Prinsip Pemanasan Selimut Elektrik

Prinsip Pemanasan Selimut Elektrik

1. Kesan Terma Arus Elektrik

Apabila arus elektrik melalui konduktor logam, konduktor menghasilkan haba akibat rintangan elektrik, menyebabkan suhu konduktor meningkat. Fenomena ini dipanggil kesan haba arus elektrik. Selimut elektrik ialah alat pemanas yang menggunakan wayar pemanas elektrik untuk menjana haba melalui elektrik, yang merupakan aplikasi khusus bagi kesan haba.

2. Rintangan Konduktor

Apabila elektron mengalir di sepanjang konduktor, ia sentiasa berlanggar dan bergesel dengan atom, menghasilkan sejenis rintangan. Rintangan ini dipanggil rintangan elektrik. Dalam konduktor yang berbeza, rintangan yang dialami oleh arus elektrik tidak sama sepenuhnya. Walaupun untuk bahan yang sama, rintangan kepada arus elektrik juga berkaitan dengan suhu, panjang dan luas keratan-konduktor. Jika luas keratan-rentas adalah sama, maka semakin panjang konduktor, semakin besar rintangannya. Jika panjangnya sama, lebih kecil -luas keratan rentas, lebih besar rintangannya. Inilah yang biasa dikatakan: rintangan elektrik adalah berkadar dengan panjang-pembawa konduktor arus dan berkadar songsang dengan-luas keratan rentasnya. Ia biasanya dinyatakan dengan formula berikut:

di mana
R - rintangan konduktor, unit: ohm;
L - panjang konduktor, unit: meter;
ρ - kerintangan (lihat Jadual 1 untuk kerintangan bahan yang biasa digunakan);
S - luas keratan rentas-konduktor, unit: meter persegi.

Jadual 1

Bahan yang digunakan untuk wayar pemanasan selimut elektrik biasanya ialah wayar nikel-kromium atau wayar pemalar, dan sebilangan kecil juga menggunakan wayar aloi manganin.

3. Kuasa Pemanasan Elektrik

Kuasa pemanasan elektrik merujuk kepada jumlah haba yang dikeluarkan oleh perintang per unit masa. Apabila jumlah haba yang dibebaskan setiap unit masa adalah besar, kita katakan ia mempunyai kuasa pemanasan yang tinggi. Apabila kuasa pemanasan kecil, jumlah haba yang dibebaskan juga kecil. Selimut elektrik sebenarnya ialah penjana haba-berkuasa kecil,-bersuhu rendah. Kuasanya boleh ditentukan mengikut luas permukaan selimut elektrik. Oleh kerana selimut elektrik menggunakan rintangan dalaman wayar kromium nikel-untuk menjana haba bagi pemanasan, kaedah pengiraan kuasanya boleh mengikut kaedah litar perintang tulen. Biasanya, kuasa litar sedemikian boleh dikira dengan formula berikut:

di mana
P - kuasa selimut elektrik, unit: watt;
U - selimut elektrik voltan bekalan kuasa, unit: volt;
I - arus elektrik yang melalui konduktor selimut elektrik, unit: ampere.

Sebagai contoh, jika selimut elektrik disambungkan kepada bekalan kuasa 220 volt dan arus yang melaluinya ialah 0.45 A, maka kuasanya ialah 100 watt.

4. Penukaran Tenaga

Selimut elektrik menukar tenaga elektrik kepada tenaga haba. Hukum Joule ialah hubungan berkadar tetap antara tenaga elektrik dan tenaga haba, menyediakan asas untuk analisis kuantitatif di antara mereka. Haba Q yang dibebaskan apabila arus elektrik melalui konduktor adalah berkadar dengan kuasa dua arus I, rintangan R konduktor, dan masa t semasa arus itu berlalu. Iaitu:

di mana
0.24 - pekali;
Q - membebaskan haba, unit: kalori;
t - masa, unit: saat.

Maksud formula ini ialah apabila arus melalui konduktor dengan rintangan R, dalam masa t ia boleh menghasilkan haba I²Rt. Contohnya, selimut elektrik 100 watt boleh membebaskan 86,400 kalori haba dalam satu jam, yang dikira mengikut formula ini.

Memandangkan wayar pemanas menjana haba secara sekata, ia hanya perlu disusun sama rata di dalam kain atau selimut yang sama saiz dengan katil. Haba yang dihasilkan oleh wayar pemanas akan memanaskan fabrik permukaan, memberikan permukaan suhu tertentu untuk pemanasan manusia. Iaitu, wayar pemanasan menukar tenaga elektrik kepada tenaga haba, membentuk suhu permukaan melalui pengaliran haba, dan terdapat perbezaan suhu antara suhu permukaan dan wayar pemanasan. Kerana arah utama pemindahan haba adalah dari bawah ke atas, adalah munasabah untuk selimut elektrik digunakan sebagai selimut dalam katil atau pelapik tilam