James Prescott Joule (αριστερά) και Emil Khristianovich Lenz (δεξιά)

Ηλεκτρικές θερμάστρες διαφόρων τύπων έχουν χρησιμοποιηθεί από την ανθρωπότητα εδώ και αιώνες, λόγω της ιδιοκτησίας ηλεκτρικό ρεύμαπαράγει θερμότητα καθώς διέρχεται από έναν αγωγό. Αυτό το φαινόμενο έχει επίσης έναν αρνητικό παράγοντα - η υπερθέρμανση της ηλεκτρικής καλωδίωσης λόγω υπερβολικού ρεύματος συχνά γινόταν η αιτία βραχυκυκλώματος και πυρκαγιών. Η απελευθέρωση θερμότητας από το έργο του ηλεκτρικού ρεύματος μελετήθηκε στο μάθημα της σχολικής φυσικής, αλλά πολλοί έχουν ξεχάσει αυτή τη γνώση.

Για πρώτη φορά, η εξάρτηση της απελευθέρωσης θερμότητας από την ισχύ του ηλεκτρικού ρεύματος διατυπώθηκε και προσδιορίστηκε μαθηματικά από τον James Joule το 1841 και λίγο αργότερα, το 1842, ανεξάρτητα από αυτόν, από τον Emil Lenz. Προς τιμήν αυτών των φυσικών, ονομάστηκε ο νόμος Joule-Lenz, σύμφωνα με τον οποίο υπολογίζεται η ισχύς των ηλεκτρικών θερμαντήρων και οι απώλειες που οφείλονται στην παραγωγή θερμότητας στα καλώδια ρεύματος.

Ορισμός του νόμου Joule–Lenz

Σε έναν λεκτικό ορισμό, σύμφωνα με τις μελέτες των Joule και Lenz, ο νόμος ακούγεται ως εξής:

Η ποσότητα θερμότητας που απελευθερώνεται σε έναν ορισμένο όγκο του αγωγού κατά τη ροή του ηλεκτρικού ρεύματος είναι ευθέως ανάλογη με τον πολλαπλασιασμό της πυκνότητας του ηλεκτρικού ρεύματος και το μέγεθος της έντασης του ηλεκτρικού πεδίου

Με τη μορφή ενός τύπου, αυτός ο νόμος μοιάζει με αυτό:

Έκφραση του νόμου Joule-Lenz

Δεδομένου ότι οι παράμετροι που περιγράφονται παραπάνω χρησιμοποιούνται σπάνια στην καθημερινή ζωή και δεδομένου ότι σχεδόν όλοι οι οικιακόι υπολογισμοί για την απελευθέρωση θερμότητας από τη λειτουργία του ηλεκτρικού ρεύματος σχετίζονται με λεπτούς αγωγούς (καλώδια, καλώδια, νήματα, καλώδια τροφοδοσίας, αγώγιμες γραμμές στην πλακέτα, κ.λπ.), χρησιμοποιήστε τον νόμο Joule Lenz με τον τύπο που παρουσιάζεται σε ολοκληρωμένη μορφή:

Ολοκληρωμένη μορφή δικαίου

Σε έναν λεκτικό ορισμό, ο νόμος του Joule Lenz ακούγεται ως εξής:

Λεκτική ορισμός του νόμου Joule-Lenz

Αν δεχτούμε ότι η ένταση του ρεύματος και η αντίσταση του αγωγού δεν αλλάζουν με την πάροδο του χρόνου, τότε ο νόμος Joule-Lenz μπορεί να γραφτεί σε απλοποιημένη μορφή:

Εφαρμόζοντας τον νόμο του Ohm και τους αλγεβρικούς μετασχηματισμούς, λαμβάνουμε τους ακόλουθους ισοδύναμους τύπους:

Ισοδύναμες εκφράσεις για τη θερμότητα σύμφωνα με το νόμο του Ohm

Εφαρμογή και πρακτική σημασία του νόμου Joule–Lenz

Οι μελέτες των Joule και Lenz στον τομέα της απελευθέρωσης θερμότητας από το έργο του ηλεκτρικού ρεύματος έχουν βελτιώσει σημαντικά την επιστημονική κατανόηση των φυσικών διεργασιών και οι βασικοί τύποι που προκύπτουν δεν έχουν αλλάξει και εξακολουθούν να χρησιμοποιούνται σε διάφορους κλάδους της επιστήμης και της τεχνολογίας. Στον τομέα της ηλεκτρικής μηχανικής, μπορούν να διακριθούν αρκετά τεχνικά καθήκοντα, όπου η ποσότητα θερμότητας που απελευθερώνεται κατά τη ροή του ρεύματος είναι κρίσιμη έννοιακατά τον υπολογισμό των ακόλουθων παραμέτρων:

• Απώλειες θερμότητας σε γραμμές ηλεκτρικής ενέργειας.
• χαρακτηριστικά των καλωδίων των δικτύων ηλεκτρικής καλωδίωσης.
• θερμική ισχύς (ποσότητα θερμότητας) ηλεκτρικών θερμαντήρων.
• θερμοκρασία λειτουργίας των αυτόματων διακοπτών.
• σημείο τήξης της ασφάλειας.
• απαγωγή θερμότητας διαφόρων ηλεκτρικών συσκευών και στοιχείων της ραδιομηχανικής.

Ηλεκτρικές συσκευές που χρησιμοποιούν το θερμικό έργο του ρεύματος

Η θερμική επίδραση του ηλεκτρικού ρεύματος στα καλώδια των γραμμών ισχύος (TL) είναι ανεπιθύμητη λόγω σημαντικών απωλειών ηλεκτρικής ενέργειας για παραγωγή θερμότητας.

Σύμφωνα με διάφορα στοιχεία, έως και το 40% του συνόλου της ηλεκτρικής ενέργειας που παράγεται στον κόσμο χάνεται σε καλώδια ρεύματος. Για να μειώσουν τις απώλειες κατά τη μεταφορά ηλεκτρικής ενέργειας σε μεγάλες αποστάσεις, αυξάνουν την τάση στις γραμμές ηλεκτρικής ενέργειας, κάνοντας υπολογισμούς σύμφωνα με τους παραγώγους τύπους του νόμου Joule-Lenz.

Διάγραμμα όλων των πιθανών απωλειών ηλεκτρικής ενέργειας, μεταξύ των οποίων οι απώλειες θερμότητας στις εναέριες γραμμές αποτελούν τη μερίδα του λέοντος (64%)

Πολύ απλά, το θερμικό έργο του ρεύματος μπορεί να περιγραφεί ως εξής: τα ηλεκτρόνια κινούνται μεταξύ των μορίων και από καιρό σε καιρό συγκρούονται μαζί τους, γεγονός που κάνει τις θερμικές τους δονήσεις να γίνονται πιο έντονες. Μια οπτική επίδειξη της θερμικής εργασίας των τρεχουσών και συνειρμικών εξηγήσεων των διεργασιών παρουσιάζονται στο παρακάτω βίντεο:

Υπολογισμοί απωλειών ηλεκτρικής ενέργειας σε ηλεκτροφόρα καλώδια

Ως παράδειγμα, μπορούμε να πάρουμε ένα υποθετικό τμήμα μιας γραμμής ηλεκτρικής ενέργειας από μια μονάδα παραγωγής ενέργειας σε έναν υποσταθμό μετασχηματιστή. Δεδομένου ότι τα καλώδια της γραμμής ισχύος και ο καταναλωτής ηλεκτρικής ενέργειας (υποσταθμός μετασχηματιστή) είναι συνδεδεμένα διαδοχικώς, τότε διαρρέει το ίδιο ρεύμα I. Σύμφωνα με τον νόμο Joule-Lenz που εξετάζεται εδώ, η ποσότητα θερμότητας Q w (απώλεια θερμότητας) που απελευθερώνεται στα καλώδια υπολογίζεται από τον τύπο:

Η ισχύς που παράγεται από το ηλεκτρικό ρεύμα (Q c) στο φορτίο υπολογίζεται σύμφωνα με το νόμο του Ohm:

Έτσι, εάν τα ρεύματα είναι ίσα, αντί για I, η έκφραση Q c / U c μπορεί να εισαχθεί στον πρώτο τύπο, αφού I = Q c / U c:

Αν αγνοήσουμε την εξάρτηση της αντίστασης των αγωγών από τις αλλαγές θερμοκρασίας, τότε μπορούμε να θεωρήσουμε το R w αμετάβλητο (σταθερό). Έτσι, με σταθερή κατανάλωση ενέργειας του καταναλωτή (υποσταθμός μετασχηματιστή), η απελευθέρωση θερμότητας στα καλώδια της γραμμής μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας θα είναι αντιστρόφωςτάση στο τετράγωνο τελικό σημείογραμμές. Με άλλα λόγια, παρά περισσότερη έντασημετάδοση ισχύος, τόσο λιγότερη απώλεια ισχύος.

