El principi de calefacció de mantes elèctriques

El principi de calefacció de mantes elèctriques

1. Efecte tèrmic del corrent elèctric

Quan el corrent elèctric travessa els conductors metàl·lics, els conductors generen calor a causa de la resistència elèctrica, fent que la temperatura del conductor augmenti. Aquest fenomen s'anomena efecte tèrmic del corrent elèctric. La manta elèctrica és un aparell de calefacció que utilitza cables de calefacció elèctrics per generar calor a través de l'electricitat, que és una aplicació específica de l'efecte tèrmic.

2. Resistència dels conductors

Quan els electrons flueixen al llarg d'un conductor, xoquen constantment i freguen contra els àtoms, produint una mena de resistència. Aquesta resistència s'anomena resistència elèctrica. En diferents conductors, la resistència que experimenta el corrent elèctric no és completament la mateixa. Fins i tot per al mateix material, la resistència al corrent elèctric també es relaciona amb la temperatura, la longitud i l'àrea de la secció transversal del conductor. Si l'àrea de la-secció transversal és la mateixa, com més llarg sigui el conductor, més gran serà la resistència. Si la longitud és la mateixa, com més petita sigui l'àrea de la-secció transversal, més gran serà la resistència. Això és el que es diu habitualment: la resistència elèctrica és proporcional a la longitud del conductor-que porta el corrent i inversament proporcional a la seva-àrea de secció transversal. Normalment s'expressa amb la fórmula següent:

On
R - resistència del conductor, unitat: ohm;
L - longitud del conductor, unitat: metre;
ρ - resistivitat (vegeu la Taula 1 per a la resistivitat dels materials d'ús habitual);
S - àrea de la secció transversal del conductor-, unitat: metre quadrat.

Taula 1

Els materials utilitzats per escalfar els cables de les mantes elèctriques són generalment filferros de níquel-crom o filferros de constantan, i un petit nombre també utilitzen cables d'aliatge de manganina.

3. Potència de calefacció elèctrica

La potència de calefacció elèctrica es refereix a la quantitat de calor alliberada per la resistència per unitat de temps. Quan la quantitat de calor alliberada per unitat de temps és gran, diem que té una gran potència de calefacció. Quan la potència de calefacció és petita, la quantitat de calor alliberada també és petita. La manta elèctrica és en realitat un generador de calor de petit-potència i baixa-temperatura. La seva potència es pot determinar segons la superfície de la manta elèctrica. Com que la manta elèctrica utilitza la resistència interna dels cables de níquel-crom per generar calor per escalfar-se, el seu mètode de càlcul de potència pot seguir el mètode dels circuits resistius purs. Normalment, la potència d'aquest circuit es pot calcular amb les fórmules següents:

On
P - potència de la manta elèctrica, unitat: watt;
U - voltatge d'alimentació de manta elèctrica, unitat: volt;
I - corrent elèctric que passa pel conductor de la manta elèctrica, unitat: ampere.

Per exemple, si una manta elèctrica està connectada a una font d'alimentació de 220 volts i el corrent que la travessa és de 0,45 A, llavors la seva potència és de 100 watts.

4. Conversió d'energia

Les mantes elèctriques converteixen l'energia elèctrica en energia tèrmica. La llei de Joule és la relació proporcional fixa entre l'energia elèctrica i l'energia tèrmica, proporcionant una base per a l'anàlisi quantitativa entre elles. La calor Q alliberada quan el corrent elèctric passa per un conductor és proporcional al quadrat del corrent I, la resistència R del conductor i el temps t durant el qual passa el corrent. És a dir:

On
0.24 - coeficient;
Q - calor alliberada, unitat: caloria;
t - temps, unitat: segon.

El significat d'aquesta fórmula és que quan el corrent passa per un conductor amb resistència R, dins del temps t pot produir calor I²Rt. Per exemple, una manta elèctrica de 100 watts pot alliberar 86, 400 calories de calor en una hora, que es calcula segons aquesta fórmula.

Com que el cable de calefacció genera calor de manera uniforme, només cal disposar-lo de manera uniforme dins de draps o mantes de mida similar a la del llit. La calor generada pel cable de calefacció escalfarà el teixit de la superfície, donant a la superfície una certa temperatura per a l'escalfament humà. És a dir, el cable de calefacció converteix l'energia elèctrica en energia tèrmica, forma una temperatura superficial mitjançant la conducció de calor i hi ha una diferència de temperatura entre la temperatura de la superfície i el cable de calefacció. Com que la direcció principal de la transferència de calor és de baix a dalt, és raonable que les mantes elèctriques s'utilitzin com a mantes de llit o coixinets de matalàs.