James Prescott Joule (vľavo) a Emil Khristianovich Lenz (vpravo)
Elektrické ohrievače rôznych typov využívalo ľudstvo kvôli vlastnostiam už po stáročia elektrický prúd generovať teplo pri prechode cez vodič. Tento jav má aj negatívny faktor – prehriate elektrické vedenie v dôsledku príliš veľkého prúdu sa často stalo príčinou skratu a požiarov. Uvoľňovanie tepla z práce elektrického prúdu sa študovalo v školskom kurze fyziky, ale mnohí na tieto poznatky zabudli.
Prvýkrát závislosť uvoľňovania tepla od sily elektrického prúdu sformuloval a matematicky určil James Joule v roku 1841 a o niečo neskôr, v roku 1842, nezávisle od neho Emil Lenz. Na počesť týchto fyzikov bol pomenovaný Joule-Lenzov zákon, podľa ktorého sa počíta výkon elektrických ohrievačov a straty spôsobené tvorbou tepla v elektrických vedeniach.
Definícia Joule-Lenzovho zákona
Vo verbálnej definícii, podľa štúdií Joule a Lenza, zákon znie takto:
Množstvo tepla uvoľneného v určitom objeme vodiča pri toku elektrického prúdu je priamo úmerné násobeniu hustoty elektrického prúdu a veľkosti intenzity elektrického poľa.
Vo forme vzorca tento zákon vyzerá takto:
Vyjadrenie Joule-Lenzovho zákona Keďže vyššie opísané parametre sa v každodennom živote používajú zriedkavo a vzhľadom na to, že takmer všetky výpočty v domácnostiach na uvoľňovanie tepla pri prevádzke elektrického prúdu sa týkajú tenkých vodičov (káble, drôty, vlákna, napájacie káble, vodivé dráhy na doske, atď.), použite zákon Joule Lenz so vzorcom uvedeným v integrálnej forme:
Integrálna forma práva Vo verbálnej definícii znie zákon Joule Lenza takto:
Slovná definícia Joule-Lenzovho zákona Ak pripustíme, že sila prúdu a odpor vodiča sa v priebehu času nemenia, potom je možné Joule-Lenzov zákon napísať v zjednodušenej forme:
Aplikovaním Ohmovho zákona a algebraických transformácií získame nasledujúce ekvivalentné vzorce:
Ekvivalentné výrazy pre teplo podľa Ohmovho zákona Aplikácia a praktický význam Joule-Lenzovho zákona
Štúdie Joule a Lenza v oblasti uvoľňovania tepla z práce elektrického prúdu výrazne posunuli vedecké chápanie fyzikálnych procesov a odvodené základné vzorce sa nezmenili a stále sa používajú v rôznych odvetviach vedy a techniky. V oblasti elektrotechniky je možné rozlíšiť niekoľko technických úloh, kde je kritické množstvo tepla uvoľneného pri toku prúdu význam pri výpočte nasledujúcich parametrov:
- tepelné straty v elektrických vedeniach;
- charakteristiky vodičov elektrických rozvodných sietí;
- tepelný výkon (množstvo tepla) elektrických ohrievačov;
- prevádzková teplota ističov;
- teplota topenia poistky;
- odvod tepla rôznych elektrických zariadení a prvkov rádiotechniky.
Elektrické spotrebiče, ktoré využívajú tepelnú prácu prúdu Tepelný účinok elektrického prúdu vo vodičoch elektrického vedenia (TL) je nežiaduci z dôvodu značných strát elektriny na výrobu tepla.
Podľa rôznych údajov sa až 40 % všetkej elektriny vyrobenej na svete stratí v elektrických vedeniach. Na zníženie strát pri prenose elektriny na veľké vzdialenosti zvyšujú napätie v elektrických vedeniach, pričom robia výpočty podľa odvodených vzorcov Joule-Lenzovho zákona.
Schéma všetkých možných strát elektriny, z ktorých najväčší podiel tvoria tepelné straty na nadzemných vedeniach (64 %) Veľmi zjednodušene možno tepelnú prácu prúdu opísať takto: elektróny sa pohybujú medzi molekulami a z času na čas sa s nimi zrážajú, čím sa ich tepelné vibrácie stávajú intenzívnejšie. Vizuálna ukážka tepelnej práce súčasných a asociatívne vysvetlenia procesov sú uvedené vo videu nižšie:
Výpočty strát elektriny v elektrických vedeniach
Ako príklad si môžeme vziať hypotetický úsek elektrického vedenia z elektrárne do trafostanice. Pretože sú pripojené vodiče elektrického vedenia a spotrebiteľ elektrickej energie (transformátorová rozvodňa). postupne, potom nimi preteká rovnaký prúd I. Podľa tu uvažovaného Joule-Lenzovho zákona sa množstvo tepla Q w (tepelné straty) uvoľnené na drôtoch vypočíta podľa vzorca:
Výkon vyrobený elektrickým prúdom (Q c) v záťaži sa vypočíta podľa Ohmovho zákona:
Ak sú teda prúdy rovnaké, namiesto I možno do prvého vzorca vložiť výraz Q c / U c, pretože I = Q c / U c:
Ak ignorujeme závislosť odporu vodičov od zmien teploty, potom môžeme R w považovať za nezmenené (konštantné). Takže pri stabilnej spotrebe energie spotrebiteľa (transformátorová rozvodňa) bude uvoľňovanie tepla v drôtoch vedenia na prenos energie naopak napätie na druhú koncový bod linky. Inými slovami, než viac napätia prenos výkonu, tým menšie straty výkonu.
Na prenos sily vysoké napätie potrebné veľké elektrické stožiare Pôsobenie zákona Joule-Lenz v každodennom živote
Tieto výpočty platia aj v bežnom živote pri prenose elektriny na krátke vzdialenosti – napríklad z veterného generátora na striedač. S autonómnym napájaním sa cení každý watt energie generovanej nízkonapäťovým veterným mlynom a môže byť výhodnejšie zvýšiť napätie pomocou transformátora priamo na veternom generátore, ako míňať peniaze na veľkú časť kábla, aby sa znížiť straty energie počas prenosu.
S výrazným odstránením nízkonapäťového veterného generátora striedavý prúd na zníženie energetických strát výnosnejšie spojenie cez stupňovitý transformátor V domácich elektrických rozvodných sieťach sú vzdialenosti extrémne malé, aby sa znížili tepelné straty zvýšením napätia, preto sa pri výpočte elektrického vedenia pri výbere berie do úvahy tepelná práca prúdu podľa zákona Joule-Lenz. prierez vodičov tak, aby boli tepelné vykurovanie neviedlo k roztaveniu a vznieteniu izolácie a okolitých materiálov. Výber kábla pre napájanie a zapojenie sa vykonáva v súlade s tabuľkami a regulačnými dokumentmi PUE a sú podrobne popísané na iných stránkach tohto zdroja.
Pomery sily prúdu a prierezu vodičov Pri výpočte teploty ohrevu rádiotechnických prvkov, bimetalového ističa alebo poistky sa používa Joule-Lenzov zákon v integrálnej forme, pretože odpor týchto materiálov sa mení so zvyšujúcou sa teplotou. Tieto zložité výpočty zohľadňujú aj prenos tepla, vykurovanie z iných zdrojov tepla, vlastnú tepelnú kapacitu a mnoho ďalších faktorov.
Softvérová simulácia rozptylu tepla polovodičového zariadenia Užitočná tepelná práca elektrického prúdu
Práca elektrického prúdu vytvárajúca teplo je široko používaná v elektrických ohrievačoch, ktoré využívajú sériové zapojenie vodičov s rôznymi odpormi. Tento princíp funguje nasledovne: rovnaký prúd tečie v sériovo zapojených vodičoch, čo znamená, že podľa Joule-Lenzovho zákona sa z materiálu vodiča s vysokým odporom uvoľní viac tepla.
Cievka so zvýšeným odporom sa zahrieva, ale napájacie vodiče zostávajú studené Týmto spôsobom zostane napájací kábel a prívodné vodiče varnej platne relatívne studené, kým sa vykurovacie teleso zohreje na teplotu červeného žeravenia. Ako materiál pre vodiče vykurovacích telies sa používajú zliatiny so zvýšeným (v porovnaní s meďou a hliníkovou elektroinštaláciou) špecifickým odporom - nichróm, konštantán, volfrám a iné.
Vlákno žiarovky je vyrobené zo žiaruvzdorných zliatin volfrámu. Keď sú vodiče zapojené paralelne, odvod tepla bude väčší vykurovacie teleso s menším odporom, pretože pri jeho znižovaní sa zvyšuje prúd relatívnej susednej zložky obvodu. Ako príklad môžeme uviesť zjavný príklad žiary dvoch žiaroviek rôzneho výkonu - výkonnejšia lampa má viac tepla a svetelného toku.
Ak zazvoníte na žiarovku ohmmetrom, ukáže sa, že výkonnejšia lampa má menší odpor. Vo videu nižšie autor demonštruje sériové a paralelné zapojenie, no bohužiaľ sa v komentári pomýlil - lampa bude svietiť jasnejšie s veľký odpor, a nie naopak.
Joule-Lenzov zákon je fyzikálny zákon, ktorý určuje kvantitatívnu mieru tepelného účinku elektrického prúdu. Tento zákon sformuloval v roku 1841 anglický vedec D. Joule a úplne oddelene od neho v roku 1842 slávny ruský fyzik E. Lenz. Preto dostal svoje dvojité meno - zákon Joule-Lenz.
Definícia a vzorec zákona
Slovná formulácia je nasledovná: sila tepla uvoľneného vo vodiči, keď ním prúdi, je úmerná súčinu hodnoty hustoty elektrického poľa a hodnoty sily.
Matematicky je Joule-Lenzov zákon vyjadrený takto:
ω = j E = ϭ E²,
kde ω je množstvo uvoľneného tepla v jednotkách. objem;
E a j sú sila a hustota elektrických polí;
σ je vodivosť média. 
Fyzikálny význam Joule-Lenzovho zákona
Zákon možno vysvetliť takto: prúd pretekajúci vodičom je posun nabíjačka pod vplyvom . Elektrické pole teda vykonáva určitú prácu. Táto práca sa vynakladá na zahrievanie vodiča.
Inými slovami, energia sa premieňa na svoju inú kvalitu – teplo.
Ale nesmie byť povolené nadmerné zahrievanie vodičov prúdom a elektrickým zariadením, pretože to môže viesť k ich poškodeniu. Silné prehriatie je nebezpečné pri drôtoch, keď môžu cez vodiče pretekať dostatočne veľké prúdy. 
V integrálnej forme pre tenké vodiče Joule-Lenzov zákon znie takto: množstvo tepla, ktoré sa uvoľní za jednotku času v uvažovanom úseku obvodu, je definované ako súčin druhej mocniny sily prúdu a odporu úseku.
Matematicky je táto formulácia vyjadrená takto:
Q = ∫ k I² Rt,
v tomto prípade je Q množstvo uvoľneného tepla;
I je aktuálna hodnota;
R je aktívny odpor vodičov;
t je expozičný čas.