Για μετάδοση ισχύος υψηλής τάσηςαπαιτούνται μεγάλοι πυλώνες ισχύος

Το έργο του νόμου Joule-Lenz στην καθημερινή ζωή

Αυτοί οι υπολογισμοί ισχύουν επίσης στην καθημερινή ζωή κατά τη μετάδοση ηλεκτρικής ενέργειας σε μικρές αποστάσεις - για παράδειγμα, από μια ανεμογεννήτρια σε έναν μετατροπέα. Με ένα αυτόνομο τροφοδοτικό, κάθε watt ενέργειας που παράγεται από έναν ανεμόμυλο χαμηλής τάσης αποτιμάται και μπορεί να είναι πιο κερδοφόρο να αυξήσετε την τάση με έναν μετασχηματιστή ακριβώς στην ανεμογεννήτρια παρά να ξοδέψετε χρήματα σε ένα μεγάλο τμήμα καλωδίου για να μείωση των απωλειών ισχύος κατά τη μετάδοση.

Με σημαντική αφαίρεση ανεμογεννήτριας χαμηλής τάσης εναλλασσόμενο ρεύμαγια μείωση των απωλειών ισχύος πιο κερδοφόρα σύνδεσημέσω ενός μετασχηματιστή ανόδου

Στα οικιακά δίκτυα ηλεκτρικής καλωδίωσης, οι αποστάσεις είναι εξαιρετικά μικρές προκειμένου να μειωθούν οι απώλειες θερμότητας αυξάνοντας την τάση, επομένως, κατά τον υπολογισμό της καλωδίωσης, λαμβάνεται υπόψη το θερμικό έργο του ρεύματος, σύμφωνα με το νόμο Joule-Lenz, κατά την επιλογή η διατομή των συρμάτων έτσι ώστε αυτά θερμική θέρμανσηδεν οδήγησε σε τήξη και ανάφλεξη της μόνωσης και των γύρω υλικών. Η επιλογή του καλωδίου για την τροφοδοσία και την καλωδίωση πραγματοποιείται σύμφωνα με τους πίνακες και τα κανονιστικά έγγραφα του PUE και περιγράφονται λεπτομερώς σε άλλες σελίδες αυτού του πόρου.

Αναλογίες ισχύος ρεύματος και διατομή αγωγών

Κατά τον υπολογισμό της θερμοκρασίας θέρμανσης των στοιχείων ραδιομηχανικής, ενός διμεταλλικού διακόπτη κυκλώματος ή μιας ασφάλειας, χρησιμοποιείται ο νόμος Joule-Lenz σε ενιαία μορφή, καθώς η αντίσταση αυτών των υλικών αλλάζει με την αύξηση της θερμοκρασίας. Αυτοί οι περίπλοκοι υπολογισμοί λαμβάνουν επίσης υπόψη τη μεταφορά θερμότητας, τη θέρμανση από άλλες πηγές θερμότητας, την εγγενή θερμοχωρητικότητα και πολλούς άλλους παράγοντες.

Λογισμικό προσομοίωσης απαγωγής θερμότητας συσκευής ημιαγωγών

Χρήσιμη θερμική εργασία ηλεκτρικού ρεύματος

Το έργο παραγωγής θερμότητας ενός ηλεκτρικού ρεύματος χρησιμοποιείται ευρέως σε ηλεκτρικούς θερμαντήρες, οι οποίοι χρησιμοποιούν μια σειρά σύνδεσης αγωγών με διαφορετικές αντιστάσεις. Αυτή η αρχή λειτουργεί ως εξής: το ίδιο ρεύμα ρέει σε σειριακά συνδεδεμένους αγωγούς, πράγμα που σημαίνει ότι, σύμφωνα με το νόμο Joule-Lenz, θα απελευθερωθεί περισσότερη θερμότητα από το υλικό του αγωγού με υψηλή αντίσταση.

Το πηνίο με αυξημένη αντίσταση θερμαίνεται, αλλά τα καλώδια τροφοδοσίας παραμένουν κρύα

Με αυτόν τον τρόπο, το καλώδιο τροφοδοσίας και τα καλώδια μολύβδου της θερμής πλάκας παραμένουν σχετικά κρύα ενώ το θερμαντικό στοιχείο θερμαίνεται μέχρι τη θερμοκρασία της κόκκινης λάμψης. Ως υλικό για αγωγούς θερμαντικών στοιχείων, χρησιμοποιούνται κράματα με αυξημένη (σε σχέση με την ηλεκτρική καλωδίωση από χαλκό και αλουμίνιο) ειδική αντίσταση - νιχρώμιο, κοντάνταν, βολφράμιο και άλλα.

Το νήμα ενός λαμπτήρα πυρακτώσεως είναι κατασκευασμένο από πυρίμαχα κράματα βολφραμίου.

Όταν οι αγωγοί συνδέονται παράλληλα, η απαγωγή θερμότητας θα είναι μεγαλύτερη θερμαντικό στοιχείομε μικρότερη αντίσταση, αφού όταν μειώνεται αυξάνεται το ρεύμα της σχετικής γειτονικής συνιστώσας του κυκλώματος. Ως παράδειγμα, μπορούμε να δώσουμε ένα προφανές παράδειγμα της λάμψης δύο λαμπτήρων πυρακτώσεως διαφορετικής ισχύος - ένας πιο ισχυρός λαμπτήρας έχει περισσότερη θερμότητα και φωτεινή ροή.

Εάν χτυπήσετε μια λάμπα με ένα ωμόμετρο, αποδεικνύεται ότι μια πιο ισχυρή λάμπα έχει μικρότερη αντίσταση. Στο παρακάτω βίντεο, ο συγγραφέας δείχνει μια σειριακή και παράλληλη σύνδεση, αλλά δυστυχώς, έκανε ένα λάθος στο σχόλιο - η λάμπα θα λάμπει πιο φωτεινά με μεγάλοαντίσταση και όχι το αντίστροφο.

Ο νόμος Joule-Lenz είναι ένας νόμος της φυσικής που καθορίζει το ποσοτικό μέτρο της θερμικής επίδρασης ενός ηλεκτρικού ρεύματος. Ο νόμος αυτός διατυπώθηκε το 1841 από τον Άγγλο επιστήμονα D. Joule και εντελώς ξεχωριστά από αυτόν το 1842 από τον διάσημο Ρώσο φυσικό E. Lenz. Ως εκ τούτου, έλαβε το διπλό του όνομα - ο νόμος Joule-Lenz.

Ορισμός και τύπος νόμου

Η λεκτική διατύπωση είναι η εξής: η ισχύς της θερμότητας που απελευθερώνεται στον αγωγό όταν ρέει μέσα από αυτόν είναι ανάλογη με το γινόμενο της τιμής της πυκνότητας του ηλεκτρικού πεδίου και της τιμής ισχύος.

Μαθηματικά, ο νόμος Joule-Lenz εκφράζεται ως εξής:

ω = j E = ϭ E²,

όπου ω είναι η ποσότητα θερμότητας που απελευθερώνεται σε μονάδες. Ενταση ΗΧΟΥ;

E και j είναι η ισχύς και η πυκνότητα, αντίστοιχα, των ηλεκτρικών πεδίων.

σ είναι η αγωγιμότητα του μέσου.

Η φυσική έννοια του νόμου Joule-Lenz

Ο νόμος μπορεί να εξηγηθεί ως εξής: το ρεύμα που διαρρέει τον αγωγό είναι μια μετατόπιση ηλεκτρικό φορτίουπό επιρροή. Έτσι, το ηλεκτρικό πεδίο κάνει κάποια δουλειά. Αυτή η εργασία δαπανάται για τη θέρμανση του αγωγού.

Με άλλα λόγια, η ενέργεια μετατρέπεται στην άλλη της ιδιότητα - τη θερμότητα.

Αλλά δεν πρέπει να επιτρέπεται η υπερβολική θέρμανση των αγωγών με ρεύμα και ηλεκτρικό εξοπλισμό, καθώς αυτό μπορεί να οδηγήσει σε βλάβη τους. Η σοβαρή υπερθέρμανση είναι επικίνδυνη με τα καλώδια, όταν αρκετά μεγάλα ρεύματα μπορούν να ρέουν μέσω των αγωγών.

Σε ολοκληρωμένη μορφήγια λεπτούς αγωγούς Νόμος Joule-Lenzακούγεται ως εξής: η ποσότητα θερμότητας που απελευθερώνεται ανά μονάδα χρόνου στο τμήμα του υπό εξέταση κυκλώματος ορίζεται ως το γινόμενο του τετραγώνου της ισχύος ρεύματος και της αντίστασης του τμήματος.

