Jamesas Prescottas Joule'as (kairėje) ir Emilis Khristianovičius Lenzas (dešinėje)

Įvairių tipų elektrinius šildytuvus žmonija naudojo šimtmečius dėl savo savybių elektros srovė generuoja šilumą, kai ji praeina per laidininką. Šis reiškinys turi ir neigiamą veiksnį – dėl per didelės srovės perkaitusi elektros instaliacija dažnai tapdavo trumpojo jungimo ir gaisrų priežastimi. Šilumos išsiskyrimas iš elektros srovės darbo buvo tiriamas mokyklos fizikos kurse, tačiau daugelis pamiršo šias žinias.

Pirmą kartą šilumos išsiskyrimo priklausomybę nuo elektros srovės stiprumo suformulavo ir matematiškai nustatė Jamesas Joule'as 1841 m., o kiek vėliau, 1842 m., nepriklausomai nuo jo, Emilis Lencas. Šių fizikų garbei buvo pavadintas Džaulio-Lenco dėsnis, pagal kurį skaičiuojama elektrinių šildytuvų galia ir nuostoliai dėl šilumos gamybos elektros linijose.

Džaulio–Lenco dėsnio apibrėžimas

Žodiniame apibrėžime, remiantis Joule ir Lenz tyrimais, įstatymas skamba taip:

Šilumos kiekis, išsiskiriantis tam tikrame laidininko tūryje, tekant elektros srovei, yra tiesiogiai proporcingas elektros srovės tankio ir elektrinio lauko stiprio dydžio padauginimui.

Formulės pavidalu šis dėsnis atrodo taip:

Džaulio-Lenco dėsnio išraiška

Kadangi aukščiau aprašyti parametrai retai naudojami kasdieniame gyvenime, ir atsižvelgiant į tai, kad beveik visi buitiniai šilumos gamybos iš elektros srovės skaičiavimai yra susiję su plonais laidininkais (kabeliais, laidais, siūlais, maitinimo laidais, laidžiais takeliais ant plokštės ir kt.). ), naudokite Džaulio Lenco dėsnį su formule, pateikta integralia forma:

Integrali teisės forma

Žodiniame apibrėžime Joule Lenz dėsnis skamba taip:

Žodinis Džaulio-Lenco dėsnio apibrėžimas

Jei pripažįstame, kad srovės stipris ir laidininko varža laikui bėgant nesikeičia, tada Džaulio-Lenco dėsnį galima parašyti supaprastinta forma:

Taikydami Ohmo dėsnį ir algebrines transformacijas gauname tokias lygiavertes formules:

Lygiavertės šilumos išraiškos pagal Omo dėsnį

Džaulio–Lenco dėsnio taikymas ir praktinė reikšmė

Joule ir Lenz studijos šilumos išsiskyrimo iš elektros srovės darbo srityje gerokai pažengė į priekį mokslinį fizikinių procesų supratimą, o išvestos pagrindinės formulės nepasikeitė ir vis dar naudojamos įvairiose mokslo ir technikos šakose. Elektros inžinerijos srityje galima išskirti keletą techninių užduočių, kur tekant srovei išsiskiriančios šilumos kiekis yra kritinis prasmė skaičiuojant šiuos parametrus:

• šilumos nuostoliai elektros linijose;
• elektros instaliacijos tinklų laidų charakteristikos;
• elektrinių šildytuvų šiluminė galia (šilumos kiekis);
• grandinės pertraukiklių darbinė temperatūra;
• saugiklio lydymosi temperatūra;
• įvairių elektros prietaisų ir radijo inžinerijos elementų šilumos išsklaidymas.

Elektriniai prietaisai, naudojantys šiluminį srovės darbą

Šiluminis elektros srovės poveikis elektros linijų (TL) laiduose yra nepageidautinas dėl didelių elektros nuostolių šilumai gaminti.

Įvairiais duomenimis, elektros linijose prarandama iki 40% visos pasaulyje pagamintos elektros energijos. Norėdami sumažinti nuostolius perduodant elektrą dideliais atstumais, jie padidina įtampą elektros linijose, atlikdami skaičiavimus pagal Džaulio-Lenco dėsnio išvestines formules.

Visų galimų elektros nuostolių diagrama, tarp kurių didžiąją dalį (64%) sudaro šilumos nuostoliai oro linijose

Labai paprastai šiluminį srovės darbą galima apibūdinti taip: elektronai juda tarp molekulių, karts nuo karto su jomis susiduria, todėl jų šiluminiai virpesiai tampa intensyvesni. Vaizdinis srovės šiluminio darbo demonstravimas ir asociatyvūs procesų paaiškinimai rodomi toliau pateiktame vaizdo įraše:

Elektros nuostolių elektros linijose skaičiavimai

Kaip pavyzdį galime paimti hipotetinę elektros linijos atkarpą nuo elektrinės iki transformatorių pastotės. Kadangi elektros linijos ir elektros vartotojo (transformatorių pastotės) laidai yra sujungti paeiliui, tada jais teka ta pati srovė I. Pagal čia nagrinėjamą Džaulio-Lenco dėsnį ant laidų išsiskiriantis šilumos kiekis Q w (šilumos nuostoliai) apskaičiuojamas pagal formulę:

Elektros srovės (Q c) apkrovoje sukuriama galia apskaičiuojama pagal Ohmo dėsnį:

Taigi, jei srovės yra lygios, vietoj I į pirmąją formulę galima įterpti išraišką Q c / U c, nes I = Q c / U c:

Jei nepaisysime laidininkų varžos priklausomybės nuo temperatūros pokyčių, tai R w galime laikyti nepakitusiu (konstanta). Taigi, esant stabiliam vartotojo (transformatoriaus pastotės) energijos suvartojimui, šilumos išsiskyrimas elektros perdavimo linijos laiduose bus atvirkščiaiįtampa kvadratuota pabaigos taškas linijos. Kitaip tariant, nei daugiau įtampos galios perdavimas, tuo mažesni galios nuostoliai.

Galios perdavimui aukštos įtampos reikalingi dideli galios pilonai

Džaulio-Lenco dėsnio veikimas kasdieniame gyvenime

Šie skaičiavimai galioja ir kasdieniame gyvenime perduodant elektrą nedideliais atstumais – pavyzdžiui, nuo vėjo generatoriaus iki inverterio. Esant autonominiam maitinimo šaltiniui, vertinamas kiekvienas žemos įtampos vėjo malūno generuojamas energijos vatas, todėl gali būti naudingiau įtampą kelti transformatoriumi prie pat vėjo generatoriaus, nei leisti pinigus didelei kabelio atkarpai, kad sumažinti energijos nuostolius perdavimo metu.

Ženkliai pašalinus žemos įtampos vėjo generatorių kintamoji srovė sumažinti galios nuostolius pelningesnis ryšys per pakopinį transformatorių

Buitiniuose elektros instaliacijos tinkluose atstumai yra itin maži, siekiant sumažinti šilumos nuostolius didinant įtampą, todėl skaičiuojant laidus atsižvelgiama į srovės šiluminį darbą pagal Džaulio-Lenco dėsnį, renkantis laidų skerspjūvis taip, kad jie terminis šildymas nesukėlė izoliacijos ir aplinkinių medžiagų išsilydymo ir užsidegimo. Maitinimo ir laidų kabelio pasirinkimas atliekamas pagal PUE lenteles ir norminius dokumentus ir yra išsamiai aprašytas kituose šio šaltinio puslapiuose.

Srovės stiprio ir laidininkų skerspjūvio santykiai

Skaičiuojant radijo inžinerijos elementų, bimetalinio grandinės pertraukiklio ar saugiklio šildymo temperatūrą, Džaulio-Lenco dėsnis naudojamas vientisa forma, nes didėjant temperatūrai keičiasi šių medžiagų atsparumas. Šiuose sudėtinguose skaičiavimuose taip pat atsižvelgiama į šilumos perdavimą, šildymą iš kitų šilumos šaltinių, vidinę šilumos talpą ir daugelį kitų veiksnių.

Puslaidininkinio įtaiso šilumos išsklaidymo programinė įranga

Naudingas elektros srovės terminis darbas

Šilumą generuojantis elektros srovės darbas plačiai naudojamas elektriniuose šildytuvuose, kuriuose naudojamas nuoseklus skirtingos varžos laidininkų sujungimas. Šis principas veikia taip: nuosekliai sujungtuose laiduose teka ta pati srovė, vadinasi, pagal Džaulio-Lenco dėsnį, iš didelės varžos laidininko medžiagos bus išleista daugiau šilumos.

Ritė su padidinta varža įkaista, bet tiekimo laidai lieka šalti

Tokiu būdu kaitvietės maitinimo laidas ir švino laidai išlieka santykinai šalti, o kaitinimo elementas įkaista iki raudono švytėjimo temperatūros. Kaip kaitinimo elementų laidininkų medžiaga naudojami lydiniai, turintys padidintą (vario ir aliuminio elektros laidų atžvilgiu) specifinę varžą - nichromą, konstantą, volframą ir kt.

Kaitinamosios lempos kaitinimo siūlelis pagamintas iš ugniai atsparių volframo lydinių.

Kai laidininkai yra sujungti lygiagrečiai, šilumos išsklaidymas bus didesnis kaitinantis elementas su mažesne varža, nes jam mažėjant santykinio gretimo grandinės komponento srovė didėja. Kaip pavyzdį galime pateikti akivaizdų dviejų skirtingos galios kaitinamųjų lempučių švytėjimo pavyzdį – galingesnė lempa turi daugiau šilumos ir šviesos srauto.

Jei lemputę suskambinsite omometru, paaiškės, kad galingesnė lempa turi mažesnę varžą. Žemiau esančiame vaizdo įraše autorius demonstruoja nuoseklųjį ir lygiagretųjį ryšį, bet, deja, komentare padarė klaidą – lemputė švies ryškiau su didelis pasipriešinimas, o ne atvirkščiai.

Džaulio-Lenco dėsnis yra fizikos dėsnis, kuris nustato kiekybinį elektros srovės šiluminio efekto matą. Šį dėsnį 1841 metais suformulavo anglų mokslininkas D. Joule ir visiškai atskirai nuo jo 1842 metais garsus rusų fizikas E. Lencas. Todėl jis gavo dvigubą vardą - Joule-Lenz dėsnį.

Įstatymo apibrėžimas ir formulė

Žodinė formuluotė yra tokia: šilumos galia, išsiskirianti laidininke, tekant juo, yra proporcinga elektrinio lauko tankio vertės ir stiprumo vertės sandaugai.

Matematiškai Džaulio-Lenco dėsnis išreiškiamas taip:

ω = j E = ϭ E²,

čia ω yra išleidžiamos šilumos kiekis vienetais. tūris;

E ir j yra atitinkamai elektrinių laukų stiprumas ir tankis;

σ – terpės laidumas.

Fizinė Džaulio-Lenco dėsnio prasmė

Dėsnį galima paaiškinti taip: srovė, tekanti laidininku, yra poslinkis elektros krūvis esant įtakai. Taigi elektrinis laukas šiek tiek veikia. Šis darbas skiriamas laidininko šildymui.

Kitaip tariant, energija virsta kita savo savybe – šiluma.

Tačiau negalima leisti per didelio laidininkų kaitinimo srovės ir elektros įranga, nes tai gali sugadinti juos. Stiprus perkaitimas pavojingas su laidais, kai laidais gali tekėti pakankamai didelės srovės.

Integruota forma ploniems laidininkams Džaulio-Lenco dėsnis skamba taip: per laiko vienetą išskiriamas šilumos kiekis nagrinėjamoje grandinės atkarpoje nustatomas kaip srovės stiprio ir atkarpos varžos kvadrato sandauga.

Matematiškai ši formuluotė išreiškiama taip:

Q = ∫ k I² R t,

šiuo atveju Q yra išsiskiriančios šilumos kiekis;

I yra dabartinė vertė;

R – aktyvioji laidininkų varža;

t yra ekspozicijos laikas.

