اصل گرمایش پتوهای برقی

اصل گرمایش پتوهای برقی

1. اثر حرارتی جریان الکتریکی

هنگامی که جریان الکتریکی از هادی های فلزی عبور می کند، هادی ها به دلیل مقاومت الکتریکی گرما تولید می کنند و باعث افزایش دمای هادی می شوند. این پدیده را اثر حرارتی جریان الکتریکی می نامند. پتوی برقی یک وسیله گرمایشی است که از سیم های گرمایش الکتریکی برای تولید گرما از طریق الکتریسیته استفاده می کند که کاربرد خاصی از اثر حرارتی است.

2. مقاومت هادی ها

هنگامی که الکترون ها در امتداد یک رسانا جریان می یابند، دائماً با اتم ها برخورد کرده و ساییده می شوند و نوعی مقاومت ایجاد می کنند. این مقاومت را مقاومت الکتریکی می نامند. در هادی های مختلف، مقاومت تجربه شده توسط جریان الکتریکی کاملاً یکسان نیست. حتی برای همان ماده، مقاومت در برابر جریان الکتریکی نیز به دما، طول و سطح مقطع{3} هادی مربوط می شود. اگر سطح مقطع یکسان باشد، هر چه هادی طولانی تر باشد، مقاومت بیشتر است. اگر طول یکسان باشد، هرچه سطح مقطع کوچکتر-مقاومت بیشتر باشد. این چیزی است که معمولاً گفته می شود: مقاومت الکتریکی متناسب با طول-هادی حامل جریان و با سطح مقطع{10}}ش نسبت معکوس دارد. معمولاً با فرمول زیر بیان می شود:

کجا
مقاومت هادی R - واحد: اهم;
L - طول هادی، واحد: متر;
مقاومت ρ - (برای مقاومت مواد متداول به جدول 1 مراجعه کنید).
سطح مقطع - هادی-، واحد: متر مربع.

جدول 1

مواد مورد استفاده برای سیم‌های گرمایش پتوهای الکتریکی معمولاً سیم‌های نیکل{0}}کروم یا سیم‌های کانستانتان هستند و تعداد کمی نیز از سیم‌های آلیاژی منگنین استفاده می‌کنند.

3. قدرت گرمایش الکتریکی

توان گرمایش الکتریکی به مقدار گرمای آزاد شده توسط مقاومت در واحد زمان اشاره دارد. وقتی مقدار گرمای آزاد شده در واحد زمان زیاد باشد، می گوییم قدرت گرمایشی بالایی دارد. وقتی قدرت گرمایش کم باشد، مقدار گرمای آزاد شده نیز کم است. پتوی برقی در واقع یک تولید کننده حرارت کوچک-با قدرت-درجه حرارت پایین است. توان آن را می توان با توجه به مساحت سطح پتوی برقی تعیین کرد. از آنجایی که پتوی الکتریکی از مقاومت داخلی سیم‌های نیکل-کرومی برای تولید گرما برای گرم کردن استفاده می‌کند، روش محاسبه توان آن می‌تواند از روش مدارهای مقاومتی خالص پیروی کند. معمولاً توان چنین مداری را می توان با فرمول های زیر محاسبه کرد:

کجا
P - توان پتوی برقی، واحد: وات.
U - ولتاژ منبع تغذیه پتوی الکتریکی، واحد: ولت;
I - جریان الکتریکی عبوری از هادی پتوی الکتریکی، واحد: آمپر.

به عنوان مثال، اگر یک پتوی برقی به یک منبع تغذیه 220 ولتی وصل شده باشد و جریان عبوری از آن 0.45 آمپر باشد، توان آن 100 وات است.

4. تبدیل انرژی

پتوهای الکتریکی انرژی الکتریکی را به انرژی گرمایی تبدیل می کنند. قانون ژول رابطه تناسبی ثابت بین انرژی الکتریکی و انرژی گرمایی است که مبنایی برای تجزیه و تحلیل کمی بین آنها فراهم می کند. گرمای Q آزاد شده هنگام عبور جریان الکتریکی از یک هادی با مجذور جریان I، مقاومت R هادی و زمان t که در طی آن جریان عبور می کند، متناسب است. یعنی:

کجا
ضریب 0.24 -;
Q - گرمای آزاد شده، واحد: کالری;
t - زمان، واحد: ثانیه.

معنای این فرمول این است که وقتی جریان از هادی با مقاومت R عبور می کند، در مدت زمان t می تواند گرمای I²Rt تولید کند. مثلاً یک پتوی برقی 100 وات می تواند در یک ساعت 86400 کالری گرما آزاد کند که طبق این فرمول محاسبه می شود.

از آنجایی که سیم گرمایش به طور یکنواخت گرما تولید می کند، فقط باید به طور مساوی در داخل پارچه یا پتوهایی با اندازه مشابه تخت چیده شود. گرمای تولید شده توسط سیم گرمایش، پارچه سطح را گرم می کند و به سطح دمای خاصی برای گرمایش انسان می دهد. یعنی سیم گرمایش انرژی الکتریکی را به انرژی گرمایی تبدیل می کند، از طریق هدایت گرما دمای سطحی را تشکیل می دهد و بین دمای سطح و سیم گرمایش اختلاف دما وجود دارد. از آنجایی که جهت اصلی انتقال حرارت از پایین به بالا است، منطقی است که از پتوهای برقی به عنوان زیر پتوی تخت یا پد تشک استفاده شود.