Μαθηματικά, αυτή η διατύπωση εκφράζεται ως εξής:

Q = ∫ k I² R t,

Στην περίπτωση αυτή, Q είναι η ποσότητα της θερμότητας που απελευθερώνεται.

Το I είναι η τρέχουσα τιμή.

R είναι η ενεργός αντίσταση των αγωγών.

t είναι ο χρόνος έκθεσης.

Η τιμή της παραμέτρου k συνήθως ονομάζεται θερμικό ισοδύναμο της εργασίας. Η τιμή αυτής της παραμέτρου καθορίζεται ανάλογα με την χωρητικότητα των ψηφίων των μονάδων στις οποίες εκτελούνται οι μετρήσεις των τιμών που χρησιμοποιούνται στον τύπο.

Ο νόμος Joule-Lenz είναι αρκετά γενικός, αφού δεν εξαρτάται από τη φύση των δυνάμεων που δημιουργούν το ρεύμα.

Από την πράξη, μπορεί να υποστηριχθεί ότι ισχύει τόσο για ηλεκτρολύτες όσο και για αγωγούς και ημιαγωγούς.

Περιοχή εφαρμογής

Τομείς εφαρμογής στην καθημερινή ζωή του νόμου του Joule Lenz - μεγάλο ποσό. Για παράδειγμα, ένα νήμα βολφραμίου σε έναν λαμπτήρα πυρακτώσεως, ένα τόξο στην ηλεκτρική συγκόλληση, ένα νήμα θέρμανσης σε έναν ηλεκτρικό θερμαντήρα και άλλα. κλπ. Αυτός είναι ο πιο ευρέως αποδεκτός φυσικός νόμος στην καθημερινή ζωή.

Μήνυμα από τον διαχειριστή:

Παιδιά! Ποιος ήθελε εδώ και καιρό να μάθει αγγλικά;
Πηγαίνετε στο και αποκτήστε δύο δωρεάν μαθήματαστο σχολείο της αγγλικής γλώσσας SkyEng!
Δουλεύω ο ίδιος εκεί - πολύ ωραία. Υπάρχει πρόοδος.

Στην εφαρμογή, μπορείτε να μάθετε λέξεις, να εκπαιδεύσετε την ακρόαση και την προφορά.

Δοκίμασέ το. Δύο μαθήματα δωρεάν με το link μου!
Κάντε κλικ

Η ποσότητα θερμότητας που απελευθερώνεται ανά μονάδα χρόνου στο τμήμα του υπό εξέταση κυκλώματος είναι ανάλογη με το γινόμενο του τετραγώνου της ισχύος ρεύματος σε αυτό το τμήμα και της αντίστασης του τμήματος

Ο νόμος του Joule Lenz σε ακέραια μορφή σε λεπτά σύρματα:

Εάν η ισχύς του ρεύματος αλλάζει με το χρόνο, ο αγωγός είναι ακίνητος και δεν υπάρχουν χημικοί μετασχηματισμοί σε αυτόν, τότε απελευθερώνεται θερμότητα στον αγωγό.

- Η ισχύς της θερμότητας που απελευθερώνεται ανά μονάδα όγκου του μέσου κατά τη ροή του ηλεκτρικού ρεύματος είναι ανάλογη με το γινόμενο της πυκνότητας του ηλεκτρικού ρεύματος και του μεγέθους του ηλεκτρικού πεδίου

Η μετατροπή ηλεκτρικής ενέργειας σε θερμική ενέργεια χρησιμοποιείται ευρέως σε ηλεκτρικούς φούρνους και διάφορους ηλεκτρικούς θερμαντήρες. Το ίδιο αποτέλεσμα σε ηλεκτρικές μηχανές και συσκευές οδηγεί σε ακούσιο ενεργειακό κόστος (απώλεια ενέργειας και μειωμένη απόδοση). Η θερμότητα, προκαλώντας τη θέρμανση αυτών των συσκευών, περιορίζει το φορτίο τους. Σε περίπτωση υπερφόρτωσης, η αύξηση της θερμοκρασίας μπορεί να καταστρέψει τη μόνωση ή να μειώσει τη διάρκεια ζωής της εγκατάστασης.

Στον τύπο που χρησιμοποιήσαμε:

Ποσότητα θερμότητας

Τρέχουσα εργασία

Τάση αγωγού

Ρεύμα στον αγωγό

Χρονικό διάστημα

Romanova_1 / kursachi / Romanov's kursovik / ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ / 13 Θερμικός υπολογισμός. Θερμική ισχύς στον τύπο της αντίστασης

Εργασία με θέμα «Νόμοι συνεχές ρεύμα". Η εργασία μπορεί να ενδιαφέρει μαθητές και αποφοίτους της 10ης τάξης για να προετοιμαστούν για τις εξετάσεις. Παρεμπιπτόντως, αυτό το είδος εργασίας ήταν στην εξέταση στο μέρος 1 με μια ελαφρώς διαφορετική ερώτηση (ήταν απαραίτητο να βρεθεί η αναλογία των ποσοτήτων θερμότητας που απελευθερώθηκαν στις αντιστάσεις).

Σε ποια από τις αντιστάσεις θα απελευθερωθεί η μεγαλύτερη (λιγότερη) ποσότητα θερμότητας; R1 = R4 = 4 ohms, R2 = 3 ohms, R3 = 2 ohms. Δινω λυση. Για να απαντήσετε στην ερώτηση του προβλήματος, είναι απαραίτητο να συγκρίνετε την ποσότητα θερμότητας που απελευθερώνεται σε κάθε μία από τις αντιστάσεις τους. Για να γίνει αυτό, χρησιμοποιούμε τον τύπο του νόμου Joule-Lenz. Δηλαδή, το κύριο καθήκον θα είναι ο προσδιορισμός της ισχύος ρεύματος (ή σύγκρισης) που διαρρέει κάθε αντίσταση.

Σύμφωνα με τους νόμους της σειριακής σύνδεσης, το ρεύμα που ρέει μέσω των αντιστάσεων R1 και R2, και R3 και R4, είναι το ίδιο. Για να προσδιορίσουμε την ένταση ρεύματος στους άνω και κάτω κλάδους, χρησιμοποιούμε τον νόμο της παράλληλης σύνδεσης, σύμφωνα με τον οποίο η τάση σε αυτούς τους κλάδους είναι η ίδια.Γράφοντας την τάση στους κάτω και πάνω κλάδους σύμφωνα με το νόμο του Ohm για ένα τμήμα κυκλώματος , έχουμε: Αντικαθιστώντας τις αριθμητικές τιμές των αντιστάσεων των αντιστάσεων, λαμβάνουμε: Δηλαδή, παίρνουμε την αναλογία μεταξύ των ρευμάτων που ρέουν στους άνω και κάτω κλάδους: Έχοντας καθορίσει την ένταση ρεύματος μέσω καθεμιάς από αυτές τις αντιστάσεις, προσδιορίζουμε την ποσότητα θερμότητα που απελευθερώνεται σε κάθε μία από τις αντιστάσεις. Συγκρίνοντας τους αριθμητικούς συντελεστές, συμπεραίνουμε ότι μέγιστο ποσόΗ θερμότητα θα απελευθερωθεί στην τέταρτη αντίσταση και η ελάχιστη ποσότητα θερμότητας - στη δεύτερη.

Μπορείτε να αφήσετε ένα σχόλιο ή να βάλετε ένα trackback από τον ιστότοπό σας.

Γράψε ένα σχόλιο

fizika-doma.ru

Θερμική ισχύς - τύπος υπολογισμού

Οι ιδιοκτήτες ιδιωτικών κατοικιών, διαμερισμάτων ή οποιωνδήποτε άλλων αντικειμένων πρέπει να ασχοληθούν με υπολογισμούς θερμικής μηχανικής. Αυτό είναι το θεμέλιο του σχεδιασμού κτιρίων.

Η κατανόηση της ουσίας αυτών των υπολογισμών στα επίσημα έγγραφα δεν είναι τόσο δύσκολη όσο φαίνεται.

Μπορείτε επίσης να μάθετε πώς να κάνετε υπολογισμούς για να αποφασίσετε ποια μόνωση θα χρησιμοποιήσετε, πόσο πάχος πρέπει να είναι, πόση ισχύς πρέπει να αποκτήσει ο λέβητας και αν υπάρχουν αρκετά υπάρχοντα θερμαντικά σώματα για μια δεδομένη περιοχή.

Οι απαντήσεις σε αυτές και σε πολλές άλλες ερωτήσεις μπορούν να βρεθούν αν καταλάβετε τι είναι η θερμική ισχύς. Τύπος, ορισμός και πεδίο εφαρμογής - διαβάστε το άρθρο.

