Большая Энциклопедия Нефти и Газа. Тепловое действие электрического тока

§55

Проводники от диэлектриков отличает то, что в них могут направленно двигаться заряженные частицы.

В металлах такими частицами являются электроны, в проводящих жидкостях (электролитах) - ионы, в плазме - ионы и электроны.

При отсутствии электрического поля все частицы движутся хаотически. Средняя кинетическая энергия всех частиц одинакова.

При возникновении электрического поля внутри проводника заряженные частицы начинают двигаться вдоль силовых линий.

Сохраняя хаотическое тепловое движение. На рисунке указаны скорости теплового движения частиц.

Положительно заряженные частицы движутся в направлении напряженности поля, отрицательно - навстречу ему, возникает электрический ток. Частицы, перемещаясь, приобретают дополнительную энергию, которая за счет хаотических соударений передается и незаряженным частицам. В результате происходит увеличение кинетической энергии всех частиц, т.е. увеличивается температура и внутренняя энергия тела.

Следовательно,  электрический ток в веществе вызывает его нагрев. Это явление называется тепловым действием электрического тока.

Чем больший заряд проходит через проводник, тем сильнее проводник разогревается, и тем больше увеличивается его энергия.

Тепловое действие электрического тока используется в электронагревательных приборах.

1.     В быту используется много различных электронагревательных приборов. К ним относятся: электрический камин, который дает дополнительное тепло в том месте комнаты, где оно вам необходимо; электрические чайники, кофейники служат для нагревания воды; на электроплитках быстро готовится пища; мокрые волосы можно быстро высушить потоком сухого горячего воздуха, создаваемого электрическим феном; выстиранное белье хозяйки гладят электрическим утюгом. Это перечисление можно продолжить. Остановимся подробно на отдельных приборах.

В современных квартирах на кухнях устанавливаются электрические плиты. Они заменили плиты, работающие на твердом топливе, и газовые плиты, так как являются экологически более чистыми: нет продуктов сгорания твердого топлива /золы, шлака, дыма/, не происходит загрязнения окружающей среды. Электрические плиты имеют также технические преимущества: они снабжены системой автоматического регулирования температуры, которая позволяет при достижении нужной температуры автоматически отключать от электрической сети весь прибор или его часть /электронагревательный элемент духовки или конфорки/.  При остывании электронагревательного прибора он вновь автоматически включается в сеть.

Конструкция домашних электрических плит очень разнообразна.

На рисунке 186 показана одна из них. На  верхней поверхности плиты две плитки (конфорки). Нагревательный элемент плитки, изготовленный из нихромовой (нихром – это сплав двух металлов никеля и хрома) проволоки, запрессован в жароупорном керамическом основании, имеющим форму кольца. (Выбор нихрома определяется тем, что он обладает высокой температурой плавления и не окисляется при высоких температурах. Кроме того свойства нихрома таковы, что при небольшой силе тока в нем выделяется большое количество теплоты).

На передней стенке плиты  помещены специальные переключатели для регулирования степени нагрева плиток и духовки.

2. Тепловое действие тока используется не только в быту, но и в технике.

Примером может служить контактная электросварка. Этот вид электросварки основан на использовании теплоты, выделяющейся в месте соприкосновения (контакта) двух кусков металла, в месте их контакта при прохождении через  них электрического тока.

Свариваемые детали закрепляют между зажимами, приводят в соприкосновение и пропускают через них электрический ток.

В месте контакта  выделяется наибольшее количество теплоты, в результате чего металл сильно нагревается. Когда он благодаря нагреву ,становится пластичным, ток автоматически выключается, и машина сжимает размягченные части деталей настолько сильно, что они прочно соединяются.

Контактная электросварка выполняется автоматически машинами - автоматами.

3. В сельском хозяйстве   тепловое действие тока  также нашло применение, например, для сушки стогов намоченного дождем сена.

 

Струи нагретого воздуха от вентилятора и нагревателя поводятся по трубе снизу в самую середину стога и быстро просушивает его. На животноводческих фермах используются специальные аппараты, в которых электрические нагреватели поддерживают температуру, наилучшую для только что родившихся животных.

В инкубаторах из яиц выводятся сотни и тысячи цыплят. В этих "электрических наседках" с большой точностью поддерживается определенная температура /около 38°С/, наиболее благоприятная для развития зародышей в яйцах. А специальный механизм  переворачивает яйца, чтобы они равномерно прогревались со всех сторон.

 

 

Электрический ток в веществе вызывает его нагрев. Это явление называется тепловым действием электрического тока.

