Nguyên lý làm nóng của chăn điện

Nguyên lý làm nóng của chăn điện

1. Tác dụng nhiệt của dòng điện

Khi dòng điện đi qua dây dẫn kim loại, dây dẫn sinh ra nhiệt do điện trở, khiến nhiệt độ dây dẫn tăng lên. Hiện tượng này gọi là tác dụng nhiệt của dòng điện. Chăn điện là một thiết bị sưởi ấm sử dụng dây điện để tạo ra nhiệt thông qua điện, đây là một ứng dụng cụ thể của hiệu ứng nhiệt.

2. Điện trở của dây dẫn

Khi các electron chạy dọc theo dây dẫn, chúng liên tục va chạm và cọ xát với các nguyên tử, tạo ra một loại điện trở. Điện trở này được gọi là điện trở. Ở các vật dẫn khác nhau, điện trở của dòng điện không hoàn toàn giống nhau. Ngay cả đối với cùng một vật liệu, điện trở kháng dòng điện cũng liên quan đến nhiệt độ, chiều dài và tiết diện-của dây dẫn. Nếu-diện tích mặt cắt ngang bằng nhau thì dây dẫn càng dài thì điện trở càng lớn. Nếu chiều dài bằng nhau thì diện tích mặt cắt-càng nhỏ thì điện trở càng lớn. Đây là điều người ta thường nói: điện trở tỷ lệ thuận với chiều dài của dây dẫn mang dòng điện và tỷ lệ nghịch với diện tích mặt cắt ngang của nó. Nó thường được thể hiện bằng công thức sau:

Ở đâu
R - điện trở dây dẫn, đơn vị: ohm;
L - chiều dài dây dẫn, đơn vị: mét;
điện trở suất ρ - (xem Bảng 1 để biết điện trở suất của các vật liệu thường được sử dụng);
S - diện tích mặt cắt dây dẫn-, đơn vị: mét vuông.

Bảng 1

Vật liệu dùng làm dây sưởi của chăn điện nói chung là dây niken-crom hoặc dây Constantan, một số ít còn sử dụng dây hợp kim manganin.

3. Năng lượng sưởi ấm bằng điện

Công suất sưởi ấm bằng điện đề cập đến lượng nhiệt được giải phóng bởi điện trở trong một đơn vị thời gian. Khi lượng nhiệt tỏa ra trong một đơn vị thời gian lớn, chúng ta nói vật đó có công suất làm nóng cao. Khi công suất làm nóng nhỏ thì lượng nhiệt thoát ra cũng nhỏ. Chăn điện thực chất là một thiết bị tạo nhiệt-năng lượng nhỏ,{4}}nhiệt độ thấp. Công suất của nó có thể được xác định theo diện tích bề mặt của chăn điện. Vì chăn điện sử dụng điện trở trong của dây niken-crom để tạo nhiệt làm ấm nên phương pháp tính công suất của chăn điện có thể thực hiện theo phương pháp mạch điện trở thuần. Thông thường, công suất của mạch như vậy có thể được tính theo các công thức sau:

Ở đâu
P - công suất của chăn điện, đơn vị: watt;
U - điện áp nguồn của chăn điện, đơn vị: vôn;
I - dòng điện chạy qua dây dẫn của chăn điện, đơn vị: ampe.

Ví dụ: nếu một chiếc chăn điện được nối với nguồn điện 220 volt và dòng điện chạy qua nó là 0,45 A thì công suất của nó là 100 watt.

4. Chuyển đổi năng lượng

Chăn điện chuyển đổi năng lượng điện thành năng lượng nhiệt. Định luật Joule là mối quan hệ tỷ lệ cố định giữa năng lượng điện và năng lượng nhiệt, tạo cơ sở cho phân tích định lượng giữa chúng. Nhiệt lượng Q tỏa ra khi dòng điện đi qua một dây dẫn tỷ lệ với bình phương của dòng điện I, điện trở R của dây dẫn và thời gian t mà dòng điện chạy qua. Đó là:

Ở đâu
hệ số 0.24 -;
Q - tỏa nhiệt, đơn vị: calo;
t - thời gian, đơn vị: giây.

Ý nghĩa của công thức này là khi dòng điện chạy qua một dây dẫn có điện trở R thì trong thời gian t nó có thể sinh ra nhiệt I2Rt. Ví dụ: một chiếc chăn điện 100 watt có thể giải phóng 86,400 calo nhiệt trong một giờ, được tính theo công thức này.

Vì dây sưởi tỏa nhiệt đều nên chỉ cần bố trí đều bên trong vải hoặc chăn có kích thước tương tự giường. Nhiệt lượng do dây đốt nóng tạo ra sẽ làm ấm lớp vải bề mặt, tạo cho bề mặt một nhiệt độ nhất định để con người sưởi ấm. Nghĩa là, dây đốt nóng chuyển đổi năng lượng điện thành năng lượng nhiệt, hình thành nhiệt độ bề mặt thông qua dẫn nhiệt và có sự chênh lệch nhiệt độ giữa nhiệt độ bề mặt và dây đốt. Vì hướng truyền nhiệt chủ yếu là từ dưới lên trên nên việc sử dụng chăn điện làm chăn lót giường hoặc đệm lót là hợp lý.