Τι είναι ο θερμικός υπολογισμός;

Με απλά λόγια, ένας θερμικός υπολογισμός σάς βοηθά να γνωρίζετε ακριβώς πόση θερμότητα αποθηκεύει και χάνει ένα κτίριο και πόση ενέργεια χρειάζεται να παράγει η θέρμανση για να διατηρείται ένα σπίτι άνετο.

Κατά την αξιολόγηση της απώλειας θερμότητας και του βαθμού παροχής θερμότητας, λαμβάνονται υπόψη οι ακόλουθοι παράγοντες:

1. Τι είδους αντικείμενο είναι: πόσους ορόφους έχει, παρουσία γωνιακών δωματίων, είτε πρόκειται για κατοικία είτε για βιομηχανικό κ.λπ.
2. Πόσα άτομα θα «κατοικήσουν» στο κτίριο.
3. Μια σημαντική λεπτομέρεια είναι η περιοχή των υαλοπινάκων. Και οι διαστάσεις της οροφής, των τοίχων, του δαπέδου, των θυρών, του ύψους της οροφής κ.λπ.
4. Ποια είναι η διάρκεια της περιόδου θέρμανσης, τα κλιματικά χαρακτηριστικά της περιοχής.
5. Σύμφωνα με τα SNiPs, καθορίζονται τα πρότυπα θερμοκρασίας που πρέπει να υπάρχουν στις εγκαταστάσεις.
6. Το πάχος τοίχων, οροφών, επιλεγμένων θερμομονωτών και οι ιδιότητές τους.

Άλλες συνθήκες και χαρακτηριστικά μπορούν να ληφθούν υπόψη, για παράδειγμα, οι εργάσιμες ημέρες και τα Σαββατοκύριακα, η ισχύς και ο τύπος εξαερισμού, ο προσανατολισμός της κατοικίας στα κύρια σημεία κ.λπ. λαμβάνονται υπόψη για τις εγκαταστάσεις παραγωγής.

Σε τι χρησιμεύει ο θερμικός υπολογισμός;

Πώς τα κατάφεραν οι οικοδόμοι του παρελθόντος χωρίς θερμικούς υπολογισμούς;

Τα σωζόμενα εμπορικά σπίτια δείχνουν ότι όλα έγιναν απλά με ένα περιθώριο: τα παράθυρα είναι μικρότερα, οι τοίχοι πιο χοντροί. Αποδείχθηκε ζεστό, αλλά οικονομικά ασύμφορο.

Ο υπολογισμός θερμικής μηχανικής σάς επιτρέπει να δημιουργήσετε το βέλτιστο. Τα υλικά λαμβάνονται όχι περισσότερο - όχι λιγότερο, αλλά ακριβώς όσο χρειάζεται. Μειώνονται οι διαστάσεις του κτιρίου και το κόστος κατασκευής του.

Ο υπολογισμός του σημείου δρόσου σας επιτρέπει να κατασκευάζετε έτσι ώστε τα υλικά να μην αλλοιώνονται για όσο το δυνατόν περισσότερο.

Για να προσδιορίσετε την απαιτούμενη ισχύ του λέβητα, δεν μπορείτε να κάνετε χωρίς υπολογισμούς. Η συνολική του ισχύς αποτελείται από ενεργειακά κόστη για θέρμανση δωματίων, θέρμανση ζεστού νερού για οικιακές ανάγκες και δυνατότητα παρεμπόδισης των απωλειών θερμότητας από τον εξαερισμό και τον κλιματισμό. Το απόθεμα ισχύος προστίθεται για την περίοδο αιχμής κρύου καιρού.

Κατά την αεριοποίηση ενός αντικειμένου απαιτείται συντονισμός με τις υπηρεσίες. Υπολογίζεται η ετήσια κατανάλωση αερίου για θέρμανση και η συνολική χωρητικότητα των πηγών θερμότητας σε γιγαθερμίδες.

Απαιτούνται υπολογισμοί κατά την επιλογή στοιχείων του συστήματος θέρμανσης. Υπολογίζεται το σύστημα σωλήνων και καλοριφέρ - μπορείτε να μάθετε ποιο πρέπει να είναι το μήκος, η επιφάνεια τους. Η απώλεια ισχύος λαμβάνεται υπόψη κατά την περιστροφή του αγωγού, στους αρμούς και στη διέλευση των βαλβίδων.

Κατά τον υπολογισμό του κόστους της θερμικής ενέργειας, μπορεί να είναι χρήσιμη η γνώση του τρόπου μετατροπής του Gcal σε kW και αντίστροφα. Το παρακάτω άρθρο εξετάζει αυτό το θέμα λεπτομερώς με παραδείγματα υπολογισμού.

Ένας πλήρης υπολογισμός του δαπέδου ζεστού νερού δίνεται σε αυτό το παράδειγμα.

Γνωρίζατε ότι ο αριθμός των τμημάτων των καλοριφέρ θέρμανσης δεν λαμβάνεται "από την οροφή"; Πολύ λίγα από αυτά θα οδηγήσουν στο γεγονός ότι το σπίτι θα είναι κρύο και πάρα πολλά από αυτά θα δημιουργήσουν θερμότητα και θα οδηγήσουν σε υπερβολική ξηρότητα του αέρα. Ο σύνδεσμος http://microklimat.pro/sistemy-otopleniya/raschet-sistem-otopleniya/kolichestva-sekcij-radiatorov.html παρέχει παραδείγματα του σωστού υπολογισμού των θερμαντικών σωμάτων.

Υπολογισμός θερμικής ισχύος: τύπος

Εξετάστε τον τύπο και δώστε παραδείγματα για τον τρόπο υπολογισμού για κτίρια με διαφορετικό συντελεστήδιασκόρπιση.

Vx(δέλτα)TxK= kcal/h (εξόδου θερμότητας), όπου:

• Ο πρώτος δείκτης "V" είναι ο όγκος του υπολογιζόμενου δωματίου.
• Δέλτα "T" - η διαφορά θερμοκρασίας - αυτή είναι η τιμή που δείχνει πόσοι βαθμοί μέσα στο δωμάτιο είναι θερμότεροι από έξω.
• Το "K" είναι ο συντελεστής διάχυσης (ονομάζεται επίσης "συντελεστής μετάδοσης θερμότητας"). Η τιμή λαμβάνεται από τον πίνακα. Συνήθως ο αριθμός κυμαίνεται από 4 έως 0,6.

Κατά προσέγγιση τιμές του συντελεστή διάχυσης για έναν απλοποιημένο υπολογισμό

• Εάν πρόκειται για μη μονωμένο μεταλλικό προφίλ ή σανίδα, τότε το "K" θα είναι = 3 - 4 μονάδες.
• Ενιαία τούβλα και ελάχιστη μόνωση - "K" \u003d από 2 έως 3-ex.
• Τοίχος από δύο τούβλα, τυπική οροφή, παράθυρα και
• πόρτες - "K" \u003d από 1 έως 2.
• Η πιο ζεστή επιλογή. Παράθυρα με διπλά τζάμια, τοίχοι από τούβλα με διπλή μόνωση κ.λπ. - "K" \u003d 0,6 - 0,9.

Ένας πιο ακριβής υπολογισμός μπορεί να γίνει υπολογίζοντας τις ακριβείς διαστάσεις των επιφανειών του σπιτιού που διαφέρουν σε ιδιότητες σε m2 (παράθυρα, πόρτες κ.λπ.), κάνοντας έναν υπολογισμό για αυτές ξεχωριστά και αθροίζοντας τους δείκτες που προκύπτουν.

Παράδειγμα υπολογισμού θερμότητας

Ας πάρουμε ένα συγκεκριμένο δωμάτιο 80 m2 με ύψος οροφής 2,5 m και ας υπολογίσουμε πόση ισχύς λέβητα χρειαζόμαστε για να τον θερμάνουμε.

Αρχικά, υπολογίζουμε τον κυβισμό: 80 x 2,5 = 200 m3. Το σπίτι μας είναι μονωμένο, αλλά όχι αρκετό - ο συντελεστής διασποράς είναι 1,2.

Οι παγετοί είναι έως -40 ° C και στο δωμάτιο που θέλετε να έχετε άνετο +22 βαθμούς, η διαφορά θερμοκρασίας (δέλτα "T") είναι 62 ° C.

Αντικαθιστούμε τους αριθμούς στον τύπο για την ισχύ των απωλειών θερμότητας και πολλαπλασιάζουμε:

200 x 62 x 1,2 \u003d 14880 kcal/h.

Οι θερμίδες που προκύπτουν μετατρέπονται σε κιλοβάτ χρησιμοποιώντας τον μετατροπέα:

• 1 kW = 860 kcal;
• 14880 kcal = 17302,3 W.

Στρογγυλοποιούμε με ένα περιθώριο και καταλαβαίνουμε ότι στον πιο σοβαρό παγετό των -40 βαθμών, θα χρειαστούμε 18 kW ενέργειας την ώρα.

Πολλαπλασιάστε την περίμετρο του σπιτιού με το ύψος των τοίχων:

(8 + 10) x 2 x 2,5 = 90 m2 επιφάνειας τοίχου + 80 m2 οροφής = 170 m2 επιφάνειας σε επαφή με το κρύο. Οι απώλειες θερμότητας που υπολογίσαμε παραπάνω ανήλθαν σε 18 kW / h, διαιρώντας την επιφάνεια του σπιτιού με την εκτιμώμενη ενέργεια που καταναλώθηκε, παίρνουμε ότι 1 m2 χάνει περίπου 0,1 kW ή 100 W ανά ώρα σε εξωτερική θερμοκρασία -40 ° C και +22°C σε εσωτερικούς χώρους.

Αυτά τα δεδομένα μπορούν να αποτελέσουν τη βάση για τον υπολογισμό του απαιτούμενου πάχους μόνωσης στους τοίχους.

Ας δώσουμε ένα άλλο παράδειγμα υπολογισμού, είναι πιο περίπλοκο σε ορισμένες στιγμές, αλλά πιο ακριβές.

Τύπος:

Q = S x (δέλτα)T / R:

• Q είναι η επιθυμητή τιμή της απώλειας θερμότητας στο σπίτι σε W.
• S είναι το εμβαδόν των επιφανειών ψύξης σε m2.
• T είναι η διαφορά θερμοκρασίας σε βαθμούς Κελσίου.
• R είναι η θερμική αντίσταση του υλικού (m2 x K / W) (Τετραγωνικά μέτρα πολλαπλασιαζόμενα επί Kelvin και διαιρούμενα με Watt).

Έτσι, για να βρούμε το "Q" του ίδιου σπιτιού όπως στο παραπάνω παράδειγμα, ας υπολογίσουμε το εμβαδόν των επιφανειών του "S" (δεν θα μετρήσουμε το πάτωμα και τα παράθυρα).

• "S" στην περίπτωσή μας = 170 m2, από τα οποία τα 80 m2 είναι οροφές και 90 m2 είναι τοίχοι.
• T = 62 °С;
• Το R είναι θερμική αντίσταση.

Ψάχνουμε για "R" σύμφωνα με τον πίνακα θερμικών αντιστάσεων ή σύμφωνα με τον τύπο. Ο τύπος για τον υπολογισμό του συντελεστή θερμικής αγωγιμότητας έχει ως εξής:

R= H/ K.T. (Η είναι το πάχος του υλικού σε μέτρα, Κ.Τ είναι ο συντελεστής θερμικής αγωγιμότητας).

Σε αυτή την περίπτωση το σπίτι μας έχει τοίχους σε δύο τούβλα επενδυμένους με αφρώδες πλαστικό πάχους 10 εκ. Η οροφή καλύπτεται με πριονίδι πάχους 30 εκ.

Το σύστημα θέρμανσης μιας ιδιωτικής κατοικίας πρέπει να διευθετηθεί λαμβάνοντας υπόψη την εξοικονόμηση κόστους ενέργειας. Υπολογισμός του συστήματος θέρμανσης μιας ιδιωτικής κατοικίας, καθώς και συστάσεις για την επιλογή λεβήτων και καλοριφέρ - διαβάστε προσεκτικά.

Πώς και πώς να μονώσετε ένα ξύλινο σπίτι από το εσωτερικό, θα μάθετε διαβάζοντας αυτές τις πληροφορίες. Η επιλογή της μόνωσης και της τεχνολογίας μόνωσης.

Από τον πίνακα των συντελεστών θερμικής αγωγιμότητας (μετρούμενοι με W / (m2 x K) Watt διαιρούμενο με το γινόμενο τετραγωνικού μέτρου με Kelvin). Βρίσκουμε τις τιμές για κάθε υλικό, θα είναι:

• τούβλο - 0,67;
• πολυστυρένιο - 0,037;
• πριονίδι - 0,065.

Αντικαθιστούμε τα δεδομένα στον τύπο (R = H / K.T.):

• R (οροφή πάχους 30 cm) = 0,3 / 0,065 = 4,6 (m2 x K) / W;
• R (τοίχος από τούβλα 50 cm) = 0,5 / 0,67 = 0,7 (m2 x K) / W;
• R (αφρός 10 cm) \u003d 0,1 / 0,037 \u003d 2,7 (m2 x K) / W;
• R (τοίχος) \u003d R (τούβλο) + R (αφρός) \u003d 0,7 + 2,7 \u003d 3,4 (m2 x K) / W.

Τώρα μπορούμε να προχωρήσουμε στον υπολογισμό της απώλειας θερμότητας "Q":

• Q για την οροφή \u003d 80 x 62 / 4,6 \u003d 1078,2 watt.
• Q τοίχοι \u003d 90 x 62 / 3,4 \u003d 1641,1 watt.
• Μένει να προσθέσετε 1078,2 + 1641,1 και να μετατρέψετε σε kW, βγάζει (αν στρογγυλοποιηθεί αμέσως) 2,7 kW ενέργειας σε 1 ώρα.

Μπορείτε να προσέξετε πόσο μεγάλη ήταν η διαφορά στην πρώτη και τη δεύτερη περίπτωση, αν και ο όγκος των σπιτιών και η θερμοκρασία έξω από το παράθυρο στην πρώτη και τη δεύτερη περίπτωση ήταν ακριβώς τα ίδια.

Όλα έχουν να κάνουν με τον βαθμό κόπωσης των σπιτιών (αν και, φυσικά, τα δεδομένα θα μπορούσαν να είναι διαφορετικά αν υπολογίζαμε το πάτωμα και τα παράθυρα).

συμπέρασμα

Οι παραπάνω τύποι και παραδείγματα δείχνουν ότι στους υπολογισμούς της θερμικής μηχανικής είναι πολύ σημαντικό να λαμβάνονται υπόψη όσο το δυνατόν περισσότεροι παράγοντες που επηρεάζουν την απώλεια θερμότητας. Αυτό περιλαμβάνει τον αερισμό και την περιοχή των παραθύρων, τον βαθμό κόπωσής τους κ.λπ.

Και η προσέγγιση, όταν λαμβάνεται 1 kW ισχύος λέβητα ανά 10 m2 ενός σπιτιού, είναι πολύ προσεγγιστική για να βασιστούμε σοβαρά σε αυτήν.

Σχετικό βίντεο

microclimat.pro

13 Θερμικός υπολογισμός

10. Θερμικός υπολογισμός.

Ο σχεδιασμός του IC θα πρέπει να είναι τέτοιος ώστε η θερμότητα που απελευθερώνεται κατά τη λειτουργία του να μην οδηγεί, στις πιο δυσμενείς συνθήκες λειτουργίας, σε αστοχίες στοιχείων ως αποτέλεσμα υπερθέρμανσης. Τα κύρια στοιχεία καυσίμου περιλαμβάνουν, πρώτα απ 'όλα, αντιστάσεις, ενεργά στοιχεία και εξαρτήματα. Η ισχύς που διαχέεται από πυκνωτές και επαγωγείς είναι μικρή. IC εναλλαγής φιλμ, λόγω του μικρού ηλεκτρική αντίστασηκαι η υψηλή θερμική αγωγιμότητα των μεταλλικών μεμβρανών, συμβάλλει στην απομάκρυνση της θερμότητας από τα πιο θερμαινόμενα στοιχεία και εξισώνει τη θερμοκρασία της πλακέτας GIS και του τσιπ IC ημιαγωγών.

Ρύζι. 10.1. Δυνατότητα τοποθέτησης της σανίδας στη θήκη.

Θερμικός υπολογισμός αντιστάσεων.

Η θερμική αντίσταση της αντίστασης υπολογίζεται από τον τύπο (10.1)

p ​​= 0,03 [W/cm °C] - συντελεστής θερμικής αγωγιμότητας του υλικού υποστρώματος.

δp = 0,06 cm είναι το πάχος της σανίδας.

RT=0,06/0,03=2 cm2∙°С/Δ

Υπολογίστε τη θερμοκρασία των αντιστάσεων μεμβράνης χρησιμοποιώντας τον τύπο

PR είναι η ισχύς που καταναλώνεται στην αντίσταση.

SR είναι η περιοχή που καταλαμβάνει η αντίσταση στην πλακέτα.

P0 είναι η συνολική ισχύς που κατανέμεται από όλα τα στοιχεία του μικροκυκλώματος.

Sp είναι η περιοχή του πίνακα.

PR = 0,43 mW είναι η ισχύς που καταναλώνεται στην αντίσταση.

SR = 0,426 mm2 - η περιοχή που καταλαμβάνει η αντίσταση.

Sn = 80 mm2 - επιφάνεια σανίδας.

RT = 2 cm2∙°С/W είναι η θερμική αντίσταση της αντίστασης.

Tacr.av = 40С – μέγιστη θερμοκρασία περιβάλλοντος.

T = 125°C = μέγιστη επιτρεπόμενη θερμοκρασία αντιστάσεων φιλμ.

TR=(0,43∙10-3∙200)/0,426+(24,82∙10-3∙200)/80+40=40,26 С<125 С

Η θερμοκρασία των υπόλοιπων αντιστάσεων υπολογίζεται με παρόμοιο τρόπο χρησιμοποιώντας το πρόγραμμα MathCad. Τα αποτελέσματα υπολογισμού παρουσιάζονται στον Πίνακα 10.1

Τραπέζι. 10.1

Αντίσταση

Ο πίνακας δείχνει ότι για όλες τις αντιστάσεις φιλμ τηρείται το καθορισμένο θερμικό καθεστώς.

Θερμικός υπολογισμός για το αρθρωτό στοιχείο.

Η θερμική αντίσταση θα υπολογιστεί με τον τύπο:

k = 0,003 [W/cm °C] - θερμική αγωγιμότητα της κόλλας.

δc1 = 0,01 cm είναι το πάχος της κόλλας.

Rt=(0,06/0,03)+(0,01/0,003)=5,33 cm2∙°С/W

Υπολογίστε τη θερμοκρασία του αρθρωτού στοιχείου χρησιμοποιώντας τον τύπο:

Υπολογισμός τρανζίστορ KT202A, VT14

Pne \u003d 2,6 mW - ισχύς που απελευθερώνεται στο τρανζίστορ.

Sne = 0,49 mm2 - η περιοχή που καταλαμβάνει το τρανζίστορ.

P0 = 24,82 mW – ισχύς που καταναλώνεται από όλα τα εξαρτήματα της πλακέτας.

Sn = 80 mm2 - επιφάνεια σανίδας.

Т0С = 40С – μέγιστη θερμοκρασία περιβάλλοντος.

T = 85°C = μέγιστη επιτρεπόμενη θερμοκρασία τρανζίστορ.

Tne=(2,6∙10-3∙533)/0,49+(24,82∙10-3∙533)/80+40=42,99С<85С

Επομένως, τηρείται το καθορισμένο θερμικό καθεστώς.

Η θερμοκρασία των υπόλοιπων τρανζίστορ υπολογίζεται με παρόμοιο τρόπο χρησιμοποιώντας το πρόγραμμα MathCad. Τα αποτελέσματα υπολογισμού παρουσιάζονται στον Πίνακα 10.2

Πίνακας 10.2

Τρανζίστορ

Ο πίνακας δείχνει ότι για όλα τα τρανζίστορ τηρείται το καθορισμένο θερμικό καθεστώς. Κατά συνέπεια, ικανοποιούνται οι θερμικές συνθήκες για ολόκληρο το κύκλωμα.

studfiles.net

Θερμική ισχύς ηλεκτρικού ρεύματος και πρακτική εφαρμογή του

Ο λόγος για τη θέρμανση του αγωγού έγκειται στο γεγονός ότι η ενέργεια των ηλεκτρονίων που κινούνται σε αυτόν (με άλλα λόγια, η ενέργεια του ρεύματος) μετατρέπεται σε θερμό τύπο ενέργειας, ή Q, στη διαδοχική σύγκρουση σωματιδίων με ιόντα. του μοριακού πλέγματος ενός μεταλλικού στοιχείου, έτσι διαμορφώνεται η έννοια της «θερμικής ισχύος».

Το έργο του ρεύματος μετράται χρησιμοποιώντας το διεθνές σύστημα μονάδων SI, εφαρμόζοντας joules (J) σε αυτό, η τρέχουσα ισχύς ορίζεται ως "watt" (W). Αποκλίνοντας από το σύστημα στην πράξη, μπορούν επίσης να χρησιμοποιήσουν μονάδες εκτός συστήματος που μετρούν το έργο του ρεύματος. Μεταξύ αυτών είναι η βατώρα (W × h), η κιλοβατώρα (συντομογραφία kW × h). Για παράδειγμα, 1 Wh υποδηλώνει το έργο ενός ρεύματος με συγκεκριμένη ισχύ 1 watt και χρονική διάρκεια μίας ώρας.

Εάν τα ηλεκτρόνια κινούνται κατά μήκος ενός σταθερού μεταλλικού αγωγού, στην περίπτωση αυτή όλο το χρήσιμο έργο του παραγόμενου ρεύματος κατανέμεται για τη θέρμανση της μεταλλικής δομής και, με βάση τις διατάξεις του νόμου διατήρησης της ενέργειας, αυτό μπορεί να περιγραφεί από τον τύπο Q =A=IUt=I2Rt=(U2/R)* t. Τέτοιοι λόγοι εκφράζουν με ακρίβεια τον γνωστό νόμο Joule-Lenz. Ιστορικά, καθορίστηκε για πρώτη φορά εμπειρικά από τον επιστήμονα D. Joule στα μέσα του 19ου αιώνα, και ταυτόχρονα, ανεξάρτητα από αυτόν, από έναν άλλο επιστήμονα - τον E. Lenz. Η θερμική ισχύς έχει βρει πρακτική εφαρμογή στον τεχνικό σχεδιασμό από την εφεύρεση του 1873 από τον Ρώσο μηχανικό A. Ladygin ενός συνηθισμένου λαμπτήρα πυρακτώσεως.

Η θερμική ισχύς του ρεύματος χρησιμοποιείται σε πολλές ηλεκτρικές συσκευές και βιομηχανικές εγκαταστάσεις, συγκεκριμένα, σε θερμικά όργανα μέτρησης, ηλεκτρικές σόμπες τύπου θέρμανσης, ηλεκτρικό εξοπλισμό συγκόλλησης και απογραφής, οικιακές συσκευές με ηλεκτρικό αποτέλεσμα θέρμανσης είναι πολύ συνηθισμένες - λέβητες, κολλητήρια, βραστήρες, σίδερα.

Το θερμικό αποτέλεσμα βρίσκεται και στη βιομηχανία τροφίμων. Με υψηλό μερίδιο χρήσης, χρησιμοποιείται η δυνατότητα θέρμανσης με ηλεκτροεπαφή, η οποία εγγυάται θερμική ισχύ. Οφείλεται στο γεγονός ότι το ρεύμα και η θερμική του ισχύς, επηρεάζοντας το προϊόν διατροφής, το οποίο έχει ορισμένο βαθμό αντίστασης, προκαλεί ομοιόμορφη θέρμανση σε αυτό. Μπορούμε να δώσουμε ένα παράδειγμα για το πώς παράγονται τα λουκάνικα: μέσω ενός ειδικού διανομέα, ο κιμάς εισέρχεται σε μεταλλικά καλούπια, τα τοιχώματα των οποίων λειτουργούν ταυτόχρονα ως ηλεκτρόδια. Εδώ, εξασφαλίζεται σταθερή ομοιομορφία θέρμανσης σε ολόκληρη την περιοχή και τον όγκο του προϊόντος, διατηρείται η καθορισμένη θερμοκρασία, διατηρείται η βέλτιστη βιολογική αξία του τροφίμου, μαζί με αυτούς τους παράγοντες, παραμένει η διάρκεια της τεχνολογικής εργασίας και η κατανάλωση ενέργειας το μικρότερο.

Η ειδική θερμική ισχύς του ηλεκτρικού ρεύματος (ω), δηλαδή η ποσότητα θερμότητας που εκλύεται ανά μονάδα όγκου για μια συγκεκριμένη μονάδα χρόνου, υπολογίζεται ως εξής. Ένας στοιχειώδης κυλινδρικός όγκος ενός αγωγού (dV), με διατομή του αγωγού dS, μήκος dl παράλληλο προς την κατεύθυνση του ρεύματος και αντίσταση αποτελούν τις εξισώσεις R=p(dl/dS), dV=dSdl.