Parametro k reikšmė paprastai vadinama terminiu darbo ekvivalentu. Šio parametro reikšmė nustatoma priklausomai nuo vienetų, kuriuose atliekami formulėje naudojamų verčių matavimai, skaitmenų talpos.

Džaulio-Lenco dėsnis yra gana bendras, nes jis nepriklauso nuo jėgų, kurios sukuria srovę, pobūdžio.

Iš praktikos galima teigti, kad jis galioja ir elektrolitams, ir laidininkams, ir puslaidininkiams.

Taikymo sritis

Joule Lenz įstatymo taikymo sritys kasdieniame gyvenime - puiki suma. Pavyzdžiui, volframo siūlelis kaitrinėje lempoje, lankas suvirinant elektrą, kaitinimo siūlas elektriniame šildytuve ir kt. ir tt Tai yra plačiausiai priimtas fizinis dėsnis kasdieniame gyvenime.

Administratoriaus žinutė:

Vaikinai! Kas seniai norėjo išmokti anglų kalbą?
Eikite į ir gauti dvi nemokamas pamokas mokykloje anglų kalbos SkyEng!
Pats ten dirbu – labai šaunu. Yra progresas.

Programoje galite išmokti žodžių, lavinti klausymą ir tarimą.

Pabandyk tai. Dvi pamokos nemokamai su mano nuoroda!
Spustelėkite

Šilumos kiekis, išsiskiriantis per laiko vienetą nagrinėjamoje grandinės atkarpoje, yra proporcingas srovės stiprumo šioje atkarpoje ir atkarpos varžos kvadrato sandaugai.

Džaulio Lenco dėsnis vientisa forma plonuose laiduose:

Jeigu srovės stipris bėgant laikui kinta, laidininkas stovi ir jame nevyksta cheminių virsmų, tai laidininke išsiskiria šiluma.

- Šilumos galia, išsiskirianti terpės tūrio vienetui tekant elektros srovei, yra proporcinga elektros srovės tankio ir elektrinio lauko dydžio sandaugai.

Elektros energijos pavertimas šilumine energija plačiai naudojamas elektrinėse krosnyse ir įvairiuose elektriniuose šildytuvuose. Tas pats poveikis elektros mašinose ir įrenginiuose sukelia netyčines energijos sąnaudas (energijos nuostolius ir sumažėjusį efektyvumą). Šiluma, sukeldama šių prietaisų įkaitimą, riboja jų apkrovą; Esant perkrovai, pakilusi temperatūra gali pažeisti izoliaciją arba sutrumpinti įrenginio tarnavimo laiką.

Formulėje, kurią naudojome:

Šilumos kiekis

Dabartinis darbas

Laidininko įtampa

Srovė dirigente

Laiko intervalas

Romanova_1 / kursachi / Romanovo kursovik / PAVYZDYS / 13 Šiluminis skaičiavimas. Rezistoriaus formulės šiluminė galia

Užduotis tema „Įstatymai nuolatinė srovė“. Užduotis gali sudominti 10 klasės mokinius ir abiturientus, kurie ruošiasi egzaminui. Beje, tokia užduotis buvo egzamine 1 dalyje su kiek kitokiu klausimu (reikėjo rasti ant rezistorių išsiskiriančių šilumos kiekių santykį).

Ant kurio iš rezistorių išsiskirs didžiausias (mažiausias) šilumos kiekis? R1 = R4 = 4 omai, R2 = 3 omai, R3 = 2 omai. Pateikite sprendimą. Norint atsakyti į problemos klausimą, būtina palyginti kiekvieno jų rezistoriaus išleidžiamą šilumos kiekį. Norėdami tai padaryti, naudojame Džaulio-Lenco dėsnio formulę. Tai yra, pagrindinė užduotis bus nustatyti srovės stiprumą (arba palyginimą), tekantį per kiekvieną rezistorių.

Pagal nuoseklaus sujungimo dėsnius, srovė, teka per rezistorius R1 ir R2 bei R3 ir R4, yra vienoda. Norėdami nustatyti srovės stiprumą viršutinėje ir apatinėje atšakose, naudojame lygiagrečio ryšio dėsnį, pagal kurį įtampa šiose šakose yra vienoda.Rašant įtampą ant apatinės ir viršutinės šakos pagal Omo dėsnį grandinės atkarpai , mes turime: Pakeitę skaitines rezistorių varžų vertes, gauname: Tai yra, gauname santykį tarp srovių, tekančių viršutinėje ir apatinėje šakose: Nustatę srovės stiprumą per kiekvieną iš šių rezistorių, nustatome ant kiekvieno rezistoriaus išsiskirianti šiluma. Palyginę skaitinius koeficientus, darome išvadą, kad maksimali sumašiluma bus išleista ant ketvirtojo rezistoriaus, o minimalus šilumos kiekis - ant antrojo.

Galite palikti komentarą arba įdėti atgalinę informaciją iš savo svetainės.

Parašyti komentarą

fizika-doma.ru

Šiluminė galia – skaičiavimo formulė

Privačių namų, butų ar bet kokių kitų objektų savininkams tenka atlikti šilumos inžinerinius skaičiavimus. Tai yra pastato projektavimo pagrindas.

Suprasti šių skaičiavimų esmę oficialiuose dokumentuose nėra taip sunku, kaip atrodo.

Taip pat galite sužinoti, kaip atlikti skaičiavimus, kad nuspręstumėte, kokią izoliaciją naudoti, kokio storio ji turėtų būti, kiek galios katilas turėtų įgyti ir ar pakanka esamų radiatorių tam tikram plotui.

Atsakymus į šiuos ir daugelį kitų klausimų rasite, jei suprasite, kas yra šiluminė galia. Formulė, apibrėžimas ir taikymo sritis – skaitykite straipsnį.

Kas yra šiluminis skaičiavimas?

Paprasčiau tariant, šiluminis skaičiavimas padeda tiksliai žinoti, kiek pastatas sukaupia ir praranda šilumos bei kiek energijos reikia pagaminti šildymui, kad namuose būtų patogu.

Vertinant šilumos nuostolius ir šilumos tiekimo laipsnį, atsižvelgiama į šiuos veiksnius:

1. Koks tai objektas: kiek jame aukštų, ar yra kampinių kambarių, ar tai gyvenamasis ar pramoninis ir kt.
2. Kiek žmonių „gyvens“ pastate.
3. Svarbi detalė yra stiklinimo plotas. Ir stogo matmenys, sienos, grindys, durys, lubų aukštis ir kt.
4. Kokia šildymo sezono trukmė, regiono klimato ypatumai.
5. Remiantis SNiP, nustatomi temperatūros standartai, kurie turėtų būti patalpose.
6. Sienų, lubų storis, pasirinkti šilumos izoliatoriai ir jų savybės.

Galima atsižvelgti į kitas sąlygas ir ypatybes, pavyzdžiui, gamybinėms patalpoms, darbo dienomis ir savaitgaliais, atsižvelgiama į ventiliacijos galią ir tipą, būsto orientaciją į pagrindinius taškus ir kt.

Kam reikalingas šiluminis skaičiavimas?

Kaip praeities statybininkams pavyko apsieiti be šiluminių skaičiavimų?

Iš išlikusių pirklių namų matyti, kad viskas buvo daroma tiesiog su marža: langai mažesni, sienos storesnės. Pasirodė šilta, bet ekonomiškai nenaudinga.

Šilumos inžinerijos skaičiavimas leidžia sukurti optimaliausią. Medžiagų imama ne daugiau – ne mažiau, o lygiai tiek, kiek reikia. Sumažėja pastato matmenys ir jo statybos kaina.

Rasos taško apskaičiavimas leidžia statyti taip, kad medžiagos kuo ilgiau nesugestų.

Norint nustatyti reikiamą katilo galią, negalima išsiversti be skaičiavimų. Bendrą jo galią sudaro energijos sąnaudos patalpų šildymui, karšto vandens šildymui buitinėms reikmėms ir galimybė blokuoti šilumos nuostolius iš vėdinimo ir oro kondicionavimo. Galios rezervas pridedamas šalto oro piko laikotarpiui.

Dujofikuojant objektą būtinas derinimas su tarnybomis. Skaičiuojamas metinis dujų suvartojimas šildymui ir bendra šilumos šaltinių galia gigakalorijomis.

Skaičiavimai reikalingi renkantis šildymo sistemos elementus. Vamzdžių ir radiatorių sistema yra paskaičiuota – galima sužinoti koks turi būti jų ilgis, paviršiaus plotas. Į galios nuostolius atsižvelgiama, kai dujotiekis sukasi, jungtyse ir vožtuvų praėjimo vietose.

Skaičiuojant šiluminės energijos sąnaudas, gali praversti žinios, kaip paversti Gcal į kW ir atvirkščiai. Šiame straipsnyje ši tema išsamiai aptariama su skaičiavimo pavyzdžiais.

Šiame pavyzdyje pateiktas išsamus šilto vandens grindų skaičiavimas.

Ar žinojote, kad šildymo radiatorių sekcijų skaičius imamas ne „nuo lubų“? Per mažai jų lems tai, kad namuose bus šalta, o per didelis jų kiekis kurs šilumą ir lems per didelį oro sausumą. Nuorodoje http://microklimat.pro/sistemy-otopleniya/raschet-sistem-otopleniya/kolichestva-sekcij-radiatorov.html pateikiami teisingo radiatorių skaičiavimo pavyzdžiai.

Šiluminės galios skaičiavimas: formulė

Apsvarstykite formulę ir pateikite pavyzdžių, kaip apskaičiuoti pastatus skirtingas koeficientas išsibarstymas.

Vx(delta)TxK = kcal/h (šilumos išeiga), kur:

• Pirmasis rodiklis "V" yra apskaičiuoto kambario tūris;
• Delta "T" - temperatūros skirtumas - tai reikšmė, rodanti, kiek laipsnių kambario viduje yra šiltesnis nei lauke;
• "K" yra sklaidos koeficientas (jis taip pat vadinamas "šilumos perdavimo koeficientu"). Vertė paimta iš lentelės. Paprastai šis skaičius svyruoja nuo 4 iki 0,6.

Apytikslės sklaidos koeficiento reikšmės supaprastintam skaičiavimui

• Jei tai yra neapšiltintas metalinis profilis arba lenta, tada "K" bus = 3 - 4 vnt.
• Vienos plytos ir minimali izoliacija - "K" \u003d nuo 2 iki 3-ex.
• Dviejų plytų siena, standartinės lubos, langai ir
• durys - "K" \u003d nuo 1 iki 2.
• Šilčiausias variantas. Dvigubi langai, plytų sienos su dviguba izoliacija ir kt. - "K" \u003d 0,6 - 0,9.

Tiksliau paskaičiuoti galima suskaičiavus tikslius savybėmis besiskiriančių namo paviršių matmenis m2 (langai, durys ir kt.), paskaičiavus juos atskirai ir susumavus gautus rodiklius.

Šilumos galios skaičiavimo pavyzdys

Paimkime tam tikrą 80 m2 patalpą, kurios lubų aukštis 2,5 m, ir paskaičiuokime, kiek katilo galios reikia jai apšildyti.

Pirmiausia apskaičiuojame kubatūrą: 80 x 2,5 = 200 m3. Mūsų namas apšiltintas, bet nepakankamai – sklaidos koeficientas 1,2.

Šalnos yra iki -40 ° C, o patalpoje, kurioje norisi patogiai palaikyti +22 laipsnius, temperatūrų skirtumas (delta "T") yra 62 ° C.

Formulės skaičiais pakeičiame šilumos nuostolių galią ir padauginame:

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

Gautos kilokalorijos konvertuojamos į kilovatus naudojant keitiklį:

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

Apvaliname su marža ir suprantame, kad esant didžiausiam -40 laipsnių šalčiui, mums reikės 18 kW energijos per valandą.

Padauginkite namo perimetrą iš sienų aukščio:

(8 + 10) x 2 x 2,5 = 90 m2 sienos paviršiaus + 80 m2 lubų = 170 m2 paviršiaus, liečiančio šaltį. Aukščiau mūsų apskaičiuoti šilumos nuostoliai siekė 18 kW/h, padalijus namo paviršių iš apskaičiuotos sunaudotos energijos, gauname, kad esant -40 °C lauko temperatūrai 1 m2 praranda apie 0,1 kW arba 100 W per valandą, o +22°C patalpose.

Šie duomenys gali tapti pagrindu skaičiuojant reikiamą sienų izoliacijos storį.

Pateikime kitą skaičiavimo pavyzdį, jis kai kuriais momentais sudėtingesnis, bet tikslesnis.

Formulė:

Q = S x (delta)T / R:

• Q – norima šilumos nuostolių namuose vertė W;
• S yra aušinimo paviršių plotas m2;
• T – temperatūros skirtumas Celsijaus laipsniais;
• R yra medžiagos šiluminė varža (m2 x K / W) (kvadratiniai metrai padauginti iš Kelvino ir padalyti iš vatų).

Taigi, norėdami rasti to paties namo „Q“, kaip ir aukščiau esančiame pavyzdyje, apskaičiuokime jo paviršių plotą „S“ (grindų ir langų neskaičiuosime).

• "S" mūsų atveju = 170 m2, iš kurių 80 m2 lubos ir 90 m2 sienos;
• T = 62 °С;
• R yra šiluminė varža.

Ieškome "R" pagal šiluminių varžų lentelę arba pagal formulę. Šilumos laidumo koeficiento apskaičiavimo formulė yra tokia:

R= H/ K.T. (H – medžiagos storis metrais, K.T. – šilumos laidumo koeficientas).

Šiuo atveju mūsų namo sienos iš dviejų plytų, aptrauktos 10 cm storio putplasčiu, lubos padengtos 30 cm storio pjuvenomis.

Privataus namo šildymo sistema turi būti sutvarkyta atsižvelgiant į sutaupytas energijos sąnaudas. Privataus namo šildymo sistemos skaičiavimas, taip pat katilų ir radiatorių pasirinkimo rekomendacijos - atidžiai perskaitykite.

Kaip ir kaip apšiltinti medinį namą iš vidaus, sužinosite perskaitę šią informaciją. Izoliacijos ir izoliacijos technologijos pasirinkimas.

Iš šilumos laidumo koeficientų lentelės (matuojama W / (m2 x K) Vatai, padalyti iš kvadratinio metro sandauga pagal Kelviną). Mes randame kiekvienos medžiagos vertes, jos bus:

• plyta - 0,67;
• polistirenas - 0,037;
• pjuvenos - 0,065.

Duomenis pakeičiame į formulę (R = H / K.T.):

• R (lubos 30 cm storio) = 0,3 / 0,065 = 4,6 (m2 x K) / W;
• R (plytų siena 50 cm) = 0,5 / 0,67 = 0,7 (m2 x K) / W;
• R (putos 10 cm) \u003d 0,1 / 0,037 \u003d 2,7 (m2 x K) / W;
• R (siena) \u003d R (plyta) + R (putplastis) \u003d 0,7 + 2,7 \u003d 3,4 (m2 x K) / W.

Dabar galime pereiti prie šilumos nuostolių "Q" skaičiavimo:

• Q luboms \u003d 80 x 62 / 4,6 \u003d 1078,2 vatai.
• Q sienos \u003d 90 x 62 / 3,4 \u003d 1641,1 vatai.
• Belieka pridėti 1078,2 + 1641,1 ir konvertuoti į kW, pasirodo (iš karto suapvalinus) 2,7 kW energijos per 1 valandą.

Galite atkreipti dėmesį, koks didelis skirtumas pasirodė pirmuoju ir antruoju atveju, nors namų tūris ir temperatūra už lango pirmuoju ir antruoju atveju buvo visiškai vienodi.

Viskas priklauso nuo namų nuovargio laipsnio (nors, žinoma, duomenys gali skirtis, jei skaičiuotume grindis ir langus).

Išvada

Aukščiau pateiktos formulės ir pavyzdžiai rodo, kad atliekant šilumos inžinerinius skaičiavimus labai svarbu atsižvelgti į kuo daugiau faktorių, turinčių įtakos šilumos nuostoliams. Tai apima vėdinimą, langų plotą, jų nuovargio laipsnį ir kt.

Ir požiūris, kai 10 m2 namo imama 1 kW katilo galios, yra per daug apytikslis, kad juo būtų galima rimtai pasikliauti.

Susijęs vaizdo įrašas

mikroklimatas.pro

13 Šiluminis skaičiavimas

10. Šiluminis skaičiavimas.

IC konstrukcija turi būti tokia, kad jo veikimo metu išsiskirianti šiluma nepalankiausiomis eksploatavimo sąlygomis nesukeltų elementų gedimų dėl perkaitimo. Pagrindiniai kuro elementai visų pirma yra rezistoriai, aktyvieji elementai ir komponentai. Kondensatorių ir induktorių išsklaidoma galia yra maža. Plėvelės perjungimo IC dėl mažo elektrinė varža ir aukštas metalinių plėvelių šilumos laidumas, prisideda prie šilumos pašalinimo iš labiausiai šildomų elementų ir išlygina GIS plokštės bei puslaidininkinės IC lusto temperatūrą.

Ryžiai. 10.1. Galimybė pritvirtinti lentą prie korpuso.

Rezistorių terminis skaičiavimas.

Rezistoriaus šiluminė varža apskaičiuojama pagal formulę (10.1)

p ​​​​= 0,03 [W/cm °C] - pagrindo medžiagos šilumos laidumo koeficientas;

δp = 0,06 cm yra lentos storis.

RT=0,06/0,03=2 cm2∙°С/W

Apskaičiuokite plėvelinių rezistorių temperatūrą pagal formulę

PR yra rezistoriuje išsklaidyta galia;

SR yra plotas, kurį užima plokštės rezistorius;

P0 yra bendra galia, skirta visiems mikroschemos komponentams;

Sp yra lentos plotas.