Hodnota parametra k sa zvyčajne nazýva tepelný ekvivalent práce. Hodnota tohto parametra sa určuje v závislosti od kapacity číslic jednotiek, v ktorých sa vykonávajú merania hodnôt použitých vo vzorci.
Joule-Lenzov zákon je dosť všeobecný, pretože nezávisí od povahy síl, ktoré vytvárajú prúd.
Z praxe možno tvrdiť, že platí ako pre elektrolyty, tak aj pre vodiče a polovodiče.
Oblasť použitia
Oblasti použitia zákona Joule Lenza v každodennom živote - veľké množstvo. Napríklad volfrámové vlákno v žiarovke, oblúk pri elektrickom zváraní, vyhrievacie vlákno v elektrickom ohrievači a ďalšie. Toto je najrozšírenejší fyzikálny zákon v každodennom živote.
Správa od administrátora:
Chlapci! Kto sa už dlho chcel učiť angličtinu?
Prejdite na a získajte dve bezplatné lekcie v škole anglického jazyka SkyEng!
Sám tam pracujem - veľmi cool. Existuje pokrok.
V aplikácii sa môžete učiť slovíčka, trénovať počúvanie a výslovnosť.
Skús to. Dve lekcie zadarmo s mojím odkazom!
Kliknite
Množstvo tepla uvoľneného za jednotku času v uvažovanej sekcii obvodu je úmerné súčinu druhej mocniny sily prúdu v tejto sekcii a odporu sekcie.
Joule Lenzov zákon v integrálnej forme v tenkých drôtoch:
Ak sa sila prúdu mení s časom, vodič je stacionárny a nedochádza v ňom k žiadnym chemickým premenám, potom sa vo vodiči uvoľňuje teplo.
- Sila tepla uvoľneného na jednotku objemu média pri prietoku elektrického prúdu je úmerná súčinu hustoty elektrického prúdu a veľkosti elektrického poľa.
Premena elektrickej energie na tepelnú energiu je široko používaná v elektrických peciach a rôznych elektrických ohrievačoch. Rovnaký efekt v elektrických strojoch a zariadeniach vedie k nedobrovoľným nákladom na energiu (strata energie a znížená účinnosť). Teplo, ktoré spôsobuje zahrievanie týchto zariadení, obmedzuje ich zaťaženie; V prípade preťaženia môže zvýšenie teploty poškodiť izoláciu alebo skrátiť životnosť inštalácie.
Vo vzorci sme použili:
Množstvo tepla
Aktuálna práca
Napätie vodiča
Prúd vo vodiči
Časový interval
Romanova_1 / kursachi / Romanovov kursovik / PRÍKLAD / 13 Tepelný výpočet. Tepelný výkon na rezistorovom vzorci
Úloha na tému „Zákony priamy prúd". Úloha môže zaujímať žiakov a absolventov 10. ročníka, aby sa pripravili na skúšku. Mimochodom, tento druh úlohy bol na skúške v časti 1 s trochu inou otázkou (bolo potrebné nájsť pomer množstva tepla uvoľneného na rezistoroch).
Na ktorom z rezistorov sa uvoľní najväčšie (najmenšie) množstvo tepla? R1 = R4 = 4 ohmy, R2 = 3 ohmy, R3 = 2 ohmy. Dajte riešenie. Na zodpovedanie otázky problému je potrebné porovnať množstvo tepla uvoľneného na každom z ich rezistorov. Na to používame vzorec Joule-Lenzovho zákona. To znamená, že hlavnou úlohou bude určiť silu prúdu (alebo porovnanie), ktorá preteká každým odporom.
Podľa zákonov sériového zapojenia je prúd pretekajúci cez odpory R1 a R2 a R3 a R4 rovnaký. 
Na určenie sily prúdu v hornej a dolnej vetve používame zákon paralelného zapojenia, podľa ktorého je napätie na týchto vetvách rovnaké Zápisom napätia na spodnej a hornej vetve podľa Ohmovho zákona pre úsek obvodu , máme: 
Nahradením číselných hodnôt odporov rezistorov získame: To znamená, že získame pomer medzi prúdmi tečúcimi v hornej a dolnej vetve: Po určení sily prúdu cez každý z týchto rezistorov určíme množstvo teplo uvoľnené na každom z rezistorov. 
Porovnaním číselných koeficientov sme dospeli k záveru, že maximálne množstvo teplo sa uvoľní na štvrtom rezistore a minimálne množstvo tepla - na druhom.
Môžete zanechať komentár alebo pridať spätnú väzbu zo svojej stránky.
Napísať komentár
fizika-doma.ru
Tepelný výkon - vzorec výpočtu
Majitelia súkromných domov, bytov alebo iných objektov sa musia zaoberať tepelnotechnickými výpočtami. Toto je základ stavebného dizajnu.
Pochopenie podstaty týchto výpočtov v oficiálnych dokumentoch nie je také ťažké, ako sa zdá.
Pre seba sa môžete tiež naučiť, ako vykonať výpočty, aby ste sa rozhodli, akú izoláciu použiť, akú má mať hrúbku, aký výkon má kotol získať a či je pre danú plochu dostatok existujúcich radiátorov.
Odpovede na tieto a mnohé ďalšie otázky nájdete, ak pochopíte, čo je tepelná energia. Vzorec, definícia a rozsah - prečítajte si článok.
Čo je tepelný výpočet?
Zjednodušene povedané, tepelný výpočet vám pomôže presne vedieť, koľko tepla budova skladuje a stráca a koľko energie je potrebné vyrobiť na vykurovanie, aby bol domov pohodlný.
Pri hodnotení tepelných strát a stupňa dodávky tepla sa berú do úvahy tieto faktory:
- Aký druh objektu je: koľko poschodí má, prítomnosť rohových miestností, či už ide o obytné alebo priemyselné atď.
- Koľko ľudí bude „bývať“ v budove.
- Dôležitým detailom je oblasť zasklenia. A rozmery strechy, steny, podlahy, dverí, výška stropu atď.
- Aké je trvanie vykurovacej sezóny, klimatické vlastnosti regiónu.
- Podľa SNiPs sa určujú teplotné normy, ktoré by mali byť v priestoroch.
- Hrúbka stien, stropov, vybrané tepelné izolanty a ich vlastnosti.
Do úvahy možno vziať aj iné podmienky a vlastnosti, napríklad pri výrobných prevádzkach sa uvažuje o pracovných dňoch a víkendoch, výkone a type vetrania, orientácii bývania ku svetovým stranám atď.
Na čo slúži tepelný výpočet?
Ako sa stavbári minulosti zaobišli bez tepelnotechnických výpočtov?
Dochované kupecké domy ukazujú, že všetko sa robilo jednoducho s rezervou: okná sú menšie, steny hrubšie. Ukázalo sa to teplé, ale ekonomicky nerentabilné.
Výpočet tepelnej techniky vám umožňuje postaviť najoptimálnejšie. Materiály sa neberú viac - nie menej, ale presne toľko, koľko je potrebné. Znižujú sa rozmery budovy a náklady na jej výstavbu.
Výpočet rosného bodu vám umožňuje stavať tak, aby sa materiály nezhoršovali čo najdlhšie.
Na určenie požadovaného výkonu kotla sa nezaobídeme bez výpočtov. Jeho celkový výkon tvoria náklady na energiu na vykurovanie miestností, ohrev teplej vody pre potreby domácnosti a schopnosť blokovať tepelné straty z vetrania a klimatizácie. Výkonová rezerva sa pridáva pre obdobie špičky chladného počasia.
Pri plynofikácii objektu je potrebná koordinácia so službami. Počíta sa ročná spotreba plynu na vykurovanie a celková kapacita zdrojov tepla v gigakalóriách.
Pri výbere prvkov vykurovacieho systému sú potrebné výpočty. Systém potrubí a radiátorov je vypočítaný - môžete zistiť, aká by mala byť ich dĺžka, plocha. Strata výkonu sa berie do úvahy pri otáčaní potrubia, v spojoch a pri prechode ventilov.
Pri výpočte nákladov na tepelnú energiu môžu byť užitočné znalosti o tom, ako previesť Gcal na kW a naopak. Nasledujúci článok podrobne rozoberá túto tému s príkladmi výpočtov.
V tomto príklade je uvedený úplný výpočet podlahy s teplou vodou.
Vedeli ste, že počet sekcií vykurovacích radiátorov sa neberie "zo stropu"? Príliš málo z nich povedie k tomu, že dom bude chladný a príliš veľa z nich bude vytvárať teplo a viesť k nadmernému suchu vzduchu. Odkaz http://microklimat.pro/sistemy-otopleniya/raschet-sistem-otopleniya/kolichestva-sekcij-radiatorov.html uvádza príklady správneho výpočtu radiátorov.
Výpočet tepelného výkonu: vzorec
Zvážte vzorec a uveďte príklady výpočtu pre budovy s rozdielny koeficient rozptyl.
Vx(delta)TxK= kcal/h (tepelný výkon), kde:
- Prvý indikátor "V" je objem vypočítanej miestnosti;
- Delta "T" - teplotný rozdiel - to je hodnota, ktorá ukazuje, o koľko stupňov je vnútri miestnosti teplejšie ako vonku;
- "K" je koeficient rozptylu (nazýva sa aj "koeficient prestupu tepla"). Hodnota je prevzatá z tabuľky. Zvyčajne sa toto číslo pohybuje od 4 do 0,6.
Približné hodnoty faktora rozptylu pre zjednodušený výpočet
- Ak ide o neizolovaný kovový profil alebo dosku, potom „K“ bude = 3 - 4 jednotky.
- Jednoduché murivo a minimálna izolácia - "K" \u003d od 2 do 3-ex.
- Stena z dvoch tehál, štandardný strop, okná a
- dvere - "K" \u003d od 1 do 2.
- Najteplejšia možnosť. Okná s dvojitým zasklením, tehlové steny s dvojitou izoláciou atď. - "K" \u003d 0,6 - 0,9.
Presnejší výpočet je možné urobiť tak, že sa vypočítajú presné rozmery povrchov domu, ktoré sa líšia vlastnosťami v m2 (okná, dvere a pod.), urobí sa pre ne samostatne výpočet a výsledné ukazovatele sa spočítajú.
Príklad výpočtu tepelného výkonu
Zoberme si určitú miestnosť 80 m2 s výškou stropu 2,5 m a vypočítajme, aký výkon kotla potrebujeme na jej vykúrenie.
Najprv vypočítame kubaturu: 80 x 2,5 = 200 m3. Náš dom je zateplený, ale málo - koeficient rozptylu je 1,2.
Mrazy sú do -40°C a v miestnosti, ktorú chcete mať príjemných +22 stupňov, je teplotný rozdiel (delta "T") 62°C.
Dosadíme čísla vo vzorci za silu tepelných strát a vynásobíme:
200 x 62 x 1,2 \u003d 14880 kcal / h.
Výsledné kilokalórie sa konvertujú na kilowatty pomocou konvertora:
- 1 kW = 860 kcal;
- 14880 kcal = 17302,3 W.
Zaokrúhľujeme s okrajom a chápeme, že v najkrutejších mrazoch -40 stupňov budeme potrebovať 18 kW energie za hodinu.
Vynásobte obvod domu výškou stien:
(8 + 10) x 2 x 2,5 = 90 m2 povrchu steny + 80 m2 stropu = 170 m2 povrchu v kontakte s chladom. Nami vyššie vypočítané tepelné straty boli 18 kW/h, po vydelení plochy domu odhadovanou spotrebovanou energiou dostaneme, že 1 m2 stratí cca 0,1 kW alebo 100 W za hodinu pri vonkajšej teplote -40 °C a +22 ° C v interiéri .
Tieto údaje sa môžu stať základom pre výpočet požadovanej hrúbky izolácie na stenách.
Uveďme ďalší príklad výpočtu, ten je v niektorých momentoch zložitejší, ale presnejší.
Vzorec:
Q = S x (delta) T / R:
- Q je požadovaná hodnota tepelných strát doma vo W;
- S je plocha chladiacich plôch v m2;
- T je teplotný rozdiel v stupňoch Celzia;
- R je tepelný odpor materiálu (m2 x K / W) (metre štvorcové vynásobené Kelvinmi a delené wattmi).
Aby sme teda našli „Q“ toho istého domu ako vo vyššie uvedenom príklade, vypočítajme plochu jeho plôch „S“ (nepočítame podlahu a okná).
- "S" v našom prípade = 170 m2, z toho 80 m2 stropy a 90 m2 steny;
- T = 62 °C;
- R je tepelný odpor.
Hľadáme "R" podľa tabuľky tepelných odporov alebo podľa vzorca. Vzorec na výpočet koeficientu tepelnej vodivosti je nasledujúci:
R = H/K.T. (H je hrúbka materiálu v metroch, K.T. je súčiniteľ tepelnej vodivosti).
V tomto prípade má náš dom steny z dvoch tehál opláštených penovým plastom s hrúbkou 10 cm.Strop je pokrytý pilinami s hrúbkou 30 cm.
Vykurovací systém súkromného domu musí byť usporiadaný s prihliadnutím na úspory nákladov na energiu. Výpočet vykurovacieho systému súkromného domu, ako aj odporúčania pre výber kotlov a radiátorov - pozorne si prečítajte.
Ako a ako izolovať drevený dom zvnútra, dozviete sa čítaním týchto informácií. Výber izolácie a technológie izolácie.
Z tabuľky súčiniteľov tepelnej vodivosti (merané vo W / (m2 x K) Watt delené súčinom štvorcového metra Kelvinom). Nájdeme hodnoty pre každý materiál, budú to:
- tehla - 0,67;
- polystyrén - 0,037;
- piliny - 0,065.
- R (strop hrúbka 30 cm) = 0,3 / 0,065 = 4,6 (m2 x K) / W;
- R (murovaná stena 50 cm) = 0,5 / 0,67 = 0,7 (m2 x K) / W;
- R (pena 10 cm) \u003d 0,1 / 0,037 \u003d 2,7 (m2 x K) / W;
- R (stena) \u003d R (tehla) + R (pena) \u003d 0,7 + 2,7 \u003d 3,4 (m2 x K) / W.
Teraz môžeme pristúpiť k výpočtu tepelných strát "Q":
- Q pre strop \u003d 80 x 62 / 4,6 \u003d 1078,2 wattov.
- Steny Q \u003d 90 x 62 / 3,4 \u003d 1641,1 wattov.
- Zostáva pridať 1078,2 + 1641,1 a previesť na kW, vychádza (ak sa okamžite zaokrúhli nahor) 2,7 kW energie za 1 hodinu.
Všetko je to o miere únavy domov (aj keď, samozrejme, údaje by sa mohli líšiť, ak by sme vypočítali podlahu a okná).
Záver
Vyššie uvedené vzorce a príklady ukazujú, že pri tepelnotechnických výpočtoch je veľmi dôležité brať do úvahy čo najviac faktorov, ktoré ovplyvňujú tepelné straty. To zahŕňa vetranie a oblasť okien, stupeň ich únavy atď.
A prístup, keď sa na 10 m2 domu odoberá 1 kW výkonu kotla, je príliš približný na to, aby sme sa naň vážne spoliehali.
Súvisiace video
microclimat.pro
13 Tepelný výpočet
10. Tepelný výpočet.
Konštrukcia IO by mala byť taká, aby teplo uvoľnené počas jeho prevádzky neviedlo za najnepriaznivejších prevádzkových podmienok k poruchám prvkov v dôsledku prehriatia. Medzi hlavné palivové články patria predovšetkým odpory, aktívne prvky a komponenty. Výkon rozptýlený kondenzátormi a induktormi je malý. Film prepínania IC, kvôli malému elektrický odpor a vysoká tepelná vodivosť kovových filmov, prispieva k odvodu tepla z najviac zahrievaných prvkov a vyrovnáva teplotu dosky GIS a polovodičového IC čipu.
Ryža. 10.1. Možnosť pripevnenia dosky k puzdru.
Tepelný výpočet rezistorov.
Tepelný odpor odporu sa vypočíta podľa vzorca (10.1)
p = 0,03 [W/cm °C] - súčiniteľ tepelnej vodivosti podkladového materiálu;
δp = 0,06 cm je hrúbka dosky.
RT = 0,06/0,03 = 2 cm2∙°С/W
Vypočítajte teplotu filmových rezistorov pomocou vzorca
PR je výkon rozptýlený v rezistore;
SR je plocha, ktorú zaberá rezistor na doske;
P0 je celkový výkon pridelený všetkým komponentom mikroobvodu;
Sp je plocha dosky.
PR = 0,43 mW je výkon rozptýlený v rezistore;
SR = 0,426 mm2 - plocha, ktorú zaberá odpor;
Sn = 80 mm2 - plocha dosky;
RT = 2 cm2∙°С/W je tepelný odpor odporu;
Tacr.av = 40С – maximálna teplota okolia;
T = 125°C = maximálna povolená teplota filmových rezistorov.
TR=(0,43∙10-3∙200)/0,426+(24,82∙10-3∙200)/80+40=40,26 С<125 С
Teplota zostávajúcich rezistorov sa vypočíta podobne pomocou programu MathCad. Výsledky výpočtu sú uvedené v tabuľke 10.1
Tabuľka. 10.1
| Rezistor | |||||
Tabuľka ukazuje, že pre všetky filmové rezistory je dodržaný stanovený tepelný režim.
Tepelný výpočet pre sklopný prvok.
Tepelný odpor sa vypočíta podľa vzorca:
k = 0,003 [W/cm °C] - tepelná vodivosť lepidla;
δc1 = 0,01 cm je hrúbka lepidla.
Rt=(0,06/0,03)+(0,01/0,003)=5,33 cm2∙°С/W
Vypočítajte teplotu kĺbového prvku pomocou vzorca:
Výpočet tranzistora KT202A, VT14
Pne \u003d 2,6 mW - výkon uvoľnený na tranzistore;
Sne = 0,49 mm2 - plocha obsadená tranzistorom;
P0 = 24,82 mW – výkon rozptýlený všetkými komponentmi dosky;
Sn = 80 mm2 - plocha dosky;
Т0С = 40С – maximálna teplota okolia;
T = 85°C = maximálna povolená teplota tranzistora.
Tne=(2,6∙10-3∙533)/0,49+(24,82∙10-3∙533)/80+40=42,99С<85С
Preto je dodržaný stanovený tepelný režim.
Teplota zostávajúcich tranzistorov sa vypočíta podobne pomocou programu MathCad. Výsledky výpočtu sú uvedené v tabuľke 10.2
Tabuľka 10.2
| Tranzistor | ||||||||
Tabuľka ukazuje, že pre všetky tranzistory je dodržaný stanovený tepelný režim. V dôsledku toho sú splnené tepelné podmienky pre celý okruh.
studfiles.net
Tepelný výkon elektrického prúdu a jeho praktické využitie
Dôvod zahrievania vodiča spočíva v tom, že energia elektrónov, ktoré sa v ňom pohybujú (inými slovami, energia prúdu) sa premieňa na teplý typ energie alebo Q pri postupnej zrážke častíc s iónmi. molekulárnej mriežky kovového prvku sa takto tvorí pojem „tepelná sila“.
Práca prúdu sa meria pomocou medzinárodného systému jednotiek SI, pričom sa naň aplikuje joulov (J), prúdový výkon je definovaný ako "watt" (W). Odlišne od systému v praxi môžu využívať aj mimosystémové jednotky, ktoré merajú prácu prúdu. Medzi nimi sú watthodina (W × h), kilowatthodina (skrátene kW × h). Napríklad 1 Wh označuje prácu prúdu so špecifickým výkonom 1 watt a trvaním jednej hodiny. 
Ak sa elektróny pohybujú pozdĺž pevného kovového vodiča, v tomto prípade sa všetka užitočná práca generovaného prúdu rozdelí na ohrev kovovej konštrukcie a na základe ustanovení zákona o zachovaní energie to možno opísať vzorcom Q =A=IUt=I2Rt=(U2/R)* t. Takéto pomery presne vyjadrujú známy Joule-Lenzov zákon. Historicky ju prvýkrát empiricky určil vedec D. Joule v polovici 19. storočia a súčasne nezávisle od neho ďalší vedec - E. Lenz. Tepelná energia našla praktické uplatnenie v technickom dizajne od vynálezu v roku 1873 ruským inžinierom A. Ladyginom obyčajnej žiarovky. 
Tepelná sila prúdu sa používa v mnohých elektrických spotrebičoch a priemyselných zariadeniach, a to v tepelných meracích prístrojoch, elektrických sporákoch na vykurovanie, elektrických zváracích a inventárnych zariadeniach, veľmi bežné sú domáce spotrebiče s elektrickým vykurovacím účinkom - kotly, spájkovačky, kanvice, žehličky.
Tepelný efekt sa nachádza aj v potravinárskom priemysle. Pri vysokom podiele využitia sa využíva možnosť elektrokontaktného ohrevu, ktorý zaručuje tepelný výkon. Je to spôsobené tým, že prúd a jeho tepelná sila, ktoré ovplyvňujú potravinový výrobok, ktorý má určitý stupeň odporu, v ňom spôsobujú rovnomerné zahrievanie. Môžeme uviesť príklad, ako sa vyrábajú klobásy: cez špeciálny dávkovač sa mleté mäso dostáva do kovových foriem, ktorých steny súčasne slúžia ako elektródy. Tu je zabezpečená stála rovnomernosť ohrevu po celej ploche a objeme produktu, je dodržaná nastavená teplota, zachovaná optimálna biologická hodnota potravinového produktu, spolu s týmito faktormi zostáva dĺžka technologickej práce a spotreba energie. najmenší. 
Špecifický tepelný výkon elektrického prúdu (ω), inými slovami, množstvo tepla, ktoré sa uvoľní na jednotku objemu za určitú jednotku času, sa vypočíta nasledovne. Elementárny valcový objem vodiča (dV) s prierezom vodiča dS, dĺžkou dl rovnobežnou so smerom prúdu a odporom tvoria rovnice R=p(dl/dS), dV=dSdl.
Podľa definícií Joule-Lenzovho zákona sa za pridelený čas (dt) v nami odobratom objeme uvoľní úroveň tepla rovnajúca sa dQ=I2Rdt=p(dl/dS)(jdS)2dt=pj2dVdt. V tomto prípade ω=(dQ)/(dVdt)=pj2 a použitím Ohmovho zákona na stanovenie prúdovej hustoty j=γE a vzťahu p=1/γ okamžite získame výraz ω=jE= γE2. V diferenciálnej forme dáva koncept Joule-Lenzovho zákona.
fb.ru
Stránka Embedder » Tepelné výpočty
Všetky elektronické súčiastky vytvárajú teplo, takže schopnosť vypočítať chladiče tak, aby nepreleteli o niekoľko rádov, je veľmi užitočná pre každého elektronického inžiniera.
Tepelné výpočty sú veľmi jednoduché a majú veľa spoločného s výpočtami elektronických obvodov. Tu sa pozrite na typický problém tepelného dizajnu, na ktorý som práve narazil.
Úloha
Musíte si vybrať radiátor pre 5-voltový lineárny regulátor, ktorý je napájaný maximálne 12 voltov a produkuje 0,5A. Maximálny pridelený výkon je (12-5) * 0,5 = 3,5W
Ponorte sa do teórie
Aby nevznikli entity, ľudia poškriabali tekvicu a uvedomili si, že teplo je veľmi podobné elektrickému prúdu a na tepelné výpočty môžete použiť obvyklý Ohmov zákon, iba
Napätie (U) je nahradené teplotou (T)
Prúd (I) nahradený výkonom (P)
Odpor je nahradený tepelným odporom. Bežný odpor sa meria vo voltoch/ampéroch, zatiaľ čo tepelný odpor sa meria v °C/watt.
V dôsledku toho je Ohmov zákon nahradený jeho tepelným náprotivkom:
Malá poznámka - aby sa naznačilo, že sa myslí tepelný (a nie elektrický) odpor, k písmenu R sa pridáva písmeno theta: 
Na klávesnici také písmeno nemám a som lenivý na kopírovanie z tabuľky symbolov, takže použijem iba písmeno R.
Pokračujeme ďalej
V kryštále stabilizátora sa vytvára teplo a naším cieľom je zabrániť jeho prehriatiu (nie je to dôležité, aby sa zabránilo prehriatiu kryštálu!).
Na akú teplotu je možné kryštál zahriať, je napísané v technickom liste:
Obyčajne sa hraničná teplota kryštálu nazýva Tj (j = junction = junction - teplotne citlivé vnútro mikroobvodov pozostáva najmä z pn prechodov. Môžeme predpokladať, že teplota junction je rovná teplote kryštálu)
bez chladiča
Tepelný diagram vyzerá veľmi jednoducho: 
Najmä pre prípady použitia puzdra bez žiariča sa v datasheetoch píše tepelný odpor kryštál-atmosféry (Rj-a) (už viete, čo je j, a = okolité = prostredie)
Všimnite si, že teplota „zeme“ nie je nulová, ale rovná sa teplote okolitého vzduchu (Ta). Teplota vzduchu závisí od podmienok, v ktorých je radiátor umiestnený.Ak je na voľnom vzduchu, tak sa dá nastaviť Ta = 40°C, ale ak je v uzavretej krabici, potom môže byť teplota oveľa vyššia!
Ohmov tepelný zákon píšeme: Tj = P*Rj-a + Ta. Dosadíme P = 3,5, Rj-a = 65, dostaneme Tj = 227,5 + 40 = 267,5 °C. Avšak príliš veľa!
Držíme sa radiátora
Tepelná schéma nášho príkladu so stabilizátorom na radiátore vyzerá takto:
- Rj-c je odpor medzi matricou a chladičom puzdra (c = puzdro = puzdro). Uvedené v údajovom liste. V našom prípade - 5 °C / W - z údajového listu
- Rc-r - odpor telesa-radiátora. Nie je to všetko také jednoduché. Tento odpor závisí od toho, čo je medzi puzdrom a chladičom. Napríklad silikónové tesnenie má koeficient tepelnej vodivosti 1-2 W/(m*°C) a pasta KPT-8 má 0,75 W/(m*°C). Tepelný odpor možno získať z koeficientu tepelnej vodivosti podľa vzorca:
R = hrúbka tesnenia / (tepelná vodivosť * plocha jednej strany tesnenia)
Rc-r možno často úplne ignorovať. Napríklad v našom prípade (používame puzdro TO220, s pastou KPT-8 je priemerná hĺbka pasty odobratej zo stropu 0,05 mm). Celkom, Rc-r = 0,5 °C/W. Pri výkone 3,5W je teplotný rozdiel medzi telesom stabilizátora a radiátorom 1,75 stupňa. To nie je veľa. Pre náš príklad vezmime Rc-r = 2 °C/W
Rr-a - tepelný odpor medzi radiátorom a atmosférou. Je určená geometriou radiátora, prítomnosťou prúdenia vzduchu a množstvom ďalších faktorov. Tento parameter je oveľa jednoduchšie merať ako vypočítať (pozri na konci článku). Napríklad - Rr-c = 12,5 °C/W
Ta = 40°C - tu sme vyrátali, že teplota vzduchu je málokedy vyššia, pre istotu si môžete vziať 50 stupňov.
Všetky tieto údaje dosadíme do Ohmovho zákona a dostaneme Tj = 3,5*(5+2+12,5) + 40 = 108,25 °C
To je výrazne menej ako hranica 150 °C. Takýto radiátor je možné použiť. V tomto prípade sa teleso radiátora zahreje na Tc = 3,5*12,5 + 40 = 83,75 °C. Táto teplota je už schopná zmäknúť niektoré plasty, takže si treba dávať pozor.
Meranie odporu radiátor-atmosféra.
S najväčšou pravdepodobnosťou už máte okolo seba veľa radiátorov, ktoré sa dajú použiť. Tepelný odpor sa dá veľmi jednoducho zmerať. Potrebuje odpor a napájanie.
Odpor na radiátore vytvarujeme tepelnou pastou:
Pripojíme zdroj energie a nastavíme napätie tak, aby sa na odpor uvoľnil nejaký výkon. Je lepšie, samozrejme, ohrievať radiátor výkonom, ktorý rozptýli v konečnom zariadení (a v polohe, v ktorej bude, to je dôležité!). Zvyčajne nechám tento dizajn pol hodiny, aby sa dobre zahrial.
Po zmeraní teploty je možné vypočítať tepelný odpor.
Rr-a = (T-Ta)/P. Napríklad môj radiátor sa zohrial na 81 stupňov a teplota vzduchu je 31 stupňov. teda Rr-a = 50/4 = 12,5 °C/W.
Odhadovaná plocha radiátora
V starodávnej príručke rádioamatéra bol uvedený graf, podľa ktorého môžete odhadnúť plochu žiariča. Tu je:
Práca s ním je veľmi jednoduchá. Vyberieme prehriatie, ktoré chceme dosiahnuť a uvidíme, aká oblasť zodpovedá požadovanému výkonu pri takomto prehriatí.
Napríklad s výkonom 4W a prehriatím o 20 stupňov budete potrebovať 250 cm ^ 2 radiátory. Tento graf poskytuje nadhodnotenie plochy a nezohľadňuje množstvo faktorov, ako je nútené prúdenie vzduchu, geometria plutvy atď.
bsvi.ru
V rokoch 1841 a 1842 nezávisle od seba anglickí a ruskí fyzici stanovili závislosť množstva tepla od toku prúdu vo vodiči. Tento vzťah sa nazýva „zákon Joule-Lenz“. Angličan si založil závislosť o rok skôr ako Rus, no názov dostal zákon podľa mien oboch vedcov, pretože ich výskum bol nezávislý. Zákon nemá teoretický charakter, ale má veľký praktický význam. A tak si stručne a prehľadne zistime definíciu Joule-Lenzovho zákona a kde sa uplatňuje.
Znenie
V skutočnom vodiči, keď ním preteká prúd, sa vykonáva práca proti trecím silám. Elektróny sa pohybujú cez drôt a zrážajú sa s inými elektrónmi, atómami a inými časticami. V dôsledku toho sa uvoľňuje teplo. Joule-Lenzov zákon popisuje množstvo tepla, ktoré vzniká, keď prúd preteká vodičom. Je priamo úmerná sile prúdu, odporu a dobe prietoku.
V integrálnej forme vyzerá Joule-Lenzov zákon takto:
Aktuálna sila je označená písmenom I a je vyjadrená v ampéroch, odpor je R v ohmoch a čas t je v sekundách. Jednotkou merania tepla Q je Joule, na prepočet na kalórie musíte výsledok vynásobiť 0,24. V tomto prípade sa 1 kalória rovná množstvu tepla, ktoré sa musí priviesť do čistej vody, aby sa jej teplota zvýšila o 1 stupeň.
Takýto vzorec platí pre úsek obvodu, keď sú vodiče zapojené do série, keď v nich preteká jeden prúd, ale na koncoch klesá iné napätie. Súčin štvorca prúdu a odporu sa rovná výkonu. Súčasne je výkon priamo úmerný štvorcu napätia a nepriamo úmerný odporu. Potom pre elektrický obvod s paralelným pripojením možno Joule-Lenzov zákon zapísať ako:
V diferenciálnej forme to vyzerá takto:
Kde j je prúdová hustota A / cm 2, E je intenzita elektrického poľa, sigma je odpor vodiča.
Treba poznamenať, že pre homogénny úsek obvodu bude odpor prvkov rovnaký. Ak sú v obvode vodiče s rôznymi odpormi, nastáva situácia, keď sa maximálne množstvo tepla uvoľní na tom, ktorý má najväčší odpor, čo možno uzavrieť analýzou vzorca Joule-Lenzovho zákona.
FAQ
Ako si nájsť čas? To sa týka periódy toku prúdu cez vodič, to znamená, keď je obvod uzavretý.
Ako zistiť odpor vodiča? Na určenie odporu sa používa vzorec, ktorý sa často nazýva "koľajnica", to znamená:
Tu písmeno "Ro" označuje odpor, meria sa v Ohm * m / cm2, l a S sú dĺžka a plocha prierezu. Vo výpočtoch sa metre štvorcové a centimetre znížia a ohmy zostávajú.
Odpor je tabuľková hodnota a pre každý kov má svoju vlastnú. Meď má rádovo menej ako vysoko odolné zliatiny, ako je volfrám alebo nichróm. Na čo sa používa, zvážime nižšie.
Prejdime k praxi
Pre elektrické výpočty má veľký význam Joule-Lenzov zákon. Najprv ho môžete použiť pri výpočte vykurovacích zariadení. Ako vykurovací prvok sa najčastejšie používa vodič, ale nie jednoduchý (ako meď), ale s vysokým odporom. Najčastejšie je to nichrom alebo kanthal, fechral.
Majú vysoký odpor. Môžete použiť aj meď, ale potom stratíte veľa káblov (sarkazmus, meď sa na tento účel nepoužíva). Na výpočet tepelného výkonu pre vykurovacie zariadenie musíte určiť, ktoré teleso a v akých objemoch potrebujete zohrievať, vziať do úvahy množstvo potrebného tepla a ako dlho trvá jeho prenos do tela. Po výpočtoch a transformáciách získate odpor a prúd v tomto obvode. Na základe získaných údajov o mernom odpore vyberte materiál vodiča, jeho prierez a dĺžku.