Σύμφωνα με τους ορισμούς του νόμου Joule-Lenz, για τον παραχωρημένο χρόνο (dt) στον όγκο που πάρουμε, θα απελευθερωθεί ένα επίπεδο θερμότητας ίσο με dQ=I2Rdt=p(dl/dS)(jdS)2dt=pj2dVdt. Σε αυτή την περίπτωση, ω=(dQ)/(dVdt)=pj2 και, εφαρμόζοντας εδώ τον νόμο του Ohm για να καθορίσουμε την πυκνότητα ρεύματος j=γE και τη σχέση p=1/γ, λαμβάνουμε αμέσως την έκφραση ω=jE= γE2. Σε διαφορική μορφή δίνει την έννοια του νόμου Joule-Lenz.

fb.ru

Σελίδα Embedder » Θερμικοί υπολογισμοί

Όλα τα ηλεκτρονικά εξαρτήματα παράγουν θερμότητα, επομένως η δυνατότητα υπολογισμού των ψύκτρες έτσι ώστε να μην πετούν με δύο τάξεις μεγέθους είναι πολύ χρήσιμη για κάθε μηχανικό ηλεκτρονικών.

Οι θερμικοί υπολογισμοί είναι πολύ απλοί και έχουν πολλά κοινά με τους υπολογισμούς των ηλεκτρονικών κυκλωμάτων. Εδώ, δείτε ένα τυπικό πρόβλημα θερμικού σχεδιασμού που μόλις αντιμετώπισα.

Μια εργασία

Πρέπει να επιλέξετε ένα καλοριφέρ για έναν γραμμικό ρυθμιστή 5 βολτ, ο οποίος τροφοδοτείται από 12 βολτ το μέγιστο και παράγει 0,5 Α. Η μέγιστη κατανεμημένη ισχύς είναι (12-5) * 0,5 = 3,5 W

Βουτήξτε στη θεωρία

Για να μην παράγουν οντότητες, οι άνθρωποι έξυσαν μια κολοκύθα και συνειδητοποίησαν ότι η θερμότητα μοιάζει πολύ με το ηλεκτρικό ρεύμα και για θερμικούς υπολογισμούς μπορείτε να χρησιμοποιήσετε τον συνηθισμένο νόμο του Ohm, μόνο

Η τάση (U) αντικαθίσταται από τη θερμοκρασία (T)

Το ρεύμα (I) αντικαταστάθηκε από την ισχύ (P)

Η αντίσταση αντικαθίσταται από τη θερμική αντίσταση. Η συμβατική αντίσταση μετριέται σε Volts/Amps, ενώ η θερμική αντίσταση σε °C/Watt.

Ως αποτέλεσμα, ο νόμος του Ohm αντικαθίσταται από τον θερμικό του αντίστοιχο:

Μια μικρή σημείωση - για να υποδείξετε ότι εννοείται η θερμική (και όχι η ηλεκτρική) αντίσταση, το γράμμα θήτα προστίθεται στο γράμμα R: Δεν έχω τέτοιο γράμμα στο πληκτρολόγιο και είμαι πολύ τεμπέλης για να αντιγράψω από τον πίνακα συμβόλων, επομένως θα χρησιμοποιήσω απλώς το γράμμα R.

Συνεχίζουμε

Παράγεται θερμότητα στον κρύσταλλο του σταθεροποιητή και στόχος μας είναι να τον αποτρέψουμε από την υπερθέρμανση (για να αποφευχθεί η υπερθέρμανση του κρυστάλλου, δεν συμβαίνει αυτό, αυτό είναι σημαντικό!).

Σε ποια θερμοκρασία μπορεί να θερμανθεί ο κρύσταλλος, γράφεται στο φύλλο δεδομένων:

Συνήθως, η οριακή θερμοκρασία του κρυστάλλου ονομάζεται Tj (j = Junction = Junction - τα ευαίσθητα στη θερμοκρασία εσωτερικά των μικροκυκλωμάτων αποτελούνται κυρίως από διασταυρώσεις pn. Μπορούμε να υποθέσουμε ότι η θερμοκρασία των συνδέσεων είναι ίση με τη θερμοκρασία του κρυστάλλου)

χωρίς ψύκτρα

Το θερμικό διάγραμμα φαίνεται πολύ απλό:

Ειδικά για περιπτώσεις χρήσης θήκης χωρίς καλοριφέρ, τα φύλλα δεδομένων γράφουν τη θερμική αντίσταση της κρυσταλλικής-ατμόσφαιρας (Rj-a) (ξέρετε ήδη τι είναι j, a = περιβάλλον = περιβάλλον)

Σημειώστε ότι η θερμοκρασία του «εδάφους» δεν είναι μηδέν, αλλά ίση με τη θερμοκρασία του περιβάλλοντος αέρα (Ta). Η θερμοκρασία του αέρα εξαρτάται από τις συνθήκες κάτω από τις οποίες βρίσκεται το καλοριφέρ.Αν είναι στο ύπαιθρο, τότε μπορεί να ρυθμιστεί Ta = 40 ° C, αλλά αν είναι σε κλειστό κουτί, τότε η θερμοκρασία μπορεί να είναι πολύ υψηλότερη!

Γράφουμε τον θερμικό νόμο του Ohm: Tj = P*Rj-a + Ta. Αντικαθιστούμε P = 3,5, Rj-a = 65, παίρνουμε Tj = 227,5 + 40 = 267,5 °C. Πάρα πολύ όμως!

Κολλάμε στο καλοριφέρ

Το θερμικό σχήμα του παραδείγματός μας με έναν σταθεροποιητή σε ένα ψυγείο γίνεται ως εξής:

• Το Rj-c είναι η αντίσταση από τη μήτρα στην ψύκτρα θήκης (c = θήκη = θήκη). Δίνεται στο φύλλο δεδομένων. Στην περίπτωσή μας - 5 °C / W - από το φύλλο δεδομένων
• Rc-r - αντίσταση σώματος-καλοριφέρ. Δεν είναι όλα τόσο απλά. Αυτή η αντίσταση εξαρτάται από το τι υπάρχει μεταξύ της θήκης και της ψύκτρας. Για παράδειγμα, μια φλάντζα σιλικόνης έχει συντελεστή θερμικής αγωγιμότητας 1-2 W/(m*°C) και μια πάστα KPT-8 έχει 0,75 W/(m*°C). Η θερμική αντίσταση μπορεί να ληφθεί από τον συντελεστή θερμικής αγωγιμότητας με τον τύπο:

  R = πάχος φλάντζας / (θερμική αγωγιμότητα * περιοχή μιας πλευράς της φλάντζας)

  Συχνά το Rc-r μπορεί να αγνοηθεί εντελώς. Για παράδειγμα, στην περίπτωσή μας (χρησιμοποιούμε τη θήκη TO220, με πάστα KPT-8, το μέσο βάθος της πάστας που λαμβάνεται από την οροφή είναι 0,05 mm). Σύνολο, Rc-r = 0,5 °C/W. Με ισχύ 3,5 W, η διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ του σώματος σταθεροποιητή και του ψυγείου είναι 1,75 μοίρες. Δεν είναι πολλά αυτά. Για το παράδειγμά μας, ας πάρουμε Rc-r = 2 °C/W

Rr-a - θερμική αντίσταση μεταξύ του ψυγείου και της ατμόσφαιρας. Καθορίζεται από τη γεωμετρία του καλοριφέρ, την παρουσία ροής αέρα και ένα σωρό άλλους παράγοντες. Αυτή η παράμετρος είναι πολύ πιο εύκολο να μετρηθεί παρά να υπολογιστεί (δείτε στο τέλος του άρθρου). Για παράδειγμα - Rr-c = 12,5 °C/W

Ta = 40°C - εδώ καταλάβαμε ότι η ατμοσφαιρική θερμοκρασία είναι σπάνια υψηλότερη, μπορείτε να πάρετε 50 βαθμούς για να είστε σίγουροι.

Αντικαθιστούμε όλα αυτά τα δεδομένα στο νόμο του Ohm και παίρνουμε Tj = 3,5*(5+2+12,5) + 40 = 108,25 °C

Αυτό είναι σημαντικά μικρότερο από το όριο των 150 °C. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί ένα τέτοιο ψυγείο. Σε αυτήν την περίπτωση, η θήκη του ψυγείου θα θερμανθεί σε Tc = 3,5*12,5 + 40 = 83,75 °C. Αυτή η θερμοκρασία είναι ήδη ικανή να μαλακώσει ορισμένα πλαστικά, επομένως πρέπει να είστε προσεκτικοί.

Μέτρηση αντίστασης καλοριφέρ-ατμόσφαιρας.

Πιθανότατα, έχετε ήδη ένα σωρό καλοριφέρ που βρίσκονται γύρω που μπορούν να χρησιμοποιηθούν. Η θερμική αντίσταση είναι πολύ εύκολο να μετρηθεί. Χρειάζεται αντίσταση και τροφοδοσία.

