算する必要があります。

2倍の余裕をみて2A*100V=200VAは最低必要で、300VA標準品で十分でしょう。
値段が余り違わないので500VAでも良いと思います。

Q電熱線と 配線用の線

昔のことです。
発泡スチロールをカットしたいと思い、市販のものが見つからなかったので、
学生時代、理科がそんなに好きではなかった私ですが、
自分で、乾電池と針金で作ろうと思いました。
35年前の学研の科学学習の付録にあったものをイメージして…。
配線用の針金をむき出しにし、
乾電池の+と-につけ、しばらく待ちました。
むき出しの線は発熱することはなく、
それで、
電気抵抗のある針金でなければ、発熱しないのでは、と考えました。
配線用の線は、抵抗がない。
そして今私がした行為は 「ショート」なのではと考えました。
電池も瞬時で消耗してしまったことでしょう。
確かショートってやっちゃいけないことだったよね。
(なぜやっちゃいけないのかは忘れましたが。)

発熱する線は「ニクロム線」らしい。
でもちっとも発熱しない。
乾電池は単1~単4、どれがいいのか?ニクロム線の長さと太さは?
電流も電圧も抵抗も測る装置を持たない私は、結局挫折。
発泡スチロールをカットする装置を作ることはあきらめました。
年月は流れ。
発泡スチロールをカットする道具を作る気はもう全然ないのですが、
ただ、自分の中で
理屈はあってたのか?
何が間違っていて、何が正しくて、何が足らなかったのか?
それだけが宿題のように、残りました。
配線用の線とニクロム線の違いは何でしょう?
抵抗の違い?
電気エネルギーを熱エネルギーに変える仕組みが、ニクロム線にはある?
中学卒業くらいの基礎知識のレベルで、どなたか、教えていただけませんか。

昔のことです。
発泡スチロールをカットしたいと思い、市販のものが見つからなかったので、
学生時代、理科がそんなに好きではなかった私ですが、
自分で、乾電池と針金で作ろうと思いました。
35年前の学研の科学学習の付録にあったものをイメージして…。
配線用の針金をむき出しにし、
乾電池の+と-につけ、しばらく待ちました。
むき出しの線は発熱することはなく、
それで、
電気抵抗のある針金でなければ、発熱しないのでは、と考えました。
配線用の線は、抵抗がない。
そして今私がした行為は...続きを読む

Aベストアンサー

配線用とヒータ用の線の違いは電気抵抗の違いです。
配線用は銅線、ヒータ用はニクロム線が有名ですが、ニクロム線の電気抵抗は銅の60倍あります。同じ太さと長さの銅とニクロム線に同じ電流を流すと、ニクロム線は銅の60倍発熱します。数字で言うと、直径0.5mm(シャープペンシルの芯の太さ)、長さ50cmの線に、1アンペアの電流を流すと、銅線は0.04ワット、ニクロム線は2.5ワットの熱を出します。

では発泡スチロールを切るときに、抵抗の高い電線が良いかというとそうではなく、乾電池を使う場合は、抵抗が小さすぎても大きすぎても熱くなりません。1.5Vの乾電池1個使うとして、これに直径0.5mm・長さ50cmの銅線をつなぐと、計算上は、32アンペアの電流が流れることになりますが、乾電池はそんな電流を作れません(いっぺんに電池がなくなってしまいます)。逆に、大きな抵抗の線をつなぐと、今度は電流がほとんど流れなくて発熱しません。乾電池なら、一番良い抵抗値があるのですが、話が難しくなるので細かい話はしませんが、鉄とかニクロム線は、ある程度細い線を使えばヒータ向きの線です。

発泡スチロールを切る線は、ニクロム線でなくとも、100円ショップで売っている、針金(アルミ製でなく鉄製の)で大丈夫ですよ。太さが0.1mmから0.5mmの範囲のを何種類か買ってきて、いろいろやってみればうまくいきます。銅線でもヒータにならないことはないですが、ニクロム線と同じ抵抗にするには、直径0.1mmのものが必要です。そんな細い銅線は売っていないでしょう。

配線用とヒータ用の線の違いは電気抵抗の違いです。
配線用は銅線、ヒータ用はニクロム線が有名ですが、ニクロム線の電気抵抗は銅の60倍あります。同じ太さと長さの銅とニクロム線に同じ電流を流すと、ニクロム線は銅の60倍発熱します。数字で言うと、直径0.5mm(シャープペンシルの芯の太さ)、長さ50cmの線に、1アンペアの電流を流すと、銅線は0.04ワット、ニクロム線は2.5ワットの熱を出します。

では発泡スチロールを切るときに、抵抗の高い電線が良いかというとそうではなく、乾電池を使う場合は、抵抗が...続きを読む

Q抵抗加熱のヒーターには直流?交流?

