В помощь домашнему мастеруВ помощь домашнему мастеру

ЧТО ЗНАЕТЕ ХОРОШЕГО, ТОГО НЕ ЗАБЫВАЙТЕ, ЧЕГО НЕ ЗНАЕТЕ, ТОМУ УЧИТЕСЬ...

Поиск
Текст поиска*
Введите текст для поиска

Расчет нагревательных элементов

Электронагреватели широко используются в бытовых электроприборах: чайниках, утюгах,
каминах, плитках, паяльниках и т. д. Чтобы изготовить или отремонтировать электронагреватель, нужно предварительно произвести электрические расчеты нагревательных элементов.

При прохождении электрического тока через неподвижные металлические проводники

единственным результатом работы тока является нагревание этих проводников, и, следовательно, по закону сохранения энергии вся работа, совершенная током, превращается в тепло.

Работа (в джоулях), совершаемая током при прохождении его через участок цепи, вычисляется по формуле:

А = Ult,

где U — напряжение, В; I — сила тока, A; t — время, с.
Количество теплоты (Дж), выделенное в проводнике при прохождении по нему электрического тока, пропорционально квадрату силы тока, сопротивлению проводника и времени прохождения тока и вычисляется по закону Джоуля — Ленца:  

Q = I²Rt,

где R — сопротивление проводника, Ом.

Произведем расчет количества теплоты, необходимой для того, чтобы вскипятить воду в чайнике, вмещающем 2 л. Напряжение сети U = 220 В. Ток, потребляемый электрочайником, I = 4 А. Определить время закипания воды, если КПД его 80% и начальная температура воды 20° С.
Исходные данные: U=220 В; I=4 А; m=2 кг; КПД=0,8; t = 20с С; Iкип=100°С. Удельная теплоемкость воды С=4200. Определим  количество теплоты,  необходимое для  нагрева  воды  до температуры кипения.

Qпол = Сm(tкип — to) = 4200 •  2(100—20) = 672 000 Дж. Определим общее количество теплоты, которое должен выделить нагревательный элемент электрочайника, с учетом потерь на нагрев керамики, корпуса чайника и внешней среды:

Qобщ = Q/КПД = 672000/0,8 = 840 000 Дж.

Определим время закипания воды в чайнике:

Qобщ =А = UIt.

Отсюда находим t:

t = Qобщ/UI =840000/(220 х 4) = 954 с = 15 мин. 54 с.
 
Зная работу, совершаемую током за некоторый промежуток времени, можно рассчитать и мощность тока, под которой, так же как и в механике, понимают работу, совершаемую за единицу времени. Из формулы, определяющей работу постоянного тока A =  UIt, следует, что мощность его (Р) равна:

Р = A/t = UI.

Нередко говорят о мощности электрического тока, потребляемой от сети, желая этим выразить
мысль, что при помощи электрического  тока (за счет тока)  нагреваются утюги, электроплитки
и т. д. В соответствии с этим на приборах нередко обозначается их мощность, т. е. мощность тока, необходимая для нормального действия этих приборов. Так, например, для нормальной работы электроплитки на 220 В мощностью 500 Вт требуетя ток около 2,3 А при напряжении 220 В (2,З Х 220 = 500).

Длину и диаметр проволоки нагревательного элемента рассчитывают исходя из величины
напряжения сети  и  заданной  мощности  нагревательного  элемента.   Сила  тока, при  данном   напряжении и мощности определяется по формуле:

I = P/U

Омическое сопротивление проводника  всегда  вычисляется  по формуле:

R = U/I

Зная величину тока, можно найти диаметр и сечение проволоки (табл. 1.). Подставляя полученные значения в формулу:

L = SR/q

где L — длина проволоки, м; S — сечение проволоки, мм²; R — сопротивление проволоки. Ом;
q — удельное сопротивление проволоки (для нихрома q = 1,1, для фехраля q = 1,3), Ом  мм²/м, получим необходимую длину проволоки для нагревательного элемента.

 

 

Допустимая сила
тока, А

1 2 3 4 5 6 7
Диаметр нихромовой
проволоки при
температуре 700° С, мм

Площадь поперечного
сечения проволоки, мм²

0,17


0,0227

0,3


0,0707

0,45


0,159

0,55


0,238

0,65


0,332

0,75


0,442

0,85


0,57

 

Табл. 1. Основные данные для расчета нагревательных элементов


Пример. Определить длину проволоки из нихрома для нагревательного элемента плитки мощностью P = 600 Вт при напряжении сети U=220 В.

I = 600/220 = 2,72 A.  R = 220/2,72 = 81Ом

По этим данным находим диаметр и сечение проволоки: d=0,45 мм, S = 0,159 мм². Тогда длина

проволоки будет равна:

L = (0,159 х 81)/1,1 = 11,6 м.

Точно так же можно рассчитать нагревательные элементы и для других электронагревательных
приборов.

<<<Назад