PR = 0,43 mW – rezistoriuje išsklaidyta galia;

SR = 0,426mm2 - rezistoriaus užimamas plotas;

Sn = 80 mm2 - lentos plotas;

RT = 2 cm2∙°С/W – rezistoriaus šiluminė varža;

Tacr.av = 40С – maksimali aplinkos temperatūra;

T = 125°C = maksimali leistina plėvelinių rezistorių temperatūra.

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

Likusių rezistorių temperatūra skaičiuojama panašiai naudojant MathCad programą. Skaičiavimo rezultatai pateikti 10.1 lentelėje

Lentelė. 10.1

Rezistorius

Lentelėje parodyta, kad visiems plėveliniams rezistoriams laikomasi nurodyto terminio režimo.

Šarnyrinio elemento terminis skaičiavimas.

Šiluminė varža apskaičiuojama pagal formulę:

k = 0,003 [W/cm °C] - klijų šilumos laidumas;

δc1 = 0,01 cm yra klijų storis.

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

Apskaičiuokite šarnyrinio elemento temperatūrą pagal formulę:

Tranzistoriaus KT202A, VT14 skaičiavimas

Pne \u003d 2,6 mW - tranzistoriaus išleista galia;

Sne = 0,49 mm2 - plotas, kurį užima tranzistorius;

P0 = 24,82 mW – visų plokštės komponentų išsklaidyta galia;

Sn = 80 mm2 - lentos plotas;

Т0С = 40С – maksimali aplinkos temperatūra;

T = 85°C = didžiausia leistina tranzistoriaus temperatūra.

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

Todėl laikomasi nurodyto terminio režimo.

Likusių tranzistorių temperatūra skaičiuojama panašiai naudojant MathCad programą. Skaičiavimo rezultatai pateikti 10.2 lentelėje

10.2 lentelė

Tranzistorius

Lentelėje matyti, kad visiems tranzistoriams laikomasi nurodyto terminio režimo. Vadinasi, visos grandinės šiluminės sąlygos yra tenkinamos.

studfiles.net

Elektros srovės šiluminė galia ir praktinis jos pritaikymas

Laidininko šildymo priežastis slypi tame, kad jame judančių elektronų energija (kitaip tariant, srovės energija), dalelėms nuosekliai susidūrus su jonais, paverčiama šilta energija arba Q. metalo elemento molekulinės gardelės, taip susidaro „šilumos galios“ sąvoka.

Srovės darbas matuojamas naudojant tarptautinę SI vienetų sistemą, taikant jai džaulius (J), srovės galia apibrėžiama kaip "vatas" (W). Praktikoje nukrypdami nuo sistemos, jie taip pat gali naudoti nesisteminius vienetus, kurie matuoja srovės darbą. Tarp jų yra vatvalandė (W × h), kilovatvalandė (sutrumpintai kW × h). Pavyzdžiui, 1 Wh reiškia srovės, kurios specifinė galia yra 1 vatas, o trukmė yra viena valanda, darbą.

Jei elektronai juda išilgai nejudančio metalinio laidininko, tokiu atveju visas generuojamos srovės naudingas darbas paskirstomas metalinei konstrukcijai šildyti ir, remiantis energijos tvermės dėsnio nuostatomis, tai galima apibūdinti formulė Q=A=IUt=I2Rt=(U2/R)* t. Tokie santykiai tiksliai išreiškia gerai žinomą Džaulio-Lenco dėsnį. Istoriškai pirmą kartą empiriškai jį nustatė mokslininkas D. Joule'as XIX amžiaus viduryje, o tuo pačiu, nepriklausomai nuo jo, kitas mokslininkas - E. Lencas. Šiluminė galia buvo praktiškai pritaikyta techniniame projekte nuo tada, kai 1873 m. rusų inžinierius A. Ladyginas išrado įprastą kaitrinę lempą.

Srovės šiluminė galia naudojama daugelyje elektros prietaisų ir pramoninių įrenginių, būtent šilumos matavimo prietaisuose, šildymo tipo elektrinėse viryklėse, elektrinio suvirinimo ir inventoriaus įrangoje, buitiniuose prietaisuose su elektriniu šildymo efektu - katilai, lituokliai, virduliai, lygintuvai.

Šiluminis efektas atsiduria ir maisto pramonėje. Esant didelei naudojimo daliai, naudojama elektrokontaktinio šildymo galimybė, kuri garantuoja šiluminę galią. Taip yra dėl to, kad srovė ir jos šiluminė galia, darydama įtaką tam tikro atsparumo maisto produktui, sukelia vienodą jo kaitinimą. Galime pateikti pavyzdį, kaip gaminamos dešrelės: per specialų dozatorių malta mėsa patenka į metalines formas, kurių sienelės kartu atlieka elektrodų funkciją. Čia užtikrinamas pastovus kaitinimo vienodumas visame gaminio plote ir tūryje, palaikoma nustatyta temperatūra, išlaikoma optimali maisto produkto biologinė vertė, kartu su šiais veiksniais išlieka technologinio darbo trukmė ir energijos sąnaudos. mažiausias.

Savitoji elektros srovės šiluminė galia (ω), kitaip tariant, šilumos kiekis, išsiskiriantis tūrio vienetui per tam tikrą laiko vienetą, apskaičiuojamas taip. Elementarus cilindrinis laidininko tūris (dV), kurio skerspjūvis dS, ilgis dl lygiagretus srovės krypčiai, ir varža sudaro lygtis R=p(dl/dS), dV=dSdl.

Pagal Džaulio-Lenco dėsnio apibrėžimus, mūsų paimtame tūryje paskirstytam laikui (dt) bus išleistas šilumos lygis, lygus dQ=I2Rdt=p(dl/dS)(jdS)2dt=pj2dVdt. Šiuo atveju ω=(dQ)/(dVdt)=pj2 ir čia pritaikius Ohmo dėsnį srovės tankiui j=γE nustatyti ir santykį p=1/γ, iš karto gauname išraišką ω=jE= γE2. Jis diferencine forma suteikia Džaulio-Lenco dėsnio sampratą.

fb.ru

Įterpimo puslapis » Šiluminiai skaičiavimai

Visi elektroniniai komponentai generuoja šilumą, todėl galimybė apskaičiuoti radiatorius, kad nelėktų pora dydžių, yra labai naudinga bet kuriam elektronikos inžinieriui.