Σμιλεύουμε την αντίσταση στο ψυγείο χρησιμοποιώντας θερμική πάστα:

Συνδέουμε την πηγή ρεύματος και ρυθμίζουμε την τάση έτσι ώστε να απελευθερώνεται λίγη ισχύς στην αντίσταση. Είναι καλύτερα, βέβαια, να ζεστάνετε το ψυγείο με την ισχύ που θα διαχέει στην τελική συσκευή (και στη θέση που θα βρίσκεται, αυτό είναι σημαντικό!). Συνήθως αφήνω αυτό το σχέδιο για μισή ώρα για να ζεσταθεί καλά.

Αφού μετρηθεί η θερμοκρασία, μπορεί να υπολογιστεί η θερμική αντίσταση.

Rr-a = (T-Ta)/P. Για παράδειγμα, το καλοριφέρ μου έχει ζεσταθεί στους 81 βαθμούς και η θερμοκρασία του αέρα είναι 31 βαθμούς. έτσι Rr-a = 50/4 = 12,5 °C/W.

Εκτιμώμενη περιοχή του ψυγείου

Στο αρχαίο εγχειρίδιο ενός ραδιοερασιτέχνη, δόθηκε ένα γράφημα, σύμφωνα με το οποίο μπορείτε να υπολογίσετε την περιοχή του καλοριφέρ. Να τος:

Είναι πολύ εύκολο να συνεργαστείς μαζί του. Επιλέγουμε την υπερθέρμανση που θέλουμε να έχουμε και βλέπουμε ποια περιοχή αντιστοιχεί στην απαιτούμενη ισχύ με τέτοια υπερθέρμανση.

Για παράδειγμα, με ισχύ 4W και υπερθέρμανση 20 μοιρών, θα χρειαστείτε καλοριφέρ 250 cm ^ 2. Αυτό το γράφημα δίνει μια υπερεκτίμηση της περιοχής και δεν λαμβάνει υπόψη μια σειρά παραγόντων όπως η εξαναγκασμένη ροή αέρα, η γεωμετρία των πτερυγίων κ.λπ.

bsvi.ru

Το 1841 και το 1842, ανεξάρτητα ο ένας από τον άλλο, Άγγλοι και Ρώσοι φυσικοί καθιέρωσαν την εξάρτηση της ποσότητας της θερμότητας από τη ροή του ρεύματος σε έναν αγωγό. Αυτή η σχέση ονομάζεται «νόμος Joule-Lenz». Ο Άγγλος καθιέρωσε την εξάρτηση ένα χρόνο νωρίτερα από τον Ρώσο, αλλά ο νόμος πήρε το όνομά του από τα ονόματα και των δύο επιστημόνων, επειδή η έρευνά τους ήταν ανεξάρτητη. Ο νόμος δεν έχει θεωρητικό χαρακτήρα, αλλά έχει μεγάλη πρακτική σημασία. Και ας μάθουμε λοιπόν εν συντομία και ξεκάθαρα τον ορισμό του νόμου Joule-Lenz και πού εφαρμόζεται.

Διατύπωση

Σε έναν πραγματικό αγωγό, όταν το ρεύμα ρέει μέσα από αυτόν, εκτελείται εργασία ενάντια στις δυνάμεις τριβής. Τα ηλεκτρόνια κινούνται μέσα από το σύρμα και συγκρούονται με άλλα ηλεκτρόνια, άτομα και άλλα σωματίδια. Ως αποτέλεσμα, απελευθερώνεται θερμότητα. Ο νόμος Joule-Lenz περιγράφει την ποσότητα της θερμότητας που παράγεται όταν το ρεύμα ρέει μέσω ενός αγωγού. Είναι ευθέως ανάλογο με την τρέχουσα αντοχή, την αντίσταση και το χρόνο ροής.

Σε ολοκληρωμένη μορφή, ο νόμος Joule-Lenz μοιάζει με αυτό:

Η ένταση του ρεύματος υποδεικνύεται με το γράμμα I και εκφράζεται σε Amps, η αντίσταση είναι R σε Ohms και ο χρόνος t είναι σε δευτερόλεπτα. Η μονάδα μέτρησης για τη θερμότητα Q είναι το Joule, για να μετατραπεί σε θερμίδες πρέπει να πολλαπλασιάσετε το αποτέλεσμα με 0,24. Σε αυτή την περίπτωση, 1 θερμίδα ισούται με την ποσότητα θερμότητας που πρέπει να μεταφερθεί σε καθαρό νερό για να αυξηθεί η θερμοκρασία του κατά 1 βαθμό.

Ένας τέτοιος τύπος ισχύει για ένα τμήμα του κυκλώματος όταν οι αγωγοί συνδέονται σε σειρά, όταν ρέει ένα ρεύμα σε αυτούς, αλλά μια διαφορετική τάση πέφτει στα άκρα. Το γινόμενο του ρεύματος στο τετράγωνο και της αντίστασης ισούται με ισχύ. Ταυτόχρονα, η ισχύς είναι ευθέως ανάλογη με το τετράγωνο της τάσης και αντιστρόφως ανάλογη με την αντίσταση. Τότε για ένα ηλεκτρικό κύκλωμα με παράλληλη σύνδεση, ο νόμος Joule-Lenz μπορεί να γραφτεί ως:

Σε διαφορική μορφή, μοιάζει με αυτό:

Όπου j είναι η πυκνότητα ρεύματος A / cm 2, E είναι η ένταση του ηλεκτρικού πεδίου, σίγμα είναι η ειδική αντίσταση του αγωγού.

Πρέπει να σημειωθεί ότι για ένα ομοιογενές τμήμα του κυκλώματος, η αντίσταση των στοιχείων θα είναι η ίδια. Εάν υπάρχουν αγωγοί με διαφορετικές αντιστάσεις στο κύκλωμα, προκύπτει μια κατάσταση όταν η μέγιστη ποσότητα θερμότητας απελευθερώνεται σε αυτόν που έχει την υψηλότερη αντίσταση, η οποία μπορεί να συμπεράνει αναλύοντας τον τύπο του νόμου Joule-Lenz.

FAQ

Πώς να βρείτε χρόνο; Αυτό αναφέρεται στην περίοδο ροής ρεύματος μέσω του αγωγού, δηλαδή όταν το κύκλωμα είναι κλειστό.

Πώς να βρείτε την αντίσταση ενός αγωγού; Για τον προσδιορισμό της αντίστασης, χρησιμοποιείται ένας τύπος, ο οποίος συχνά ονομάζεται "σιδηρόδρομος", δηλαδή:

Εδώ, το γράμμα "Ro" υποδηλώνει ειδική αντίσταση, μετριέται σε Ohm * m / cm2, το l και το S είναι το μήκος και η περιοχή διατομής. Στους υπολογισμούς, τα τετραγωνικά μέτρα και τα εκατοστά μειώνονται και τα Ω παραμένουν.

Η ειδική αντίσταση είναι μια τιμή πίνακα και έχει τη δική της για κάθε μέταλλο. Ο χαλκός έχει τάξεις μεγέθους μικρότερη από τα κράματα υψηλής αντοχής όπως το βολφράμιο ή το νικρώμιο. Για το τι χρησιμοποιείται, θα εξετάσουμε παρακάτω.

Ας προχωρήσουμε στην εξάσκηση

Ο νόμος Joule-Lenz έχει μεγάλη σημασία για τους ηλεκτρικούς υπολογισμούς. Πρώτα απ 'όλα, μπορείτε να το εφαρμόσετε κατά τον υπολογισμό των συσκευών θέρμανσης. Ως θερμαντικό στοιχείο χρησιμοποιείται συχνότερα ένας αγωγός, αλλά όχι απλός (όπως ο χαλκός), αλλά με υψηλή αντίσταση. Τις περισσότερες φορές είναι nichrome ή kanthal, fechral.

Έχουν υψηλή αντίσταση. Μπορείτε να χρησιμοποιήσετε και χαλκό, αλλά μετά θα σπαταλήσετε πολύ καλώδιο (σαρκασμός, ο χαλκός δεν χρησιμοποιείται για αυτό το σκοπό). Για να υπολογίσετε τη θερμική ισχύ για μια συσκευή θέρμανσης, πρέπει να καθορίσετε ποιο σώμα και σε ποιους όγκους πρέπει να θερμάνετε, να λάβετε υπόψη την απαιτούμενη ποσότητα θερμότητας και πόσο χρόνο χρειάζεται για να μεταφερθεί στο σώμα. Μετά από υπολογισμούς και μετασχηματισμούς, θα λάβετε την αντίσταση και το ρεύμα σε αυτό το κύκλωμα. Με βάση τα ληφθέντα δεδομένα σχετικά με την ειδική αντίσταση, επιλέξτε το υλικό του αγωγού, τη διατομή και το μήκος του.