Чем больший заряд проходит через проводник, тем сильнее проводник разогревается, и тем больше увеличивается его энергия.

 

Упражнение §55.

 

Какая основная часть присутствует у всех электронагревательных приборов? Какое действие тока в них используется?

Почему электрическую лампу накаливания можно использовать как электронагревательный прибор? Как устроена лампа накаливания? Какая часть лампы накаливания является основной?

 

Какие электронагревательные приборы вы используете?

Почему для нагревательных элементов электроплит используется нихромовая проволока?

Нагревательный элемент электроплит может быть включен на несколько степеней нагревания. Как этого достигают?

 

nnpanaioty.narod.ru

Тепловое действие тока Википедия

Закон Джо́уля — Ле́нца — физический закон, дающий количественную оценку теплового действия электрического тока. Установлен в 1841 году Джеймсом Джоулем и независимо от него в 1842 году Эмилием Ленцем[1].

Определения

В словесной формулировке звучит следующим образом[2]:

Мощность тепла, выделяемого в единице объёма среды при протекании постоянного электрического тока, равна произведению плотности электрического тока на величину напряженности электрического поля.

Математически может быть выражен в следующей форме:

w=j→⋅E→=σE2,{\displaystyle w={\vec {j}}\cdot {\vec {E}}=\sigma E^{2},}

где w{\displaystyle w} — мощность выделения тепла в единице объёма, j→{\displaystyle {\vec {j}}} — плотность электрического тока, E→{\displaystyle {\vec {E}}} — напряжённость электрического поля, σ — проводимость среды, а точкой обозначено скалярное произведение.

Закон также может быть сформулирован в интегральной форме для случая протекания токов в тонких проводах[3]:

Количество теплоты, выделяемое в единицу времени в рассматриваемом участке цепи, пропорционально произведению квадрата силы тока на этом участке и сопротивления участка.

В интегральной форме этот закон имеет вид

dQ=I2Rdt,{\displaystyle dQ=I^{2}Rdt,} Q=∫t1t2I2Rdt,{\displaystyle Q=\int \limits _{t_{1}}^{t_{2}}I^{2}Rdt,}

где dQ{\displaystyle dQ} — количество теплоты, выделяемое за промежуток времени dt{\displaystyle dt}, I{\displaystyle I} — сила тока, R{\displaystyle R} — сопротивление, Q{\displaystyle Q} — полное количество теплоты, выделенное за промежуток времени от t1{\displaystyle t_{1}} до t2{\displaystyle t_{2}}. В случае постоянных силы тока и сопротивления:

Q=I2Rt.{\displaystyle Q=I^{2}Rt.}

Применяя закон Ома, можно получить следующие эквивалентные формулы:

Q=U2t/R =IUt.{\displaystyle Q=U^{2}t/R\ =IUt.}

Практическое значение

Снижение потерь энергии

При передаче электроэнергии тепловое действие тока в проводах является нежелательным, поскольку ведёт к потерям энергии. Подводящие провода и нагрузка соединены последовательно, значит ток в сети I{\displaystyle I} на проводах и нагрузке одинаков. Мощность нагрузки и сопротивление проводов не должны зависеть от выбора напряжения источника. Выделяемая на проводах и на нагрузке мощность определяется следующими формулами

Qw=Rw⋅I2,{\displaystyle Q_{w}=R_{w}\cdot I^{2},} Qc=Uc⋅I.{\displaystyle Q_{c}=U_{c}\cdot I.}

Откуда следует, что Qw=Rw⋅Qc2/Uc2{\displaystyle Q_{w}=R_{w}\cdot Q_{c}^{2}/U_{c}^{2}}. Так как в каждом конкретном случае мощность нагрузки и сопротивление проводов остаются неизменными и выражение Rw⋅Qc2{\displaystyle R_{w}\cdot Q_{c}^{2}} является константой, то тепло выделяемое на проводе обратно пропорционально квадрату напряжения на потребителе. Повышая напряжение мы снижаем тепловые потери в проводах. Это, однако, снижает электробезопасность линий электропередачи.

Выбор проводов для цепей

Тепло, выделяемое проводником с током, в той или иной степени выделяется в окружающую среду. В случае, если сила тока в выбранном проводнике превысит некоторое предельно допустимое значение, возможен столь сильный нагрев, что проводник может спровоцировать возгорание находящихся рядом с ним объектов или расплавиться сам. Как правило, при выборе проводов, предназначенных для сборки электрических цепей, достаточно следовать принятым нормативным документам, которые регламентируют выбор сечения проводников.