Šiluminiai skaičiavimai yra labai paprasti ir turi daug bendro su elektroninių grandinių skaičiavimais. Pažvelkite į tipišką šiluminio projektavimo problemą, su kuria ką tik susidūriau.

Užduotis

Turite pasirinkti radiatorių 5 voltų linijiniam reguliatoriui, kuris maitinamas maksimalia 12 voltų įtampa ir sukuria 0,5 A. Didžiausia skirta galia yra (12-5) * 0,5 = 3,5 W

Pasinerkite į teoriją

Kad nesusidarytų subjektai, žmonės subraižė moliūgą ir suprato, kad šiluma labai panaši į elektros srovę, o šiluminiams skaičiavimams galite naudoti įprastą Ohmo dėsnį, tik

Įtampa (U) pakeičiama temperatūra (T)

Srovė (I) pakeista galia (P)

Atsparumą pakeičia šiluminė varža. Įprasta varža matuojama voltais/amperais, o šiluminė varža – °C/vatais.

Dėl to Ohmo įstatymas pakeičiamas jo terminiu atitikmeniu:

Maža pastaba – norint nurodyti, kad turima omenyje šiluminė (o ne elektrinė) varža, prie R raidės pridedama raidė teta: Neturiu tokios raidės klaviatūroje ir tingiu kopijuoti iš simbolių lentelės, todėl naudosiu tik raidę R.

Mes tęsiame

Stabilizatoriaus kristale susidaro šiluma, o mūsų tikslas yra neleisti jam perkaisti (kad kristalas neperkaistų, ne taip, tai svarbu!).

Iki kokios temperatūros kristalas gali būti pašildytas, parašyta duomenų lape:

Paprastai ribinė kristalo temperatūra vadinama Tj (j = sandūra = sandūra - temperatūrai jautrūs mikroschemų vidus daugiausia susideda iš pn sandūrų. Galime manyti, kad sandūrų temperatūra lygi kristalo temperatūrai)

be radiatoriaus

Šiluminė diagrama atrodo labai paprasta:

Ypač tais atvejais, kai naudojamas korpusas be radiatoriaus, duomenų lapuose rašoma kristalinės atmosferos šiluminė varža (Rj-a) (jau žinote, kas yra j, a = aplinka = aplinka)

Atkreipkite dėmesį, kad „žemės“ temperatūra nėra lygi nuliui, o lygi supančio oro temperatūrai (Ta). Oro temperatūra priklauso nuo sąlygų, kuriomis yra radiatorius.Jei jis yra atvirame ore, tada galima nustatyti Ta = 40 ° C, bet jei jis yra uždaroje dėžutėje, tada temperatūra gali būti daug aukštesnė!

Rašome Ohmo šiluminį dėsnį: Tj = P*Rj-a + Ta. Pakeičiame P = 3,5, Rj-a = 65, gauname Tj = 227,5 + 40 = 267,5 °C. Vis dėlto per daug!

Prikimbame prie radiatoriaus

Mūsų pavyzdžio šiluminė schema su stabilizatoriumi ant radiatoriaus tampa tokia:

• Rj-c yra varža nuo štampo iki korpuso aušintuvo (c = korpusas = korpusas). Pateikta duomenų lape. Mūsų atveju - 5 °C / W - iš duomenų lapo
• Rc-r – korpuso ir radiatoriaus atsparumas. Ne viskas taip paprasta. Šis pasipriešinimas priklauso nuo to, kas yra tarp korpuso ir radiatoriaus. Pavyzdžiui, silikoninės tarpinės šilumos laidumo koeficientas yra 1-2 W/(m*°C), o pastos KPT-8 – 0,75 W/(m*°C). Šiluminę varžą galima gauti iš šilumos laidumo koeficiento pagal formulę:

  R = tarpiklio storis / (šilumos laidumas * vienos tarpiklio pusės plotas)

  Dažnai Rc-r galima visiškai nepaisyti. Pavyzdžiui, mūsų atveju (naudojame TO220 korpusą, su KPT-8 pasta, vidutinis nuo lubų paimtos pastos gylis yra 0,05 mm). Iš viso, Rc-r = 0,5 °C/W. Esant 3,5 W galiai, temperatūrų skirtumas tarp stabilizatoriaus korpuso ir radiatoriaus yra 1,75 laipsnio. Tai nėra daug. Mūsų pavyzdyje imkime Rc-r = 2 °C/W

Rr-a - šiluminė varža tarp radiatoriaus ir atmosferos. Tai lemia radiatoriaus geometrija, oro srauto buvimas ir daugybė kitų veiksnių. Šį parametrą daug lengviau išmatuoti nei apskaičiuoti (žr. straipsnio pabaigoje). Pavyzdžiui - Rr-c = 12,5 °C/W

Ta = 40°C – čia mes supratome, kad atmosferos temperatūra retai būna aukštesnė, galite paimti ir 50 laipsnių.

Visus šiuos duomenis pakeičiame Omo dėsniu ir gauname Tj = 3,5*(5+2+12,5) + 40 = 108,25 °C

Tai žymiai mažesnė už 150 °C ribą. Tokį radiatorių galima naudoti. Tokiu atveju radiatoriaus korpusas įkais iki Tc = 3,5*12,5 + 40 = 83,75 °C. Ši temperatūra jau gali suminkštinti kai kuriuos plastikus, todėl reikia būti atsargiems.

Radiatoriaus atmosferos varžos matavimas.

Greičiausiai jūs jau turite krūvą radiatorių, kuriuos galite naudoti. Šiluminę varžą labai lengva išmatuoti. Jam reikia atsparumo ir maitinimo.

Radiatoriaus varžą formuojame termo pasta:

Mes prijungiame maitinimo šaltinį ir nustatome įtampą taip, kad varža būtų išleista tam tikra galia. Žinoma, geriau radiatorių šildyti tokia galia, kurią jis išsklaidys galutiniame įrenginyje (ir toje padėtyje, kurioje jis bus, tai svarbu!). Šį dizainą dažniausiai palieku pusvalandžiui, kad gerai sušiltų.

Išmatavus temperatūrą, galima apskaičiuoti šiluminę varžą.

Rr-a = (T-Ta)/P. Pavyzdžiui, mano radiatorius įšilo iki 81 laipsnio, o oro temperatūra – 31 laipsnis. taigi Rr-a = 50/4 = 12,5 °C/W.

Numatomas radiatoriaus plotas

Senoviniame radijo mėgėjų vadove buvo pateiktas grafikas, pagal kurį galite įvertinti radiatoriaus plotą. Štai jis:

Su juo labai lengva dirbti. Mes pasirenkame perkaitimą, kurį norime gauti ir žiūrime, koks plotas atitinka reikiamą galią su tokiu perkaitimu.

Pavyzdžiui, esant 4 W galiai ir 20 laipsnių perkaitimui, jums reikės 250 cm ^ 2 radiatorių. Šioje diagramoje plotas pervertinamas ir neatsižvelgiama į daugybę veiksnių, tokių kaip priverstinis oro srautas, pelekų geometrija ir kt.

bsvi.ru

1841 ir 1842 m., nepriklausomai vienas nuo kito, anglų ir rusų fizikai nustatė šilumos kiekio priklausomybę nuo srovės srauto laidininke. Šis santykis vadinamas „Joule-Lenz įstatymu“. Anglas priklausomybę nustatė metais anksčiau nei rusas, tačiau įstatymas pavadinimą gavo iš abiejų mokslininkų pavardžių, nes jų tyrimai buvo nepriklausomi. Įstatymas nėra teorinio pobūdžio, bet turi didelę praktinę reikšmę. Taigi trumpai ir aiškiai išsiaiškinkime Džaulio-Lenco dėsnio apibrėžimą ir kur jis taikomas.

Formuluotė

Tikrame laidininke, juo tekant srovei, atliekamas darbas prieš trinties jėgas. Elektronai juda per laidą ir susiduria su kitais elektronais, atomais ir kitomis dalelėmis. Dėl to išsiskiria šiluma. Džaulio-Lenco dėsnis apibūdina šilumos kiekį, susidarantį, kai srovė teka laidininku. Jis yra tiesiogiai proporcingas srovės stiprumui, pasipriešinimui ir srauto trukmei.

Integruota Joule-Lenz dėsnis atrodo taip:

Srovės stiprumas rodomas raide I ir išreiškiamas amperais, varža yra R omų, o laikas t yra sekundėmis. Šilumos Q matavimo vienetas yra džaulis, norint konvertuoti į kalorijas, rezultatą reikia padauginti iš 0,24. Šiuo atveju 1 kalorija yra lygi šilumos kiekiui, kuris turi būti tiekiamas į gryną vandenį, kad jo temperatūra padidėtų 1 laipsniu.

Tokia formulė galioja grandinės atkarpai, kai laidininkai sujungti nuosekliai, kai jais teka viena srovė, bet galuose krenta skirtinga įtampa. Srovės kvadrato ir varžos sandauga lygi galiai. Tuo pačiu metu galia yra tiesiogiai proporcinga įtampos kvadratui ir atvirkščiai proporcinga varžai. Tada elektros grandinėje su lygiagrečiu ryšiu Džaulio-Lenco dėsnį galima parašyti taip:

Diferencine forma jis atrodo taip:

Kur j yra srovės tankis A / cm 2, E yra elektrinio lauko stipris, sigma yra laidininko savitoji varža.

Reikėtų pažymėti, kad vienalytėje grandinės atkarpoje elementų varža bus tokia pati. Jei grandinėje yra skirtingos varžos laidininkai, susidaro situacija, kai didžiausias šilumos kiekis išsiskiria tuo, kurio varža didžiausia, o tai galima padaryti išanalizavus Džaulio-Lenco dėsnio formulę.

DUK

Kaip rasti laiko? Tai reiškia srovės tekėjimo per laidininką laikotarpį, tai yra, kai grandinė yra uždaryta.

Kaip rasti laidininko varžą? Atsparumui nustatyti naudojama formulė, kuri dažnai vadinama „bėgeliu“, tai yra:

Čia raidė "Ro" reiškia varžą, ji matuojama omų * m / cm2, l ir S yra ilgis ir skerspjūvio plotas. Skaičiuojant kvadratiniai metrai ir centimetrai sumažinami, o omų lieka.

Atsparumas yra lentelės vertė ir ji turi savo kiekvienam metalui. Varis turi daug mažiau nei didelio atsparumo lydiniai, tokie kaip volframas ar nichromas. Kam jis naudojamas, mes apsvarstysime toliau.

Pereikime prie praktikos

Džaulio-Lenco dėsnis turi didelę reikšmę elektros skaičiavimams. Visų pirma, galite jį taikyti apskaičiuodami šildymo prietaisus. Kaip kaitinimo elementas dažniausiai naudojamas laidininkas, bet ne paprastas (kaip varinis), o turintis didelę varžą. Dažniausiai tai yra nichromas arba kanthalas, fechralas.

Jie turi didelę varžą. Galite naudoti ir varį, bet tada iššvaistysite daug kabelio (sarkazmas, varis šiam tikslui nenaudojamas). Norint apskaičiuoti šildymo įrenginio šiluminę galią, reikia nustatyti, kurį kūną ir kokiais kiekiais reikia šildyti, atsižvelgti į reikalingą šilumos kiekį ir per kiek laiko ji perduodama kūnui. Atlikę skaičiavimus ir transformacijas, gausite šios grandinės varžą ir srovę. Remdamiesi gautais varžos duomenimis, parinkite laidininko medžiagą, jo skerspjūvį ir ilgį.