Resistencia de un elemento calefactor

Question

¿Tendría un elemento calefactor una resistencia muy alta o muy baja? (Todos los comentarios en esta publicación se basan en el hecho de que el voltaje es el mismo para cada situación) Habría pensado que una resistencia más alta habría resultado en más pérdida de calor, pero me han enseñado que a mayor corriente, más energía se pierde en forma de calor. Por lo tanto, una resistencia más baja liberaría más calor.

Answer 1

simular este circuito – Esquemático creado utilizando CircuitLab

Figura 1. ¿Agregar más resistencias aumenta o disminuye el calor total producido?

Yo pensaría que una resistencia mayor resultaría en más pérdida de calor ...

• Debería ser intuitivo que cuanto más resistencias en paralelo apliquemos al circuito de la Figura 1, menor será la resistencia.
• Dado un voltaje constante como se especifica en tu pregunta, también debería ser intuitivo que la corriente a través de cada rama será la misma sin importar cuántas ramas haya.*
• Luego podemos ver que con n resistencias en paralelo la potencia total disipada será n veces la potencia disipada con una resistencia.

Por lo tanto, un valor de resistencia más bajo resultará en una mayor disipación de potencia o pérdida de calor.

Matemáticamente, esto se puede ver en la ecuación de potencia \$ P = \frac {V^2}{R} \$ que, para un voltaje dado, la potencia disipada es inversamente proporcional a la resistencia.

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* Una fuente de alimentación real tendrá, por supuesto, un límite en cuánta corriente puede producir antes de que el voltaje comience a caer.

Answer 2

Depende:

• si está conectado a una fuente de voltaje constante ideal: una resistencia de carga más baja causará una potencia de carga más alta
• si está conectado a una fuente de corriente constante ideal: una resistencia de carga más alta causará más potencia de carga

A menudo, las fuentes de energía prácticas pueden tratarse como una fuente de voltaje constante ideal con una resistencia interna en serie (bastante baja). En ese caso, la mayor parte de la potencia de carga es causada por una resistencia de carga igual a la resistencia interna en serie de la fuente de energía.
Este hecho se llama el Teorema de la máxima transferencia de potencia.

Answer 3

La salida de calor se define por la potencia \$P\$ la cual está definida por la caída de voltaje \$V\$ a través del elemento y la corriente \$I\$ a través de él: \$P = V*I\$.

Si tienes una salida de calor específica que deseas y un voltaje de entrada, puedes calcular la resistencia necesaria al utilizar la ley de Ohm.

\$P = V*A = \frac{V*V}{R} \$

Por lo tanto, disminuir la resistencia aumenta la salida de calor.

Answer 4

Para confundir aún más las cosas, tal vez arrojar más calor que luz, si tienes una fuente de voltaje nominalmente constante con una resistencia de fuente fija habrá una resistencia de carga que tiene una potencia máxima. Ten en cuenta que usualmente esa resistencia es mucho menor de lo que usarías (digamos) en la red eléctrica.

simula este circuito – Esquemático creado usando CircuitLab

En el circuito anterior, la corriente es V1/(Rs+RL), por lo que la potencia en la carga es:

\$P_L = \frac{R_L\cdot V_1^2}{R_S+R_L}\$

Puedes ver intuitivamente al inspeccionar el numerador y el denominador que si RL es muy bajo o muy alto, la potencia tiende a cero.

De hecho, es máxima cuando \$R_L = R_S\$, donde la resistencia de carga es igual a la resistencia de fuente. La mitad de la potencia se pierde en la resistencia de la fuente.

Más generalmente, la transferencia máxima de potencia ocurre cuando la impedancia de la fuente es igual a la impedancia de la carga.

Answer 5

Depende de la fuente de energía. Si esta ofrece un voltaje razonablemente constante, como la mayoría, entonces una resistencia más baja aumenta la corriente, lo que aumenta la disipación de potencia y, por lo tanto, el calor.

Dado que el calentamiento generalmente consume mucha potencia (en comparación con la electrónica), generalmente necesita una fuente de alimentación bastante buena, como una batería de plomo ácido grande o de iones de litio si es portátil, y estas son fuentes de voltaje razonablemente buenas.

Por lo tanto, si tienes algún medio de control, como PWM, o un interruptor termostático de encendido y apagado, apunta ligeramente hacia el lado bajo de la resistencia para obtener ligeramente más potencia de la que necesitas, y regula esa potencia para obtener la temperatura adecuada.

Si tuvieras una buena fuente de corriente constante, entonces aumentar la resistencia aumentaría el voltaje, y eso aumentaría la potencia. Pero esas son bastante raras en la práctica.