Электронагревательные приборы

Если сила тока одна и та же на всём протяжении электрической цепи, то в любом выбранном участке будет выделять тепла тем больше, чем выше сопротивление данного участка.

За счёт сознательного увеличения сопротивления участка цепи можно добиться локализованного выделения тепла в этом участке. По этому принципу работают электронагревательные приборы. В них используется нагревательный элемент — проводник с высоким сопротивлением. Повышение сопротивления достигается (совместно или по отдельности) выбором сплава с высоким удельным сопротивлением (например, нихром, константан), увеличением длины проводника и уменьшением его поперечного сечения. Подводящие провода имеют обычное низкое сопротивление и поэтому их нагрев, как правило, незаметен.

Плавкие предохранители

Для защиты электрических цепей от протекания чрезмерно больших токов используется отрезок проводника со специальными характеристиками. Это проводник относительно малого сечения и из такого сплава, что при допустимых токах нагрев проводника не перегревает его, а при чрезмерно больших перегрев проводника столь значителен, что проводник расплавляется и размыкает цепь.

См. также

Примечания

wikiredia.ru

Электрический ток, тепловое действие - Справочник химика 21

    Действие электрического тока на организм человека зависит от внешних условий (среды), состояния и особенностей организма. Наибольшую опасность представляет общее поражение электрическим током, так называемый электрический удар. В этом случае поражаются центральная нервная система и сердце человек теряет сознание, у него частично или полностью прекращается дыхание, нарушается сердечная деятельность. Местные поражения электрическим током вызывают ожоги, являющиеся результатом теплового действия электрической дуги. [c.29]     Электротравма — внешние местные поражения ожоги, металлизация кожи, электрический знак. Ожоги вызываются тепловым действием электрического тока или электрической дуги. Ожоги могут быть поверхностные или глубокие, сопровождающиеся поражением не только кожи, но и подкожной ткани, жира, глубоко лежащих мышц, нервов и костей. [c.19]

    Остановимся на тепловом действии электрического тока. Количество электричества, переносимое от одного конца проводника к другому за время г, равное и, производит работу, пропорциональную разности потенциалов [c.185]

    НЫХ элементов (штифт Нернста) или карборунда, накаленный добела (или докрасна) электрическим током. Пучок света направляется и фокусируется в точке размещения образца зеркалами. Схема (рис. 32.3) ИК-спектрометра во многом сходна со схемой спектрофотометра видимой и ультрафиолетовой области. Здесь также с помощью системы зеркал (М1 и Мг) световой поток разделяется на два строго одинаковых луча, один из них пропускается через кювету с исследуемым веществом, другой — через кювету сравнения. Прошедшее через кюветы излучение поступает в монохроматор, состоящий из вращающейся призмы, зеркала и щели и позволяющий выделять излучение со строго определенной частотой, а также плавно изменять эту частоту. Оба луча встречаются на зеркальном секторе М3. При вращении зеркала в монохроматор попеременно попадают либо отраженный опорный луч, либо прошедший через прорезь луч от образца. Кюветы и окна для защиты детектора, как и призма монохроматора, выполняются из отполированных кристаллов минеральных солей (табл. 32.1), пропускающих инфракрасный свет. В современных приборах призма заменяется дифракционной решеткой, позволяющей значительно увеличить разрешающую способность спектрометров. Для фиксации количества поглощаемой веществом энергии используют два типа детекторов, действие которых основано на чувствительности к тепловому действию света или на явлении фотопроводимости. [c.760]

    Если электрическое поле действует на заряженную частицу, находящуюся в газе, то ее движение по направлению поля, накладывающееся на ее тепловое движение, проис- [c.26]

    Исходными для работ первой группы стали приведенная во введении теорема Максвелла о принципе наименьшего теплового действия для пассивной электрической цепи, а также и другие (в основном чисто формальные) представления о том, какой экстремальной задаче на условный экстремум должно отвечать искомое установившееся потокораспределение. [c.42]

    Здесь "4 - тензор деформации, обусловленной протеканием электрического тока. Эта деформация будет обусловлена, в основном, тепловым действием тока, т.е. [c.98]

    Термопары применяются не только для непосредственного измерения температуры, но и для опосредованного измерения электрических величин по тепловому действию тока. Такое измерительное устройство принято называть термоэлектрическим преобразователем. Он состоит из двух основных частей - электрического нагревателя и термопары (или батареи термопар) [1]. Схема преобразователя для измерения электрических величин представлена на рис. 2. Связь между током /, подводимым к нагревателю, и термоЭДС Е, возникающей в термопаре, согласно закону Джоуля-Ленца может быть представлена в виде [c.129]

