Lo que me molesta es que no importa el material, cuando empuja la corriente a través de él, se calienta desde la mitad. ¿Cuál es la física detrás de eso?

Puede parecer así, pero eso no es exactamente lo que está sucediendo.

Tomemos un caso simple, sin enfriamiento forzado, solo un cable que cuelga en el aire.

Una fuente de calor generalmente es la más cercana a la fuente de calor. A medida que te alejas de la fuente, hay un gradiente de temperatura hasta llegar a la siguiente “interfaz” y luego quizás un gradiente más pronunciado. Y así sucesivamente … hasta que alcanzas el aire y estás en el ambiente.

Ejecute una corriente continua o de baja frecuencia a través de ese cable, puede comenzar a calentarse. El cable transporta corriente de manera uniforme, por lo que la fuente de calor se distribuye por todo el cable. Pero la temperatura no es uniforme. Cerca del centro del cable, un punto dado está rodeado por más cable caliente. A lo largo del exterior del cable, en un lado hay más cable caliente, en el otro lado, aire ambiente. Por lo tanto, hace más calor en el centro y más fresco hacia el exterior. No es ninguna sorpresa en absoluto.

Una situación análoga es el cuerpo humano. Genera calor a nivel celular, más o menos uniformemente distribuido. La temperatura central es de ~ 37 ° C, la temperatura de la piel es de 30 o 31 porque estamos rodeados de aire a 25 ° C.

La termodinámica es un tema interesante. Los conceptos básicos son fáciles de entender y bastante intuitivos. Echa un vistazo aquí para comenzar.
Termodinámica Resistencia térmica

Todos los objetos irradiarán calor debido a su temperatura. Este efecto está relacionado con lo que se conoce como radiación del cuerpo negro. Cuanto más caliente es un objeto, más calor irradiará. Cuando un conductor lleva una corriente, cualquier calor generado en él causará que pierda parte de este calor por la radiación de su superficie. Esta es la clave para entender por qué se calienta desde la mitad.

El calor que lo encuentra muy adentro del conductor no se perderá por la radiación, porque la radiación del cuerpo negro siempre tiene lugar en la superficie. Entonces, solo la superficie del conductor irradiará calor.

Sucede que con conductores homogéneos, la mayor parte de la corriente que transportan se conduce eléctricamente en sus superficies. Hay poca o ninguna corriente que fluya dentro de un conductor que transporta corriente.

Parece casi un enigma que las partes más frías del conductor siempre estarán cerca de su superficie, incluidas las superficies cercanas a sus extremos. Sin embargo, cualquier pérdida de calor debe tener lugar en la superficie de un conductor. Esto será por radiación y por corrientes de convección (si el conductor está en aire o fluido similar). Pero también se pierde de su superficie por la conducción al interior del conductor. Con un conductor de metal, esta conducción de calor al interior puede ser rápida. Entonces, a medida que la corriente fluye a través de un conductor, se calentará desde la mitad.

No lo hace. O lo hace, dependiendo de lo que quieres decir con “calentar”

Ignorando el efecto de la piel, una corriente (atributo de frecuencias más altas) se distribuirá uniformemente a través del área de la sección transversal (después de todo, usamos cables de área más grande para corrientes más grandes). Por lo tanto, generará calor de manera uniforme en toda la sección transversal.

Lo que percibes como calentamiento desde el medio es el efecto del flujo de calor o flujo. [1] la piel exterior está en contacto con el resto del mundo y el calor fluye de frío a calor. El núcleo solo está en contacto con las capas exteriores calentadas, por lo que su calor no puede comenzar a escapar hasta que se haya acumulado lo suficiente como para estar a una temperatura más alta.

Así, un gradiente de temperatura se forma radialmente, donde en el estado estacionario hay un flujo de calor uniforme a lo largo de cada dirección radial, y la pendiente del gradiente térmico será el producto del flujo de calor y la conductividad térmica. [2]

El calor en el medio tiene que pasar el calor en las capas externas para escapar, a pesar de que la causa se distribuye de manera uniforme.

[1] de manera divertida, el flujo de calor es perpendicular al flujo de corriente, pero eso es solo geometría, no física. [3]

[2] sí, esto suena notablemente análogo a los flujos eléctricos y de agua.

[3] excepto que implica que otros ángulos rectos, como el que hay entre los campos E y H, también pueden ser ‘solo geometría’. Apuesto a que es verdad.

El calor se irradia lejos de la superficie, dejándolo más frío que el núcleo.

More Interesting

Diseño de aeronaves: ¿Sería posible proporcionar un avión con algún tipo de jaula de un solo hombre, para salvar la vida de una persona importante en caso de que el avión esté a punto de estrellarse?

La visión "moderna" era que la exploración espacial no debería ser sobre la arrogancia nacional, sino que los costos de la exploración espacial deberían comenzar a compartirse. Pero, ¿son naciones como Rusia y China lo suficientemente confiables como para ser socios a largo plazo?

¿Los pasajeros en el transbordador espacial y en la estación espacial internacional experimentan dilatación del tiempo y cuánto?

¿Puede el tiempo ser alterado por otras fuerzas?

¿Qué es una explicación intuitiva de las relaciones KramersKronig?

¿Cuáles son las fases de la materia y qué hace que la materia cambie su fase?

¿Hay alguna empresa que todavía esté haciendo una investigación fundamental en física?

¿Podrías orbitar el interior de un planeta esférico hueco?

Si la luz está compuesta de partículas compuestas de fotones, ¿cómo puede tener frecuencia?

¿Puedo cambiar mi dirección de movimiento cuando estoy en caída libre?

¿El tiempo es creado por el movimiento, o el tiempo existiría aún si no hubiera movimiento en el Universo?

¿Qué tan caliente debe estar el metal en movimiento para generar un campo electromagnético?

¿Cuál es una explicación intuitiva, no matemática, de por qué la dispersión de Rayleigh aumenta con una longitud de onda más corta?

¿Por qué la presión y la temperatura del gas disminuyen cuando se expande?

¿Cómo se hacen las oscilaciones en un oscilador de cambio de fase RC?