практическая работа №4 (3). Простейшие электрические расчеты нагревательных элементов, применяемых в электробытовых приборах

• Название: Простейшие электрические расчеты нагревательных элементов, применяемых в электробытовых приборах
• Дата: 14.03.2023
• Размер: 89.22 Kb.
• Имя файла: практическая работа №4 (3).docx
• Тип: Практическая работа; #988105

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 4

Тема: Простейшие электрические расчеты нагревательных элементов, применяемых в электробытовых приборах

Цель работы: Научиться выполнять простейшие электрические расчеты нагревательных элементов, применяемых в электробытовых приборах

ОБЩЕЕ ПОЛОЖЕНИЕ

Электронагреватели широко используются в бытовых электроприборах: чайниках, утюгах, каминах, плитках, паяльниках и т. д.
Тепловое действие тока. 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


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:


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 в чайнике, если КПД его 80% и начальная температура воды 20° С.

Исходные данные:

U = 220 В;

I = 4А;

m = 2 кг;

КПД = 0,8;

t = 20°С;

tкип = 100° С.

Удельная теплоемкость воды С = 4200.

1. Определим количество теплоты, необходимое для нагрева воды до температуры кипения.


2. Определим общее количество теплоты, которое должен выделить нагревательный элемент электрочайника, с учетом потерь на нагрев керамики, корпуса чайника и внешней среды:


3. Определим время закипания воды в чайнике:


Отсюда находим t:

4. Мощность электрического тока. 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:

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 требуется ток около 2,3 А при напряжении 220 В (2.3-220 = 500).

На практике применяют более крупные единицы мощности: 1 гВт (гектоватт) = 100 Вт и 1 кВт (киловатт) = 1000 Вт.

Таким образом, 1 Вт есть мощность, выделяемая током 1 А в проводнике, между концами которого поддерживается напряжение 1 В.

Единица работы, совершаемой электрическим током в течение 1 с при помощи 1 Вт, называется ватт-секундой, или иначе джоулем. Применяют и более крупные единицы работы: 1 гектоватт-час (гВт-ч) или 1 киловатт-час (кВт-ч), который равен работе, совершаемой электрическим током в течение 1 ч при мощности 1 кВт.

Длину и диаметр проволоки нагревательного элемента рассчитывают исходя из величины напряжения сети и заданной мощности нагревательного элемента.

5. Сила тока при данном напряжении и мощности определяется по формуле



6. Омическое сопротивление проводника всегда вычисляется по формуле

7. Зная величину тока, можно найти диаметр и сечение проволоки.
Таблица 1. Основные данные для расчета нагревательных элементов



8. Подставляя полученные значения в формулу


где
i — длина проволоки, м;
S — сечение проволоки, мм2;
R — сопротивление проволоки, Ом;
ρ—удельное сопротивление проволоки

(для нихрома ρ = 1,1, для фехраля ρ = 1,3), Ом-мм2/м, получим необходимую длину проволоки для нагревательного элемента.

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


По этим данным находим диаметр и сечение проволоки:
d = 0,45 мм,
S = 0,159 мм ².
Тогда длина проволоки будет равна:


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

При эксплуатации электрорадиотехнической аппаратуры необходимо знать сечение монтажных проводов — в зависимости от величины проходящего по ним тока. В таблице приведены максимально допустимые токи нагрузки для медных проводов различного сечения.
Таблица 2. Допустимые токи нагрузки медных проводов (монтажных)



Задание для выполнения практической работы.

Произведем расчет количества теплоты, необходимой для того, чтобы вскипятить воду в чайнике, вмещающем 3 л. Напряжение сети U = 220 В. Ток, потребляемый электрочайником, I = 5 А. Определить время закипания воды в чайнике, если КПД его 80% и начальная температура воды 15 ° С.
Удельная теплоемкость воды С = 4200.