Какая часть воды могла бы выкипеть за это же время работы электрочайника

Обновлено: 17.05.2024

Здравствуйте, мои маленькие беспечные друзья. Я хочу открыть для вас дверь в удивительный мир электрических чайников. Мир полный опасностей, ужасов, страха и боли. Разрушенных надежд, обгорелых трупов и жутких столбов черного дыма. Но для начала просто изложу несколько простых наблюдений за поведением этих привычных домашних питомцев, призванных преобразовывать электрическую энергию в тепловую, обеспечивая непрерывный поток горячего чая в наш организм.

Начнем с удивительного открытия:

Cпираль лучше чем диск

Кому-то такое заключение может показаться странным. Попробую пояснить свою позицию.
Во-первых, спираль лучше греет, т.к. она целиком погружена в воду, что приближает ее КПД к 100%, т.к. почти все тепло передается куда следует.

К дисковому нагревателю спираль прикасается только одной стороной и, как ты там не изолируй, а теплопотери будут гораздо больше.

Но не это главная беда.

Во-вторых, вода в чайнике с диском заметно сильнее мутнеет. Чисто эмпирически было установлено следующее. Если в дисковом чайнике допустить закипание воды до стадии белого ключа, то после выключения нагрева и всплытия пузырьков, в жидкости образуется мелкодисперсная взвесь накипи, время осаждения которой очень велико и никак не сопоставимо с тем, сколько мы готовы ждать своей кружки чая. Порядок величины – десятки минут.

За это время чайник, естественно, остывает, а при его включении для подогрева вся взвесь снова оказывается в воде. Замкнутый круг.

Выхода два, оба неудобные:

всегда использовать фильтрованную или бутилированную воду
контролировать закипание и выключать чайник вручную, не допуская бурного кипения

Первый вариант очень дорогой, второй требует больших затрат времени.

По причине, которая остается для меня загадкой, чайник со спиралью лишен такого недостатка. После закипания и отключения по датчику пара вода готова к употреблению в течение минуты. Количество взвеси очень незначительное и, что главное, не влияющее на вкус воды.

Все это было проверено на нескольких чайниках, как дисковых, так и спиральных.

Повторюсь: проблема помутнения актуальна только для воды из-под крана. Если вы пользуетесь бутилированной или фильтрованной водой, то с ней все хорошо.

Пожарная опасность электрочайников

Господа, я вас умоляю, запомните одно простое правило.

Никогда не оставляйте электрический чайник на подставке.

Я слышу, кто-то умный с задней парты кричит, что никакой опасности нет, мол, там есть во-первых, датчик пара, а во-вторых, на случай отсутствия воды, целых два датчика перегрева.

Так вот, специально для умников расскажу два случая, когда мой дом был близок к пожару, как никогда.

Случай 1: Как электрочайник стек под стол

А дело вот в чем. Датчики перегрева у чайника есть. Но у них есть одна особенность. Через какое-то время эксплуатации у биметаллических пластин, призванных отключать питание при достижении критической температуры, снижается порог срабатывания. Они начинают отщелкиваться при температуре ниже 100 градусов.

К чему это приводит?

А к тому, что чайник не доводит воду до кипения и отключается. Включается обратно минут через 5-10, немного побухтит, и снова выключается.

Что же делать?

Я поступил радикально: разобрал чайник и выкинул куда подальше датчики перегрева. Ура! Чайник теперь выключается только после вскипания воды и образования пара. Только одно НО. Будучи включенным без воды он больше не выключается. Вообще.

Понятно, что мы же все умные, и чайники без воды никогда не включаем, и крышку защелкнуть не забываем никогда.

Но, увы, человеческий фактор – это человеческий фактор. Речь не идет о том, будет совершена ошибка или нет, потому что ошибка совершена будет. Рано или поздно. Вопрос только в сроках.

Костер на столе

Никто не скажет, почему так получилось. Возможно, виноват я сам, возможно, кто-то из заходивших ко мне в комнату. Был ли включенный чайник поставлен на подставку без воды? Был ли он полон, но с открытой крышкой? Или же он стоял на подставке и был включен чьим-то неловким движением руки?

Так или иначе, но это случилось. Включенный чайник с отсутствующими датчиками перегрева остался на подставке, и никто этого не заметил.

Кроме моего дядюшки, который каким-то чудом именно в этот момент проходил мимо двери в мою комнату.

Его немного удивил тот факт, что меня нет дома, а на столе у меня горит костер.

Дядюшка, конечно, не удивится никаким моим выходкам, но костер на столе – это уж слишком даже для меня. Поэтому он открыл дверь пошире и окончательно уверился в том, что то, что он сейчас видит – неправильно.

А видел он следующее: на столе все шипело и полыхало, вверх поднимался столб черного дыма, а горящие капли пластика с задорным визгом капали с края стола на линолеум.

Далее последовало несколько минут героической борьбы с огнем. Останки чайника были сброшены в ведро и вынесены на улицу, где и догорели, костер в комнате – потушен, пожар – ликвидирован.

О, да, я знаю, что сейчас скажет скептик с задней парты. Он скажет, что я сам виноват, нечего было выламывать датчики перегрева из чайника, превращая его тем самым в зажигательную бомбу замедленного действия. И, да, в чем-то он будет прав. Но специально для такого случая у меня припасена еще одна история.

Случай 2: История кособокого электрочайника

Очередной чайник не подвергался калечащим операциям по удалению жизненно-важных датчиков. Но это его не спасло.

Дело было, как обычно, во время моего долгого отсутствия дома.

И на протяжении многих дней, заметьте – МНОГИХ, в моей комнате ощущался легкий запах не то гари, не то горелых контактов… В общем, сомнения у заходивших туда домочадцев присутствовали, но не подтверждались.

И продолжалось это до тех пор, пока тетушка вдруг не обратила внимание, что электрочайник стоявший все это время на подставке, сделался каким-то кособоким.

Она подошла к нему поближе и почувствовала пышущий от него жар. Нижняя часть чайника тихонько плавилась и теряла форму.

Что же случилось?

А вот что. Виновных, опять же, не найти, потому что в мое отсутствие у меня дома образуется проходной двор. Есть, конечно, подозрения, но Сержык упорно отрицает свою вину.

Однако, там же есть датчик перегрева, который и сработал.

Но сработал он ненадолго, а ровно до тех пор, пока чайник немного остыл и биметаллическая пластина отщелкнулась обратно.

Чайник опять нагрелся. Датчик сработал. Чайник остыл. Пластина замкнула контакт. Чайник нагрелся. Датчик сработал.

И так несколько дней или даже недель! И все это время конструкция поддерживалась при температуре близкой к 100 градусам.

Что могло быть?

А быть могло все что угодно. Возможно, пожара бы так и не случилось. А возможно, что из-за деформаций корпуса или из-за искрения в контактах в один прекрасный момент пластины перестали бы отщелкиваться и случилось бы все то, что было описано в случае 1, но не факт, что на этот раз кто-то проходил бы мимо.

Мораль

А мораль проста и она была изложена выше: не надо оставлять электрочайник на подставке. Никогда.

Да, у вас может быть рефлекс всегда его выключать. Но он сработает 10 000 раз, а на 10 001-й раз что-то случится. Зазвонит телефон, вам сообщат о том, что кто-то попал в аварию, что в магазине напротив суперакция или еще чего… И привычный ход вещей будет нарушен, кнопка окажется машинально нажатой или не нажатой, вода не налитой, крышка не закрытой. Да мало ли. Мы же спотыкаемся на ровном месте безо всякой видимой причины, а ведь ходьба – это очень хорошо натренированный рефлекс.

Так что, не играйте с огнем. Мне было 2 жестких предупреждения, и к ним стоит прислушаться.

См. также:

1) при погружении в воду на цилиндр начинает действовать выталкивающая архимедова сила. именно она и уменьшает показания динанометра, следовательно:

2) находим объём погружённого цилиндра, исходя из формулы арихимеда:

3) находим плотность вещества, из которого изготовлен цилиндр, исходя из формулы массы:

4) находим вес цилиндра, погруженного в масло:

ответ: плотность вещества, из которого изготовлен цилиндр, равна 25000 кг/м³; вес цилиндра, погруженного в масло, равен 0,182 h.

V₁(азот)=2,5л=2,5*10⁻³м³ p₁=10⁵ па v ₂ (азот)=0,25л=2,5*10⁻⁴м³ p₂=2*10⁶ па ответ: на 625 дж. в формуле используется ⁵/₂ вместо ³/₂,т.к. азот - двухатомный газ

Как работает и для чего нужно термореле

Сегодня не нужно караулить чайник в момент закипания, чтобы тот не перегревался от длительного кипения и чтоб тэн не остался без воды. Вместо бдительного пользователя эту функцию выполняет термореле, которое реагирует на определенную температуру и прекращает подачу напряжения на нагревательный элемент.

В электрических чайниках используется реле на основе биметаллического размыкателя. Конструктивно оно состоит из гибкой пластины, закрепленной в полимерном корпусе. Пластина спаяна из двух металлов с различными коэффициентами температурного расширения.

При нагревании металлов происходит их расширение, но увеличиваться каждый вид металла будет по-разному. К примеру, в наличии две пластины меди и стали одинаковой длины 10см. При температуре от 0 до 25°С оба отрезка равны по длине. Затем нагреем обе пластины до температуры 100°С, как видите на рисунке, медная пластина увеличивается значительно больше. Разница в дине нагретых пластин Δx обусловлена разным коэффициентом температурного расширения для стальной и медной пластины.

Для термореле пластины двух металлов скрепляются вместе пайкой или заклепками, образуя биметаллическую пластину. При ее нагревании до 100°С медная пластина расширится больше на длину Δx, но стальная практически не изменится. В результате их крепления друг к другу биметаллическая пластина деформируется под усилием удлинившейся меди и согнется в сторону металла с меньшим коэффициентом температурного расширения.

В термореле пластина зажимается и жестко фиксируется с одной стороны. Второй край остается подвижным и при нагревании биметаллического элемента происходит его перемещение на расстояние Δу. Именно перемещение свободного конца и выполняет логическую функцию по реагированию на температурные изменения в электрочайнике.

Принцип действия термореле в электрочайнике заключается в следующем:

Тэн приводит к нагреву жидкости и окружающих деталей. Тепловая энергия распространяется сначала по воде к верхним слоям, а затем и с поднимающимся паром.
Нагретый теплоноситель постепенно нагревает все детали чайника, с которыми взаимодействует при перемещении.
Находящаяся во взаимодействии с теплоносителем пластина термореле также нагревается до установленной температуры.
При достижении 100°С биметаллическая пластина резко сгибается, выворачивая край в сторону наименее удлинившегося металла.
Механическое усилие, совершенное пластиной, перемещает рычаг из диэлектрика и переключает контакты реле.
Логический элемент переходит из включенного состояния в отключенное.

По мере остывания биметаллического размыкателя, медная пластина постепенно уменьшается в длине до первоначальных размеров. Стальная, согнутая как пружина, распрямляется и возвращает всю конструкцию в изначальное состояние. И пластина реле снова готова к нагреванию.

Кнопка чайника механически переводится в отключенное положение, поэтому возврат биметаллического размыкателя в начальное положение не приводит к повторной подаче напряжения на тэн.

Виды термозащиты в чайнике

Основная задача электрического чайника — нагрев жидкости, поэтому в штатном режиме он может выдерживать 100°С и более. Такой диапазон является нормальным и никак не сказывается на физическом состоянии элементов и не влияет на вкусовые качества воды до ее устойчивого закипания. Но далее установленного предела процесс продолжать бессмысленно, да и сам чайник (резиновые уплотнители, пластиковые детали и нагревательный тэн) быстрее выйдет из строя.

Термозащита, регулирующая нагревательные процессы в электрическом чайнике, включает в себя два уровня. Первый взаимодействует с горячим паром, поднимающимся с верхних слоев воды к крышке. Его задача — контролировать состояние закипающей жидкости. Второй устанавливается под нагревательным элементом и реагирует на перегрев тэна.

Контроль нагрева воды

Этот уровень термозащиты располагается непосредственно у кнопки включения/отключения и представлен термореле, основной компонент которого — биметаллическая пластина подобранная под определенную температуру.

Конструктивно оно устанавливается в верхней части ручки, куда подводится пар из-под крышки чайника. При закипании воды пар интенсивно воздействует на биметаллическую пластину и нагревает ее до 100°С.

Термостат срабатывает каждый раз при закипании электрочайника и обеспечивает штатный режим работы. Изгибающаяся пластина перебрасывает кнопку из включенного положения в отключенное, где та фиксируется.

Контроль перегрева тэна

В большинстве электрических чайников также реализовано термореле или сразу два. Располагается вблизи контактной группы и подключается к питающим шлейфам.

Биметаллические пластины термореле контактируют с дисковым нагревателем или пятой тэна. В штатном режиме вся энергия от тэна передается нагреваемой жидкости. Тепловая энергия за счет конвекции перераспределяется в емкости от нижних слоев к верхним, освобождая место для холодной жидкости у тэна. Процесс продолжается до закипания воды в электрическом чайнике. При этом максимальная температура воды будет возле крышки чайника, а минимальная на дне. И тепловая энергия от тэна будет передаваться жидкости.

Если воду в чайник не налили или она успела полностью выкипеть, то тепловая энергия не сможет быстро передаваться от тэна. Это обусловлено теплопроводностью воды и воздуха.

Вода является отличным теплоносителем, поскольку быстро получает и отдает тепловую энергию. Воздух является отличным теплоизолятором — он плохо принимает тепло и так же плохо отдает его.

Тепло, скапливающееся в тэне, приведет к его перегреванию.
Начнут деформироваться резиновые прокладки и пластиковые детали, с которыми контактирует нагревательный элемент.
В раскаленном тэне происходит обрыв нити накала или пробой керамического слоя на корпус нагревательного элемента.

Для предотвращения перегревания и дальнейшего возгорания электрочайника в дело вступает термозащита от перегревания тэна. Ее биметаллические пластины контактируют с нагревательным элементом и нормально выдерживают температуру, до которой разогревается тэн в штатном режиме.

Если температура дискового нагревателя превысит установленный предел, то биметаллическая пластина деформируется еще до критического для чайника нагрева. Ее край воздействует на толкатель и переместит контакты термореле в отключенное положение.

Цепь питания отключит тэн от контактной группы и прекратит подачу напряжения к выводам нагревательного элемента. Чайник перестанет греться, и тэн постепенно остынет до безопасной температуры.

Подводя итоги

Однако заметьте, при выявлении пустого электрочайника включенного в розетку, ни в коем случае не бросайтесь очертя голову заливать в него воду. Опрометчивые действия ничем не помогут тэну прибора, а вот резкий перепад температур вызовет сжатие раскаленного нагревательного элемента. От этого и тэн, и прокладки могут потрескаться, что приведет к разгерметизации отдельных узлов и надежный помощник быстро выйдет из строя.

Читайте также: