金属と電気と温度の関係

質問

薄い金属板に電流を一定の間隔で徐々に増やして流し、切れるまで金属板を熱するのですが、その金属の溶断箇所は何によって定まるのでしょうか？
ジュール熱や金属の熱伝導率が関係していると思うのですが、熱伝導率の高い金属（鉄）のほうが電流の向きと逆のマイナス側で溶断してしまい、逆に熱伝導率の低い金属（ステンレス）が電流の向きと同じプラス側で切れてしまいます。
ジュール熱以外にも何らかの熱電効果が起きているのでしょうか。
回答よろしくお願いいたします。

回答No.2

fjnobu

ジュール熱で発生した熱が、熱伝導と輻射熱と対流で逃げてゆきます。その熱が金属の溶解温度まで上昇すれば、溶けます。したがって、全ての条件がまったく同じで、接点の接触抵抗が十分に小さければ、何処でも同じに溶解します。しかし、金属板は同じに見えても不純物の含有のばらつきや、厚さのばらつきはあります。その抵抗の高いところが発熱が大きく最初に溶断されます。

補足

回答ありがとうございます。

熱伝導と輻射熱と対流で逃げてゆくとありますが、ほとんどの熱はマイナスからプラス側に移動していくと考えて良いのでしょうか？

材料のばらつきはあると思いますが、何十回かの結果は、
ステンレス（熱伝導率63W／m・K、体積抵抗率60μΩ・cm、融点約1427-1510℃）はプラス側、
鉄（熱伝導率84W／m・K、体積抵抗率10.2μΩ・cm、融点1450℃）はマイナス側。
と、溶断位置は多少ズレますが、どちら側が溶断するかははっきりとした結果になりました。
ちなみに、溶断させた時の電流値は鉄のほうが高いです。

熱の移動がプラス側に行くものと、マイナス側に移動するものがあるのでしょうか。

回答No.1

sanori

こんにちは。

直流電流源を使っているのですよね？

直流電流源のプラス側をＶ、マイナス側をＧＮＤ（０ボルト）、
金属板のプラス側の端をＡ、マイナス側の端をＢ、
と置き、
金属板の抵抗をＲ、ＶとＡの間の寄生抵抗をＲa、ＧＮＤとＢの間の寄生抵抗をＲb、
と置くとして、

Ｒが小さくて、Ｒb＞Ｒa　のとき、Ｒbにおける発熱が大きいので、その熱が金属板のＢ部（マイナス側）に供給されるかもしれません。
（Ｂ部が最初に溶断する。）
あくまでも仮説ですが。

逆に、Ｒが大きいときは・・・・・わかりません。

お礼

こんばんは。
回答ありがとうございます。

電源は直流電流源を使っています。
金属の抵抗が寄生抵抗より低く、マイナス部の寄生抵抗が高い場合はそちらが熱を強く持つのでマイナス部で溶断してしまう、というわけですね。
両極の寄生抵抗の大きさを調べてみようと思います。