Sähköpeittojen lämmitysperiaate
1. Sähkövirran lämpövaikutus
Kun sähkövirta kulkee metallijohtimien läpi, johtimet tuottavat lämpöä sähkövastuksen vuoksi, jolloin johtimen lämpötila nousee. Tätä ilmiötä kutsutaan sähkövirran lämpövaikutukseksi. Sähköpeite on lämmityslaite, joka käyttää sähkölämmitysjohtoja tuottamaan lämpöä sähköllä, mikä on lämpövaikutuksen erityinen sovellus.
2. Johtimien resistanssi
Kun elektronit virtaavat johtimia pitkin, ne törmäävät jatkuvasti ja hankaavat atomeja vasten tuottaen eräänlaisen vastuksen. Tätä vastusta kutsutaan sähkövastukseksi. Eri johtimissa sähkövirran kokema vastus ei ole täysin sama. Jopa saman materiaalin sähkövirran vastus liittyy myös johtimen lämpötilaan, pituuteen ja poikkipinta-alaan. Jos poikkileikkauspinta-ala on sama, mitä pidempi johdin on, sitä suurempi vastus. Jos pituus on sama, mitä pienempi poikki-pinta-ala on, sitä suurempi vastus. Tämä on se, mitä yleisesti sanotaan: sähkövastus on verrannollinen virtaa-johtavan johtimen pituuteen ja kääntäen verrannollinen sen poikki{10}}pinta-alaan. Se ilmaistaan yleensä seuraavalla kaavalla:
Jossa
R - johtimen vastus, yksikkö: ohm;
L - johtimen pituus, yksikkö: metri;
ρ - ominaisvastus (katso taulukosta 1 yleisesti käytettyjen materiaalien ominaisvastus);
S - johtimen poikkipinta-ala-, yksikkö: neliömetri.
Taulukko 1
| Materiaalin nimi | 20 asteessa (ohm·mm²/m) |
|---|---|
| Kupari | 0.0175 |
| Hopea | 0.016 |
| Alumiini | 0.029 |
| Constantan | 0.40–0.44 |
| Manganiini | 1.1 |
| Nikkeli{0}}kromiseos | 1.2–1.5 |
Sähköpeittojen lämmityslankojen materiaalit ovat yleensä nikkeli-kromilankoja tai konstantilankoja, ja pieni osa käyttää myös manganiiniseoslankoja.
3. Sähkölämmitysteho
Sähkölämmitysteho tarkoittaa vastuksen vapauttamaa lämpöä aikayksikköä kohti. Kun aikayksikköä kohti vapautuva lämmön määrä on suuri, sanotaan, että sillä on korkea lämmitysteho. Kun lämmitysteho on pieni, myös vapautuva lämpömäärä on pieni. Sähköpeite on itse asiassa pieni-teho, alhaisen-lämpötilan lämmönkehitin. Sen teho voidaan määrittää sähköpeiton pinta-alan mukaan. Koska sähköpeite käyttää nikkeli-kromilankojen sisäistä resistanssia lämmön tuottamiseen lämmittämistä varten, sen tehonlaskentamenetelmä voi seurata puhtaiden resistiivisten piirien menetelmää. Yleensä tällaisen piirin teho voidaan laskea seuraavilla kaavoilla:
Jossa
P - sähköhuovan teho, yksikkö: wattia;
U - sähköpeittovirtalähdejännite, yksikkö: voltti;
I - sähkövirta, joka kulkee sähköpeittojohtimen läpi, yksikkö: ampeeri.
Esimerkiksi jos sähköpeite on kytketty 220 voltin virtalähteeseen ja sen läpi kulkeva virta on 0,45 A, sen teho on 100 wattia.
4. Energian muuntaminen
Sähköhuovat muuttavat sähköenergian lämpöenergiaksi. Joulen laki on kiinteä suhteellinen suhde sähköenergian ja lämpöenergian välillä, mikä tarjoaa perustan niiden väliselle kvantitatiiviselle analyysille. Lämpö Q, joka vapautuu, kun sähkövirta kulkee johtimen läpi, on verrannollinen virran I neliöön, johtimen vastukseen R ja aikaan t, jonka aikana virta kulkee. Eli:
Jossa
0.24 - kerroin;
Q - vapautunut lämpö, yksikkö: kalori;
t - aika, yksikkö: sekunti.
Tämän kaavan tarkoitus on, että kun virta kulkee johtimen läpi, jonka resistanssi on R, se voi tuottaa I²Rt lämpöä ajassa t. Esimerkiksi 100 watin sähköpeite voi vapauttaa 86,400 kaloria lämpöä yhdessä tunnissa, mikä lasketaan tämän kaavan mukaan.
Koska lämmityslanka tuottaa lämpöä tasaisesti, se tarvitsee vain sijoittaa tasaisesti sängyn kokoisen kankaan tai peiton sisään. Lämmityslangan tuottama lämpö lämmittää pintakangasta ja antaa pinnalle tietyn lämpötilan ihmisen lämmitystä varten. Toisin sanoen lämmityslanka muuttaa sähköenergian lämpöenergiaksi, muodostaa pintalämpötilan lämmön johtumisen kautta ja pintalämpötilan ja lämmityslangan välillä on lämpötilaero. Koska lämmönsiirron pääsuunta on alhaalta ylöspäin, sähköpeittoja on järkevää käyttää sängyn aluspeitteinä tai pehmusteena.