Ci sono due effetti in corso. L'effetto di dissipazione del calore delle connessioni e il coefficiente di temperatura sul filo.
Inizialmente il filo è alla stessa temperatura.
Accendi l'alimentazione e inizia a riscaldarsi.
Il riscaldamento è determinato dalla dissipazione di energia elettrica nel filo, per ogni data sezione del filo Potenza = Corrente * Tensione. Tutte le parti del filo avranno la stessa corrente. Per una data lunghezza la tensione = corrente * resistenza dà potenza = corrente quadrata * resistenza.
Inizialmente tutto il filo ha la stessa resistenza e quindi il riscaldamento è uniforme lungo la lunghezza del filo.
Il calore scorre da più caldo agli oggetti a quelli più freddi (questa è la prima legge della termodinamica). In questo caso i punti di connessione sono più freddi e quindi il calore scorre dalle estremità del filo ai connettori raffreddando leggermente le estremità. Dato che le estremità sono più fredde, i frammenti di filo vicino a loro si raffreddano in misura minore e così via lungo la lunghezza del filo. Ciò si traduce in un gradiente di temperatura molto piccolo attraverso il filo con il centro leggermente più caldo delle estremità.
Il rame ha un coefficiente di temperatura positivo di circa lo 0,4 per cento per grado C. Ciò significa che più caldo è il filo maggiore è la resistenza.
Il centro del filo è più caldo, il che significa che la sua resistenza aumenta. Dalle equazioni precedenti questo significa che viene dissipata più potenza nel mezzo del filo che nelle estremità.
Più potenza significa più riscaldamento nel mezzo rispetto alle estremità e si ottiene un effetto di feedback positivo. Il centro è più caldo, il che significa che ha una resistenza più elevata e una maggiore potenza viene dissipata lì, il che significa che diventa più caldo ...
Questo continua fino a quando quasi tutta la potenza viene dissipata nel mezzo del filo, non si ottiene mai tutta la potenza in un unico punto perché la conduzione del calore lungo il filo significa che anche le sezioni vicino al centro hanno una resistenza ragionevolmente alta. Alla fine si raggiunge un equilibrio in cui la conducibilità termica diffonde l'energia sufficiente per bilanciare l'effetto di feedback positivo.
Il miglior esempio di coefficiente di temperatura positivo è una lampadina a incandescenza vecchio stile. Se si misura la resistenza a freddo sarà una frazione del valore che ci si aspetterebbe per la sua potenza nominale, funzionano a circa 3000 gradi e quindi la resistenza al freddo è circa 1/10 della normale resistenza operativa quando è attiva. Sono fatti di tungsteno non di rame, il rame sarebbe un liquido a quelle temperature, ma il coefficiente termico è circa lo stesso.