עקרון החימום של שמיכות חשמליות

עקרון החימום של שמיכות חשמליות

1. השפעה תרמית של זרם חשמלי

כאשר זרם חשמלי עובר דרך מוליכי מתכת, המוליכים מייצרים חום עקב התנגדות חשמלית, מה שגורם לטמפרטורה של המוליך לעלות. תופעה זו נקראת ההשפעה התרמית של זרם חשמלי. השמיכה החשמלית היא מכשיר חימום המשתמש בחוטי חימום חשמליים להפקת חום באמצעות חשמל, שהוא יישום ספציפי של האפקט התרמי.

2. התנגדות של מוליכים

כאשר אלקטרונים זורמים לאורך מוליך, הם מתנגשים כל הזמן ומשפשפים באטומים, ומייצרים סוג של התנגדות. התנגדות זו נקראת התנגדות חשמלית. במוליכים שונים, ההתנגדות שחווה הזרם החשמלי אינה זהה לחלוטין. אפילו עבור אותו חומר, ההתנגדות לזרם חשמלי מתייחסת גם לטמפרטורת המוליך, לאורכו ולשטח החתך- של המוליך. אם שטח החתך- זהה, אז ככל שהמוליך ארוך יותר, ההתנגדות גדולה יותר. אם האורך זהה, ככל ששטח החתך- קטן יותר, ההתנגדות גדולה יותר. זה מה שנהוג לומר: התנגדות חשמלית פרופורציונלית לאורכו של-מוליך הזרם ופרופורציונלית הפוך לשטח החתך- שלו. זה בדרך כלל מתבטא בנוסחה הבאה:

אֵיפֹה
R - התנגדות מוליכים, יחידה: אוהם;
L - אורך מוליך, יחידה: מטר;
התנגדות ρ - (ראה טבלה 1 להתנגדות של חומרים נפוצים);
S - מוליך שטח חתך-, יחידה: מטר מרובע.

טבלה 1

החומרים המשמשים לחוטי החימום של שמיכות חשמליות הם בדרך כלל חוטי ניקל-כרום או חוטי קבוע, ומספר קטן משתמש גם בחוטי סגסוגת מנגנין.

3. כוח חימום חשמלי

כוח חימום חשמלי מתייחס לכמות החום שמשחרר הנגד ליחידת זמן. כאשר כמות החום המשתחררת ליחידת זמן גדולה, אנו אומרים שיש לה כוח חימום גבוה. כאשר כוח החימום קטן, גם כמות החום המשתחררת קטנה. השמיכה החשמלית היא למעשה מחולל חום קטן-בעוצמה-בטמפרטורה נמוכה. ניתן לקבוע את עוצמתו בהתאם לשטח הפנים של השמיכה החשמלית. מכיוון שהשמיכה החשמלית משתמשת בהתנגדות הפנימית של חוטי כרום ניקל- כדי ליצור חום להתחממות, שיטת חישוב ההספק שלה יכולה לפעול לפי השיטה של ​​מעגלים התנגדות טהורים. בדרך כלל, ניתן לחשב את הכוח של מעגל כזה באמצעות הנוסחאות הבאות:

אֵיפֹה
P - הספק של השמיכה החשמלית, יחידה: וואט;
U - מתח אספקת חשמל שמיכה חשמלית, יחידה: וולט;
I - זרם חשמלי העובר דרך מוליך השמיכה החשמלית, יחידה: אמפר.

לדוגמה, אם שמיכה חשמלית מחוברת לאספקת חשמל של 220 וולט והזרם העובר דרכה הוא 0.45 A, אז ההספק שלה הוא 100 וואט.

4. המרת אנרגיה

שמיכות חשמליות ממירות אנרגיה חשמלית לאנרגיית חום. חוק ג'ול הוא היחס היחסי הקבוע בין אנרגיה חשמלית לאנרגיית חום, המספק בסיס לניתוח כמותי ביניהם. החום Q המשתחרר כאשר זרם חשמלי עובר דרך מוליך הוא פרופורציונלי לריבוע של הזרם I, להתנגדות R של המוליך ולזמן t שבמהלכו עובר הזרם. כלומר:

אֵיפֹה
0.24 - מקדם;
Q - חום משוחרר, יחידה: קלוריה;
t - זמן, יחידה: שניה.

המשמעות של נוסחה זו היא שכאשר זרם עובר דרך מוליך עם התנגדות R, תוך זמן t הוא יכול לייצר חום I²Rt. לדוגמה, שמיכה חשמלית של 100 וואט יכולה לשחרר 86,400 קלוריות של חום בשעה אחת, אשר מחושב לפי נוסחה זו.

מכיוון שחוט החימום מייצר חום באופן שווה, הוא רק צריך להיות מסודר באופן שווה בתוך בד או שמיכות בגודל דומה למיטה. החום שנוצר על ידי חוט החימום יחמם את בד המשטח, ויעניק למשטח טמפרטורה מסוימת לחימום אנושי. כלומר, חוט החימום ממיר אנרגיה חשמלית לאנרגיית חום, יוצר טמפרטורת פני השטח באמצעות הולכת חום, ויש הבדל טמפרטורה בין טמפרטורת פני השטח לחוט החימום. מכיוון שהכיוון העיקרי של העברת החום הוא מלמטה למעלה, סביר ששמיכות חשמליות ישמשו כשמיכות תחתיות למיטה או מזרונים.