Почему спираль чайника нагревается до высокой температуры

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:

Электрические чайники являются незаменимыми помощниками в приготовлении чая или кофе, быстрого получения кипятка и решении ряда бытовых задач. Однако опасность возгорания нагревательного прибора заставляет многих пользователей неусыпно контролировать их работу. Они дополнительно перепроверяют отключение, убеждаются в наличии воды или вытаскивают вилку из розетки. Насколько безопасны современные электрочайники и чем их производители обеспечивают спокойствие пользователей мы рассмотрим в данной статье.

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.

Кипячение воды в чайнике – насущное ежедневное занятие. Однако далеко не каждый знает, от чего зависит температура закипания, сколько времени понадобится, чтобы в тех или иных условиях довести чайник до нее и каковы причины возникающих при этом различных неполадок.

Рассмотрим детально основные аспекты этого процесса: какова температура кипения воды в чайнике, от чего зависит закипание жидкости и т.д.

От чего зависит закипание в домашних и других условиях?

Кипением называется усиленное образование пара в массе и на поверхности воды.

Однако традиционное испарение вещества происходит при любых условиях. Закипание же происходит только по достижении определенных условий – температуры и внешнего давления.

Например, для воды в нормальных условиях (760 мм. рт. ст.) этот показатель равняется 100С. С другой стороны, он легко изменяется. Кроме того, на точку кипения влияют различные, растворенные в воде примеси. В большинстве случаев это соли – естественные, придающие жесткость, либо искусственно добавленные, например, пищевая поваренная.

Отметка в 100С – приведена для дистиллированной H2O в нормальных условиях. Стандартно используемая вода – из водопровода, ручья, озера, колодца и т. д. – в действительности является водным раствором различных солей. Поэтому температура ее закипания несколько выше справочного значения.

На существенных возвышенностях, ввиду падения атмосферного давления, кипение начинается раньше. Однако процесс варения – как способ приготовления пищи – не становится быстрее, а, напротив, возрастает и становится затрудненным.

Каждые 300 метров подъема от уровня моря снижают точку закипания на один градус. Альпинисты знают, что высоко в горах котелок закипает при 85-90С и даже ниже.

Противоположный эффект возникает в естественных низменностях и при росте атмосферного давления – точка кипения превышает несколько привычный показатель.

При скольки градусах закипает?

Независимо от типа используемого прибора в нормальных условиях вода закипает при следующих значениях температуры (в наиболее распространенных единицах измерения):

Цельсия, 0С	Фаренгейта, 0F	Кельвина, К
100	212	373,15

Однако следует учесть, что в различных приборах, несмотря на одинаковую точку закипания, время для достижения процесса все же различное.

Например, быстрее всего вода закипит в современном электрическом чайнике в теплозащитном корпусе с мощным круговым ТЭНом на 2-3 кВт. Среднее значение по времени будет у обычного чайника с закрытой крышкой. Дольше всех придет к результату емкость без крышки.

Как с уменьшением давления снижается температура закипания, так с увеличением она возрастает. Этот принцип нашел практическое применение в кухонных приборах – скороварках.

Показатель кипения в них достигает рекордных для повседневных условий – 120-130С. Это позволяет ускорить процесс готовки пищи (в противоположность горной местности – когда кипит, но не варится).

За какое время?

Время закипания жидкости зависит сразу от нескольких факторов:

объема;
конструкции и материала емкости;
типа нагревателя и его характеристик;
исходной температуры;
сырая или кипяченая вода находится в чайнике;
атмосферного давления;
присутствие накипи на внутренних стенках;
наличия растворенных солей.

Обычный 2-х-литровый чайник на газовой конфорке справится с задачей в среднем за 15 минут. Стандартная электрическая модель потратит на эту процедуру примерно такой же период времени. Более совершенный электрочайник с мощной нагревательной встроенной поверхностью вскипит за 3-5 минут.

Современные водонагревательные приборы, такие как, кулеры, превращают холодную воду в кипяток мгновенно. Благодаря им чай, кофе и другой горячий напиток можно получить моментально.

Как определить, что H2O начинает кипеть?

Существует несколько способов проверить, что вода в чайнике вот-вот начнет кипеть:

Постепенно нарастающий шум во время нагрева начинает утихать.
Температура воды близка к точке кипения.
На поверхность начинают всплывать и раскрываться большие пузыри пара.

Чайник или иная емкость для кипячения воды накрывается крышкой, чтобы повысить задержку тепла внутри. С открытой водной поверхности будут уходить частицы с максимальной энергией, уменьшая тем самым ее температуру и удлиняя период достижения точки кипения.

Какова t пара кипящей жидкости?

Образующийся во время кипения чайника пар имеет одинаковую температуру с кипящей водой. Так как вся энергия в этом процессе направлена именно на его превращение.

Поэтому пока вся жидкость не испарится, нагрев пара останется на одинаковом с ней уровне. При этом пар может получить дополнительную энергию, а значит, и повысить температуру, но только в замкнутом пространстве, например, в скороварке.

Факты и причины

С кипячением воды иногда возникают сложности и вопросы:

Почему иногда подпрыгивает крышка?

В некоторых случаях крышка чайника подпрыгивает во время кипения в нем воды.

Причин этому бывает несколько:

Емкость заполнена до самого края. Поверхность бурлящей воды выталкивает крышку.
Отверстия в крышке слишком малы и не рассчитаны на то, чтобы выпустить весь пар, образующий в чайнике. Во время интенсивного кипения паровое давление внутри превышает атмосферное. Крышка начинает приподниматься.
Реальный объем налитой воды превышает оптимальный. Образуется пара больше, чем его могут выпустить технологические отверстия (носик, а также пазухи на крышке). В результате крышка выталкивается паровым давлением.

Вода сразу же перестает кипеть?

Процесс кипения динамичен – требует постоянного подвода энергии для поддержки заданной температуры.

Как только прекращается подача энергии на его нагревательный элемент, или чайник просто снимают с плитки, вода перестает получать необходимую энергию. На этом кипение прекращается, и начинается постепенный процесс остывания.

Электрический чайник не доводит влагу до кипения?

Причин того, почему электрический чайник выключается, не доводя воду до кипения, может быть несколько:

Кроме того, если используется стандартный чайник, причиной того, почему вода в нем нагревается, но никак не может закипеть, является неисправность самого электронагревательного прибора.

Часто электроплита ломается и перестает выдавать рабочую температуру, тем не менее, сохраняя минимальный, хотя и недостаточный для закипания нагрев.

Заключение

Закипание воды в чайнике зависит прежде всего от атмосферного давления и наличия растворенных солей. Стандартно кипение происходит при 100С. На время закипания влияет объем, свойства материала и характеристики конструкции емкости, тип и мощность нагревательного элемента.

Перед закипанием шум затихает, а пузыри увеличиваются в размере и достигают поверхности. При этом пар, образующийся из чайника, имеет одинаковую с кипящей водой температуру.

Почему при прохождении электрического тока проводник нагревается? Ответ на этот вопрос крайне важен при выборе материалов и сечения проводников, а также в контексте борьбы с последствиями токов короткого замыкания.

Поэтому в нашей статье мы постараемся максимально подробно, но при этом на доступном языке, разобраться с причинами нагрева, его этапами и использовании этого свойства проводников на практике.

Причины нагрева проводников и их этапы

Так почему при прохождении тока проводник нагревается? Ответ на этот вопрос независимо друг от друга дали Джеймс Джоуль в 1841 году, и Эмиль Ленц в 1842 году. В связи с этим. открытый ими закон получил название Джоуля-Ленца.

Закон Джоуля-Ленца

Звучит этот закон, как: мощность тепла, выделяемого в единице объема проводника, равна произведению напряженности электрического тока к его плотности. Если из этого определения вам сразу все стало понятно, то наша статья не для вас. Мы поговорим с теми, кто, как и я, когда услышал первый раз это определение, удивленно хлопал глазами.

Поэтому мы будем по минимуму использовать формулы, а постараемся на пальцах объяснить, что значит этот закон:

Сам проводник имеет определенное сечение, а также сопротивление.
Значение этого сопротивления обычно не высоко, но оно есть.
Кроме того, раз у нас по проводнику протекает ток, то он имеет определённый потенциал или напряженность.
Оперируя этими понятиями мы и определим почему проводник с током нагревается.

Соответственно, чем большее количество времени протекает ток по проводнику, чем большее сопротивление проводника, чем больший ток протекает по проводнику, тем быстрее и больше он нагревается. Вот так характеризует нагревание проводников электрическим током закон Джоуля-Ленца.

Обратите внимание! Электрическая проводимость, а соответственно и сопротивление проводника, напрямую зависит от его температуры. Чем она выше, тем больше сопротивление проводника. Поэтому получается лавинообразный процесс. Проводник греется, его сопротивление растет, и он греется еще больше. В связи с этим, процессу отвода тепла от проводника следует уделять самое пристальное внимание.

Отвод тепла от проводника и этапы нагрева

В связи с приведенным выше свойством, с нагревом проводников нужно бороться. Достигается это за счет выбора оптимального сечения провода, а также материала. То есть, сечение провода должно соответствовать максимально допустимому току, который может протекать в нем, а также нормально выдерживать кратковременные перегрузки.

Дабы все это правильно рассчитать, мы должны знать не только как закон Джоуля-Ленца нагревание проводников электрическим током рассчитывает, но и как посчитать отдачу тепла проводником. Ведь наш проводник находится не в вакууме, и отдает тепло окружающей среде.

Сразу давайте определимся, какие параметры влияют на теплоотдачу проводника. Прежде всего, это сечение проводника, ведь вполне логично, что чем большая площадь проводника соприкасается с окружающим воздухом, тем быстрее он ее отдает.

Следующим важным критерием является так называемый коэффициент теплоотдачи материала, из которого выполнен проводник. Или как этот параметр еще называют — теплопроводность материала. Ведь ни для кого не секрет, что теплопроводность у материалов разная.
Ну и последним параметром, является разность между температурой окружающей среды и материалом проводника. Ведь как говорит инструкция: чем больше этот перепад, тем быстрее материал отдает тепло.

Исходя из этих всех параметров, влияющих на теплоотдачу, можно предположить, что для любого проводника и любого тока имеется, так называемая, установившаяся температура. То есть, температура, при которой существует равенство получаемой энергии от протекания тока и отводимого тепла.

Такую температуру называют установившимся режимом. И она должна быть в пределах рабочей температуры провода. Рабочая температура провода обычно ограничена типом используемой изоляции.

Например, для ПВХ-изоляции она не должна превышать 70⁰С, а разнообразные материалы с пропиткой лаком способны выдерживать температуры до 120⁰С и выше.

Выбор проводников

Как вы можете понять из всего выше написанного, проводники следует выбирать из условий нагрева. Дабы при определённом токе их температура не превышала максимально допустимую. Сделать это можно своими руками, благодаря таблицам в ПУЭ. Но и в этом вопросе сначала необходимо разобраться.

В ПУЭ приведены таблицы, по которым можно осуществить выбор проводников по нагреву, экономической плотности тока, способу прокладки и другим параметрам. Но для начала мы точно должны знать условия монтажа и работы провода. Давайте разберем, зачем это нужно.

Но прежде разберемся с током. Ни для кого не секрет, что в течение времени ток в проводнике будет меняться. И какой из них следует рассматривать в качестве результирующего для выбора сечения проводника, непонятно. На этот вопрос нам отвечает п. 1.3.2 ПУЭ, который гласит, что для выбора следует применять средний ток в течении получаса, наиболее нагруженного в течении суток.

Теперь давайте определимся с температурой. В разных местах монтажа она может достаточно сильно отличаться от рабочей температуры. Это следует учитывать. Поэтому в табл. 1.3.3 ПУЭ приведены поправочные коэффициенты для различной кабельно-проводниковой продукции, если температуры в которых будет работать кабель, отличается от рабочей.
Выбор проводников по нагреву, плотности тока, обязательно учитывает способ прокладки проводника. Это может быть одиночная прокладка по воздуху, а может быть монтаж в земле или в трубах. Согласитесь, теплоотведение у таких проводников будет существенно отличаться. И это обязательно стоит учитывать.
Так же следует учитывать количество жил проводника. То ли у нас охлаждается одна жила, то ли три, которые соприкасаются.

Обратите внимание! В табл. 1.3.12 ПУЭ имеется отдельный поправочный коэффициент при монтаже проводников пучками. Ведь если у нас рядом проложено сразу несколько проводников, то они вполне могут нагревать друг друга и заметно хуже остывать. И это так же должно учитываться.

В итоге мы сможем воспользоваться таблицами 1.3.4. – 1.3.11 ПУЭ, которые предписывают, проводники какого сечения использовать для различных токов, и при использовании проводников с различными типами изоляции.

Обратите внимание! Если вы выбираете проводник для жилого помещения, то сразу должны исключить провода и кабели, выполненные из алюминия. Ведь согласно новых норм ПУЭ от 2001 года, такой материал в электропроводках жилых зданий запрещен.

Но эти таблицы можно применять для не самых мощных линий. При расчётах межсистемных высоковольтных линий с напряжением в 330кВ и выше, опираться на эти таблицы нельзя. В этом случае используют таблицу 1.3.36 ПУЭ, которая позволяет выбрать сечение проводников, исходя из экономической плотности тока.

Из этого видео Вы узнаете о требованиях к проводникам.

Использование нагрева материалов при прохождении тока на практике

Но далеко не всегда нагрев проводников электрическим током является негативным фактором. Люди научились применять этот закон и себе на пользу. И примеров такого применения масса. Мы приведем лишь некоторые из них.

Самым первым и самым распространенным, является применение закона Джоуля-Ленца в электрических печах, нагревателях и фенах. Для этого, в качестве проводника, сознательно устанавливается материал с большим сопротивлением. При протекании через него тока выделяется большое количество тепла, которое потом соответствующим образом используется человеком.
Еще одним способом применения этого закона, являются теплые полы в вашем доме или греющие кабели, которые применяют в строительстве и канализационных системах. Для них так же сознательно применяется проводник с высоким сопротивлением.

Вывод

Мы очень надеемся, что теперь вы знаете, как можно объяснить нагревание проводника электрическим током, и понимаете сам процесс. Так же вы должны понимать, с чем связаны определенные ограничения при выборе сечения проводников, и не будет ли слишком велика цена игнорирования этих правил.

Ведь все из них основаны на реальных практических и научных обоснованиях, а электротехника очень жестоко наказывает тех, кто их игнорирует.

Читайте также: