Как работает утюг физика

Обновлено: 26.04.2024

Электрические утюги – это функциональные устройства, которые с легкостью разглаживают даже сложные ткани. Этот прибор имеет длительную историю. Изначально вещи гладили сковородками, на которых были раскаленные угли, или их просто придавливали при помощи плоских камней. Ухищрений было много, ведь многим людям хотелось ходить в чистой и выглаженной одежде. Лишь в 1882 году изобретатель Генри Сели изобрел и запатентовал утюг, который работал на электрической энергии. Само же изобретение было внедрено в жизнь лишь в 1903 году. Утюг с электрическим нагревом пришелся по нраву белошвейкам.

Весь перечень утюгов можно классифицировать по следующим видам:

Простой утюг.
Утюг, имеющий встроенный терморегулятор и распрыскиватель.
Паровое устройство.
Дорожный утюг.
Паровая станция.

К простым утюгам относятся упрощенные устройства, в которых отсутствуют дополнительные функции. Стоят недорого из-за отсутствия большинства функций, сегодня практически не производятся. Утюг с разбрызгивателем и терморегулятором подходит для глажки маленьких и не очень мятых вещей.

Паровые устройства являются наиболее популярными. Они имеют весь перечень дополнительных функций, позволяющих обеспечить комфортность глажки. Такие утюги легко справляются даже с довольно измятой одеждой. Также существуют утюги с парогенератором, подобные модели относятся к профессиональным.

Дорожные электрические утюги выделяются компактностью и удобством, они отлично подходят для дальних поездок.

Утюги можно квалифицировать и по мощности:

Утюги малой мощности (менее 1600 Вт).
Устройства средней мощности (в пределах 1600-1900 Вт).
Утюги большой мощности (1900-2400 Вт).
Утюги максимально мощные.

Устройство

Элементы нагревания, которые применяются в утюгах, могут быть трех типов:

Пластинчатые, на которые намотана фехралевая или нихромовая проволока.
Трубчатые.

Электрические утюги имеют подошву, которая во многом отвечает за качество глажки. В производстве применяются подошвы с сапфировым, керамическим или тефлоновым покрытием. Использование подобных материалов дает возможность снизить трение, возникающий между поверхностью одежды и подошвой. Дешевые электрические утюги имеют подошву из алюминия, основным минусом которой является некоторая податливость металла, часто приводящая к появлению царапин.

Терморегулятор обеспечивает получение необходимого температурного режима, что очень важно для глажки разных типов тканей. Регулировка нагрева осуществляется при помощи установки поворотного колесика утюга в требуемое положение, которое соответствует требуемым параметрам. При достижении максимального значения контакт размыкается, что ведет к прекращению подачи напряжения. Отключение регулятора выполняется при помощи электрической схемы, в которую встроена составная биметаллическая пластина. При достижении определенной температуры наблюдается ее деформация, ведущая к размыканию цепи.

Подача пара представляет систему, состоящую из двух кнопок, которые запускают подачу пара и брызг. Вода преобразуется в пар в камере, в которой находятся нагревательные элементы. При нажатии кнопки вода направляется в камеру, где осуществляется моментальный ее нагрев. Пар выводится наружу через перфорацию в подошве устройства.

Электрическая энергия поступает через аккумулятор или электрический провод. Провод имеет три жилы, одна из которых применяется в качестве заземления. Подобное устройство позволяет снизить риск поражения электричеством при коротком замыкании.

Принцип действия

Электрические утюги работают по следующему принципу:

При включении вилки в розетку по нагревательному элементу начинает идти электрический ток. В результате высокого сопротивления материала спирали начинает выделяться тепло.
На подошве находится биметаллическое устройство, которое обеспечивает контроль температуры.
При достижении требуемого уровня температуры происходит прекращение нагревания спирали.
В процессе глажки происходит остывание подошвы, в результате чего биметаллическое устройство вновь запускает нагревание утюга.
Для подачи пара имеется кнопка, которая производит управление помпой. После ее нажатия из бака, куда предварительно заливается вода, отводятся капли, которые стекают, соприкасаясь с горячими элементами. Вследствие этого образуется пар.
Чтобы вода не скапливалась и впоследствии не оставалась грязь и ржавчина, имеется система самоочистки. Если бы ее не было, то при следующей подаче пара одежда бы загрязнялась.

Применение

Электрические утюги используются для придания одежде и другим изделиям из ткани опрятного внешнего вида, для уничтожения микробов и вредных насекомых. При использовании этого устройства ткань выправляется, становится гладкой и внешне красивой. Кроме этого под воздействием высокой температуры происходит дезинфекция материала.

Глажение представляет процесс, обеспечивающий обработку плоских поверхностей белья. Утюжка обеспечивает восстановление свойств ткани, которая утрачена проведением стирки: устраняется блеск, удаляются пузыри и растянутость. Данные операции применяются и при шитье одежды. Способы глажки могут различаться из-за большого числа тканевых изделий: хлопок, лен, шелк, полиэстер, шерсть и так далее.

Утюг нагревается спиралью, как правильно регулировать температуру? Не подходят силовые элементы, трансформаторы, оснастка, которой напичкана бытовая техника. Экзотикой регулятор назвать нельзя. Биметаллическая пластина, сопутствующая кухне с момента выхода первых нагревательных приборов, облегчающих жизнь хозяйке. Устройство утюга мало отличается в электрическом плане от масляных обогревателей. Сказали бы, разница ограничивается конструкцией ТЭНа, в радиаторе двойной, у утюга одинарный. В масляном обогревателе элемент формы, близкой привычной, знакомой из рекламы стиральных машин каждому. У утюга схема напоминает электрочайник с плоским ТЭНом (с обратной стороны дна привальцована подковой спираль). Устройство утюга пересекается с прочей бытовой техникой, любопытно наблюдать знакомому с темой ремонта.

Виды электрических утюгов

В зависимости от функций гладильную технику разделяют на несколько видов.

Простая. Классические модели имеют скудную функциональность. В таких устройствах отсутствует система увлажнения ткани. Наличие терморегулятора позволяет изменять температуру нагрева подошвы, чтобы подобрать оптимальный режим для любых материалов – от деликатных до грубых.

Наличие дополнительных функций влияет на конструкцию прибора. Так, простые утюги, в которых не предусмотрена возможность отпаривания ткани, имею гладкую подошву без отверстий для выхода пара, у них также отсутствует резервуар для жидкости. Устройства с функцией автоматического сматывания шнура имеют специальный механизм и отсек, в который убирается провод.

Эксплуатация

Использование любой модели достаточно простое. Все, что требуется, это правильно выставлять режимы для глажки. В большинстве современных устройств датчик переключения расположен на верхней стороне. Есть модели, где регулятор находится прямо на ручке.

Вы должны просто включить утюг в розетку и подождать несколько минут. Как только подошва достигнет установленной температуры, прозвучит сигнал или лампа на корпусе погаснет. После этого можно приступать к глажке.

Не следует оставлять воду в парогенераторе или резервуаре после всех проведенных действий. Часто в ней содержатся микроэлементы, минералы и соли, которые могут повредить прибор или его комплектующие. Воду для утюга лучше предварительно фильтровать. Это поможет избежать засоров и поломок.

Конструкция прибора

Утюг устроен достаточно сложно. Внутри корпуса размещены несколько десятков элементов, основу которых составляют следующие узлы:

нагревательный элемент;
регулятор для поддержания температуры нагрева подошвы в заданных пределах;
сетевой шнур;
система подачи пара;
подошва.

На корпусе также находится индикатор. Когда лампочка горит, это свидетельствует о том, что рабочая поверхность еще не достигла нужной температуры.

Нагревательный элемент

Представляет собой нихромовую спираль, дополненную керамическими кольцами. К ней с помощью сетевого шнура поступает электрический ток, происходит нагревание спирали, а от ТЭН тепло передается подошве. В результате поверхность равномерно прогревается до заданной температуры.

Терморегулятор

Чтобы можно было подбирать подходящий режим для глажки различных типов ткани, в утюге имеется терморегулятор. Специальное колесико, расположенное на корпусе прибора, выставляют в определенное положение, чтобы отрегулировать термостат. Когда температура достигает нужного значения, происходит размыкание цепи, и подача напряжения прекращается.

Электрический провод

Шнур состоит из 3 жил, закрытых пластиковой изоляцией. Одна из жил используется для заземления – это позволяет снизить риск удара током.

Чтобы удлинить срок службы утюга, предотвратить перетирание полимерной оболочки в процессе глажки, провод дополнительно имеет тканевую оплетку. Возле основания прибора расположен пластиковый ограничитель, препятствующий излишним перегибам шнура.

Система подачи пара

Современные утюги оснащены системой подачи пара. Она состоит из резервуара для жидкости, размещенного в корпусе, специального заливного отверстия, сопла на носике, камеры, расположенной рядом с ТЭН, каналов, через которые пар подается к отверстиям в подошве.

Управление системой осуществляется с помощью 2 кнопок, расположенных на ручке устройства.

Первая отвечает за подачу струи горячего влажного воздуха через отверстия в подошве. Превращение воды в пар происходит в отдельной камере. После нажатия соответствующей кнопки небольшая порция жидкости подается в специальный резервуар, где за считанные секунды нагревается, полученный пар поступает к подошве.

Подошва

Материал, применяемый для изготовления подошвы, также влияет на удобство использования прибора и качество глажки. Алюминий нагревается в короткие сроки, но неустойчив к механическому воздействию. Подошва из нержавеющей стали легко чистится, хорошо скользит. Керамическое покрытие справляется с любыми типами тканей. При этом уход за ним не отличается особой сложностью – для удаления нагара или грязи достаточно мыльного раствора и губки.

Сетевой шнур

Выход из строя электрошнура — довольно распространенный вид поломки. При таком повреждении утюг может вообще не включаться или работать урывками, может плохо греться подошва. Шнур может загибаться, завиваться, в места изгиба повреждается изоляция, некоторые провода могут перетереться совсем или частично. Если есть подобные повреждения, шнур лучше заменить вне зависимости от того, в нем причина или нет. Во всяком случае все места с поврежденной изоляцией надо заизолировать.

Проверяем целостность шнура электропитания

Цвет изоляции проводников может быть любым, но желто-зеленый это обязательно заземление (его надо проверять установив щуп на небольшую металлическую пластинку в нижней части вилки). Остальные два соединены со штырями вилки. Вот один из этих двух проводов должен звониться со штырем, к которому вы прижали щуп мультиметра. Ту же операцию повторяем с другим штырем.

Электрическая схема и принцип работы

Стандартная электрическая схема прибора представлена на картинке и включает в себя:

нагревательный элемент;
систему регулирования температуры;
резистор;
лампу;
вилку.

В качестве нагревателя в обычных утюгах используют ТЭН. Он представляет собой спираль, помещенную в металлический или керамический корпус-трубку. При подаче напряжения металл раскаляется, и тепло подается к подошве.

Важно! Многие современные устройства имеют систему индикации, некоторые оснащены термопредохранителями, срабатывающими, когда температура нагрева превышает предельно допустимое значение.

Принцип работы утюга состоит в выделении тепловой энергии при прохождении электрического тока через нагревательный элемент. Тепло от ТЭН передается подошве. Для регулирования степени нагрева поверхности используют термостат. Колесико на корпусе прибора выставляют в определенное положение, после нагревания до заданной температуры подача тока прекращается. Когда поверхность остывает, ток снова поступает к ТЭН, на корпусе загорается индикатор.

Проверяем терморегулятор

Терморегулятор выглядит как пластина с группой контактов и торчащим пластиковым штырем, на который затем надевается диск.

Это терморегулятор на утюге

Во втором случае — если утюг не отключается — контакты, возможно, пригорели — сплавились. Ремонт утюга в этом случае состоит в попытке их разъединить. Но такой фокус удается редко. Выход — заменить его.

Терморегулятор с другого ракурса

Может быть другой момент: при падении контакты могли каким-то образом сцепиться. При нагреве подошвы утюга изгибающаяся термопластина давит на контактные группы, но контакты разомкнуться не могут. Результат тот же — утюг при нагреве не отключается. Ремонт утюга тоже аналогичен — пытаемся вернуть пластинам подвижность, стараясь не искривить их. Если не получается — меняем.

Особенности конструкции беспроводных утюгов

Беспроводное устройство состоит из самого утюга и базы – станции, на которую ставят прибор для подзарядки. Главное отличие таких моделей от всех других видов – отсутствие электрического шнура. Нагревание подошвы осуществляется через базу, которая накапливает электричество, а потом передает его нагревательному элементу. Прибор некоторое время работает (продолжительность зависит от мощности ТЭН, материала подошвы и других факторов), а после остывания подает сигнал о необходимости подзарядки. Сама станция подключается к электросети с помощью сетевого шнура.

Знание устройства утюга пригодится при выборе лучшей модели или в процессе ремонта прибора своими руками.

Подошва

Устройство утюга начинается с его основания. Подошва представляет собой толстую железную плиту треугольной формы, которая образует базу, на которой построен электрический прибор. Нижняя поверхность и края хромированы или покрыты керамическим раствором, чтобы предотвратить коррозию.

Опорная плита должна удерживать прижимную пластину и крышку на месте. Если разобрать верхнюю часть, можно увидеть две или иногда три шпильки. Они помогают удерживать положение крышки и прижимной пластины. Благодаря этому корпус становится прочнее, а все элементы внутри остаются защищенными от сильного давления. Подошва утюга из керамики также пользуется высоким спросом. Керамический элемент более надежный по мнению покупателей и многих экспертов.

Проверка работоспособности ТЭНа

Если утюг совсем не греется, возможно сгорел ТЭН. Если это так, то стоит купить новый утюг, так как замена обойдется почти в ту же сумму. Но прежде всего надо убедиться, что виноват именно ТЭН.

Это выходы нагревательного элемента утюга

Для того чтобы проверить ТЭН, добираемся до самой подошвы утюга. На ней, ближе к задней части, есть два выхода нагревательного элемента. Переводим мультиметр в положение измерения сопротивления (до 1000 Ом), проводим измерения. Если на дисплее цифры порядка 25о Ом, значит ТЭН в норме, если больше — сгорел. Как уже говорили, в случае перегорания ТЭНа ремонтировать утюг не стоит — выгоднее купить новый.

Определитесь с мощностью

По мощности утюги можно разделить на три группы.

До 1 500 Вт — дорожные утюги. Хорошо справляются с лёгкими футболками и платьями, с постельным бельём и полотенцами придётся повозиться. Вариант для путешествий и одиночек.
1 600–2 000 Вт — бытовые утюги. Таким приборам по плечу практически любые вещи, даже слегка пересушенные. Вариант для семей, где гладят несколько раз в неделю.
Более 2 000 Вт — профессиональные утюги. Такой мощностью могут похвастаться дорогие модели и паровые станции. Вариант для ателье и химчисток, а также семей, где очень много глажки.

Проверка предохранителя

Примерно в том же районе, где находится терморегулятор, установлен термопредохранитель. Он стоит на случай перегрева подошвы утюга — перегорает если утюг разогревается до опасных температур. Обычно на этот предохранитель надета защитная трубка и чаще всего она белого цвета.

Ремонт утюга: предохранитель и его прозвонка

Исключать термопредохранитель из схемы не стоит — он убережет от пожара в случае проблем с терморегулятором: просто перегорит и утюг не будет работать. И хоть утюг потребует ремонта, ваш дом будет в безопасности.