金属線に電流を流して加熱させてヒーターを作る場合、電源は直流のほうがいいと小耳に挟んだことがあります。この場合、交流だと何か問題があるのでしょうか?情報が少なくて恐縮ですが、ご回答お願いします。ちなみに、発熱させる温度は最高で1500℃くらいです。

Aベストアンサー

tanceです。

磁界の中で電流が流れると電磁誘導で力が生じます。(フレミングの
左手の法則)電流が直流なら一定の力がかかるだけですから振動には
なりません。交流だとその周波数で、発生する力も方向が逆転するため
振動になります。

実効値というのは「熱にしたら同じになる」という意味と思って結構
です。ということは、直流電流と交流の実効値電流が同じなら同じ熱
になるのですから、ヒータの劣化なども同じと考えてOKです。

ただし、ヒータの熱容量が極めて小さくて、交流の周波数が低い場合は
話がちょっと違ってきます。ヒータが交流の瞬時値に応答してしまう
からです。1500℃ということから、Siチップ上の微細ヒータなどという
ことはなさそうなので、多分50~60Hzの交流で瞬時値に応答することは
ないのではないでしょうか。

Qニクロム線の温度、計算

質問させてください。

1メートルのニクロム線に任意の電圧、秒数かけた時の温度の計算式を導き出せという問題が解らず大変困っています。
更に条件があり、ニクロム線の断面を平均に3分割したときの各層の温度を求める式を導き出せというものでした。(長手方向の熱流量はなく、軸対称に均一に流れるものと仮定)
いろいろな参考書を読んではみましたが、全く導き出せていません。
体積比、熱伝導率、熱伝達率、比熱や抵抗などが必要になるのではないかというレベルしかわかっていません・・・

大変申し訳ありませんが、ご返答宜しくお願いします。

Aベストアンサー

手順としては、2段階になるかと思います。

1. ニクロム線の断面積と長さから、電気抵抗を求める。
得られた電気抵抗と印加電圧から電流を求める。

次に、
2.(電流がニクロム線断面内を均一に流れると仮定(これは、1の電気抵抗計算でも暗黙に仮定していますが)すれば)、抵抗率と断面内での電流密度から断面内発熱の密度が決まります。
3.軸対称のモデルで、熱が(各層の温度差にしたがって)半径方向にはけるとすれば、温度に関する微分方程式ができて、
温度分布(の時間変化)を計算できるかと思います。

Q抵抗発熱体に電流を流した時の発熱温度

大気中で抵抗発熱体(例えばニクロム線など)に電流を流すと、電流量に応じて発熱すると思いますが、その際の発熱温度の計算方法を教えてください。

発熱温度を計算するには、流す電流量、発熱体の抵抗値、比熱、表面積、熱抵抗率、大気中の温度といった様々な要素がからんでいると推測していますが、理論的な計算式が分かりません。

計算に必要な物性値なども含めてご教授ください。

Aベストアンサー

発熱量を求めるのは、消費した電力[W]に等しいので、簡単ですが、
線表面の温度となると、どれだけの速度で空気に熱が伝わるか=熱伝達率 が必要です。(熱伝導率ではないので注意)

これは、正確に求めるのは不可能(おもに気温と風速と発熱体の形状できまる)ですが、概略の数値は、それなりの資料を調べれば分かるのではないでしょうか。(インターネットには、ないと思う)

これより、放熱量は
Q = hm ・ S ・ ΔT

Q:放熱量[W]
hm:熱伝達率[W/m2・K]
S:表面積[m2]
ΔT:空気との温度差[K]

それと、放射による放熱量の計算式
http://homepage2.nifty.com/eman/statistic/stefan.html

でもとめたQの合計が、消費電力とつりあうときの、発熱体の温度が、もとめる温度です。


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