    Термическое (тепловое) действие токов короткого замыкания обусловлено тем, что при прохождении по проводнику электрического тока выделяется тепло, количество которого пропорционально силе тока и времени его прохождения  [c.245]

    Поскольку работа преобразователя основана на тепловом действии электрического тока, он позволяет измерять действующие значения величин и может быть использован как для переменного тока, так и для постоянного, причем направление постоянного тока не имеет значения. [c.130]

    Электротермическими производствами называются такие производства, в которых используется тепловое действие электрического тока или электрический нагрев, осуществляемый в электрических печах различных типов. [c.341]

    Приемники. В средней инфракрасной области используются приемники, основанные на тепловом действии излучения термоэлектрической разности потенциалов, изменении электрического [c.260]

    Широкое промышленное использование теплового действия тока, в том числе и электрической дуги, стало возможным в результате дальнейшего развития электротехники, после того как был сформулирован ряд основных законов об электрических и магнитных явлениях, созданы генераторы переменного тока и трансформаторы, осуществлена передача энергии на расстояние. [c.10]

    Ожоги являются результатом теплового действия тока, электрической дуги или искры, а также воздействия расплавленного или раскаленного металла. Электрические знаки возникают при контакте участка тела человека с токоведущими частями и представляют собой огрубления желтоватого цвета с белой каймой и припухлостью кожи. [c.186]

    Электрический знак возникает при местном тепловом действии тока на кожу, в результате чего образуются уплотненные очаги поражения. [c.207]

    Принцип действия электропечей сопротивления. Принцип действия электропечей сопротивления схематически представляется следующим образом. Путем пропускания электрического тока через специальное омическое сопротивление (проводник первого рода), представляющее собой металлическую проволоку или ленту, электроэнергия трансформируется в тепловую, в результате чего происходит повышение температуры проводника. Этот проводник мы в дальнейшем будем называть нагревателем. Создавшаяся разность температур между проводником и нагреваемым телом приводит к тепловому потоку от тела более нагретого к менее нагретому, т. е. от проводника (нагревателя) к нагреваемой среде. Прохождение тепла от нагревателя к нагреваемому телу осуществляется согласно законам теплопередачи, а трансформация электроэнергии в нагревателе следует законам электротехники, и поэтому в расчетах электропечей сопротивления основными вопросами являются 1) тепловое действие тока и 2) теплопередача. [c.165]

    Тепловое действие электрического тока приводит к ожогам кожного покрова, а также гибели подлежащих тканей, вплоть до обугливания. [c.20]

    Электрический ток действует разнообразно. Укажем на три основных его действия или свойства электромагнитное, тепловое и электрохимическое. [c.11]

    I. ОСНОВНЫЕ понятия УЧЕНИЯ ОБ ЭЛЕКТРИЧЕСТВЕ, ТЕПЛОВОЕ ДЕЙСТВИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА. ПРИМЕНЕНИЯ ЭЛЕКТРОННОЙ ТЕОРИИ. [c.7]

    Первоосновы электротермии были заложены выдающимися русскими учеными, членами Петербургской Академии Наук, профессором Медико-хирургической академии в Петербурге В. В. Петровым и профессором Петербургского университета Э. X. Лещом. Первый открыл и впервые в мире (в 1802 г.) изучил электрическую дугу как источник тепла для проведения высокотемпературных реакций второй также впервые (в 1844 г.) всесторонне исследовал и доказал справедливость основного закона теплового действия тока, выведенного в 1841 г. чисто эмпирически Джоулем и именуемого, поэтому, законом Ленца-Джоуля. [c.9]

    Электрические газоиндикаторы. Действие этих приборов основано на определении теплового эффекта сгорания горючих газов и паров на каталитически активной платиновой [c.197]

    Суш,ествует несколько типов пробоя, вызванного электрическим разрядом искровой разряд на поверхности и пробой объема вследствие ионизации быстрое разрушение поверхности, вызываемое искровым разрядом на ней или образованием дуги медленное разрушение по поверхности или в объеме вследствие химического или теплового действия коронного разряда углубляющееся разрушение, обусловленное загрязнениями на поверхности (ток утечки оставляет след на поверхности изолятора). [c.50]

    К м а ш и н н о - р у ч н ы м механизированным процессам относят такие, в которых мускульная энергия человека воздействует на предмет труда через орудия труда (инструменты, приспособления), а рабочий орган приводится в действие от внешних источников энергии (электрической, тепловой и т. п.), например, сверление отверстий электродрелью, клепка и обрубка пневматическим инструментом и т. п. [c.147]

    С ведома и после предупреждения цеховой администрации отключать от действующих сетей (электрических, тепловых и др.) установки, находящиеся в состоянии, угрожающем аварией, пожаром или жизни обслуживающего персонала, а также в случаях грубого нарушения Правил технической эксплуатации и безопасности обслуживания электроустановок промпредприятий . Главный энергетик обязан при этом предварительно установить возможные последствия такого действия. [c.100]

    Для защиты электроустановок от короткого замыкания применяют плавкие предохранители. Основным элементом предохранителя является цинковая или медная плавкая вставка. Принцип действия предохранителей с плавкой вставкой основан на тепловом действии электрического тока, протекающего по проводнику. Плавкая вставка имеет малое сечение. Поэтому при резком увеличении силы тока в цепи она нагревается значительнее по сравнению с другими участками цепи. При определенном значении силы тока вставка расплавляется. Для защиты электрооборудования используют различные типы разборных и неразборных предохранителей, в том числе пробочных и трубчатых конструкций. [c.188]

    Местные поражения, называемые электрическими травмами, могут быть вызваны механическими повреждениями, полученными в результате непосредственного действия тока и последующего падения (вследствие потери равновесия или сознания) или удара электрическими ожогами трех степеней в результате теплового действия тока, электрической дуги или искры, а также воздействия расплавленного или раскаленного металла. [c.168]

    A. Фуркруа наблюдал тепловое действие электрического тока. [c.542]

    Следует рассмотреть три вклада в поляризацию ориентационную поляризацию, электронную поляризацию и колебательную поляризацию. Ориентационная поляризация обусловлена частичным выравниванием постоянных диполей. Степень, до которой диполи могут быть ориентированы наложенным полем, была рассчитана Дебаем [5] при помощи закона распределения Больцмана. Электрическое поле, действующее на молекулу, обозначается через Е, и называется внутренним полем. Энергия диполя в поле Ei равна—/i-Е ( и—вектор постоянного дипольного момента молекулы), а точка означает скалярное произведение — ii-Ei=—ti i os0, где 0 — угол между двумя векторами. Если энергия диполя в этом поле мала по сравнению с кТ, то можно показать, что в газовой фазе вклад ориентационной поляризуемости на одну молекулу, отнесенный к среднему моменту в направлении поля, дается выражением L Eil3kT, где Е — напряженность внутреннего поля. Когда температура возрастает, тепловое движение становится более интенсивным и в направлении поля ориентируется меньше постоянных диполей. [c.450]

    Хотя живые организмы способны преобразовывать энергию, они кардинальным образом отличаются от обьиных машин, созданных человеком. Системы преобразования энергии в живых клетках целиком построены из сравнительно хрупких и неустойчивых органических молекул, не способных вьщерживать высокие температуры, сильный электрический ток, действие сильных кислот и оснований. Все части живой клетки имеют примерно одну и ту же температуру, нет в клетках и сколько-нибудь значительных перепадов давления. Отсюда можно заключить, что клетки не могут использовать тепло как источник энергии, поскольку тепло может совершать работу лишь тогда, когда оно переходит от более нагретого тела к более холодному. Клетки совсем не похожи на тепловые и электрические двигатели-наиболее знакомые нам типы двигателей. [c.16]

    Различные оценки эффективности использования топлива и энергии в мировой практике ведутся давно. Приведем оценки полезного использования энергии, расходуемой во всем мире. Электроэнергетика, по разным оценкам, исполь ет ошло 30-35 % энергии, содержащейся в ископаемом топливе, теряется почти 70 % этой энергии. Около 55 % энергии, используемой в черной металлургии, расходуется эффективно. На транспорте дело обстоит совсем неблагоприятно только 25 % поступающей этому потребителю энергии расходуется по назначению, а 75 % теряется. В тех отраслях, в которых энергия используется не в первичной форме, а как преобразованная энергия (электрическая, тепловая и др.), для приведения в действие машинного оборудования достигаются лучшие показатели, и, по оценкам, коэффициент использования энергии в них составляет обычно 70-75 %. В результате в целом менее 50 % всей энергии, расходуемой в мире, используется эффективно, а остальную часть составляют потери энергии при превращениях, на тепловое излучение, с охлаждающей водой и тд. [c.222]

    Электрические регуляторы основаны па замыкании или прерывании тока между платиновой проволокой и ртутным мени-СК01М. Ими нельзя непосредственно регулировать тепловое действие электрического тока, так как контакт устанавливается при повышении температуры и нарушается с понижение ее. