Het verwarmingsprincipe van elektrische dekens

Het verwarmingsprincipe van elektrische dekens

1. Thermisch effect van elektrische stroom

Wanneer elektrische stroom door metalen geleiders gaat, genereren de geleiders warmte als gevolg van elektrische weerstand, waardoor de temperatuur van de geleider stijgt. Dit fenomeen wordt het thermische effect van elektrische stroom genoemd. De elektrische deken is een verwarmingsapparaat dat elektrische verwarmingsdraden gebruikt om warmte op te wekken door middel van elektriciteit, wat een specifieke toepassing van het thermische effect is.

2. Weerstand van geleiders

Wanneer elektronen langs een geleider stromen, botsen ze voortdurend tegen atomen, waardoor een soort weerstand ontstaat. Deze weerstand wordt elektrische weerstand genoemd. In verschillende geleiders is de weerstand die de elektrische stroom ondervindt niet volledig hetzelfde. Zelfs voor hetzelfde materiaal heeft de weerstand tegen elektrische stroom ook betrekking op de temperatuur, lengte en dwarsdoorsnede van de geleider. Als het dwarsdoorsnedeoppervlak hetzelfde is, geldt: hoe langer de geleider, hoe groter de weerstand. Als de lengte hetzelfde is, geldt: hoe kleiner het dwars-oppervlak, hoe groter de weerstand. Dit is wat vaak wordt gezegd: elektrische weerstand is evenredig met de lengte van de stroom-voerende geleider en omgekeerd evenredig met zijn dwarsdoorsnede-. Het wordt meestal uitgedrukt met de volgende formule:

Waar
R - geleiderweerstand, eenheid: ohm;
L - geleiderlengte, eenheid: meter;
ρ - soortelijke weerstand (zie Tabel 1 voor soortelijke weerstand van veelgebruikte materialen);
S - dwarsdoorsnede van de geleider-doorsnede, eenheid: vierkante meter.

Tabel 1

De materialen die worden gebruikt voor de verwarmingsdraden van elektrische dekens zijn over het algemeen nikkel-chroomdraden of constantaandraden, en een klein aantal gebruikt ook draden van een manganinelegering.

3. Elektrisch verwarmingsvermogen

Elektrisch verwarmingsvermogen verwijst naar de hoeveelheid warmte die per tijdseenheid door de weerstand vrijkomt. Wanneer de hoeveelheid warmte die per tijdseenheid vrijkomt groot is, zeggen we dat het een hoog verwarmingsvermogen heeft. Wanneer het verwarmingsvermogen klein is, is de hoeveelheid vrijkomende warmte ook klein. De elektrische deken is eigenlijk een kleine-warmtegenerator met lage- lage temperatuur. Het vermogen ervan kan worden bepaald aan de hand van het oppervlak van de elektrische deken. Omdat de elektrische deken de interne weerstand van nikkel-chroomdraden gebruikt om warmte te genereren voor opwarming, kan de vermogensberekeningsmethode de methode van zuivere weerstandscircuits volgen. Meestal kan het vermogen van een dergelijk circuit worden berekend met de volgende formules:

Waar
P - vermogen van de elektrische deken, eenheid: watt;
U - voedingsspanning elektrische deken, eenheid: volt;
I - elektrische stroom die door de elektrische dekengeleider gaat, eenheid: ampère.

Als een elektrische deken bijvoorbeeld is aangesloten op een voeding van 220 volt en de stroom die er doorheen gaat is 0,45 A, dan is het vermogen 100 watt.

4. Energieconversie

Elektrische dekens zetten elektrische energie om in warmte-energie. De wet van Joule is de vaste proportionele relatie tussen elektrische energie en warmte-energie, en biedt een basis voor kwantitatieve analyse daartussen. De warmte Q die vrijkomt wanneer elektrische stroom door een geleider gaat, is evenredig met het kwadraat van de stroom I, de weerstand R van de geleider en de tijd t gedurende welke de stroom doorloopt. Dat is:

Waar
0.24 - coëfficiënt;
Q - afgegeven warmte, eenheid: calorie;
t - tijd, eenheid: seconde.

De betekenis van deze formule is dat wanneer stroom door een geleider met weerstand R gaat, deze binnen de tijd t I²Rt warmte kan produceren. Een elektrische deken van 100 watt kan bijvoorbeeld in één uur 86.400 calorieën aan warmte vrijgeven, berekend volgens deze formule.

Omdat de verwarmingsdraad gelijkmatig warmte genereert, hoeft deze alleen maar gelijkmatig in kleding of dekens van vergelijkbare grootte als het bed te worden geplaatst. De warmte die door de verwarmingsdraad wordt gegenereerd, verwarmt het oppervlakteweefsel, waardoor het oppervlak een bepaalde temperatuur krijgt voor menselijke verwarming. Dat wil zeggen, de verwarmingsdraad zet elektrische energie om in warmte-energie, vormt een oppervlaktetemperatuur door warmtegeleiding en er is een temperatuurverschil tussen de oppervlaktetemperatuur en de verwarmingsdraad. Omdat de hoofdrichting van de warmteoverdracht van onder naar boven loopt, is het redelijk om elektrische dekens te gebruiken als onderdekens of matrasbeschermers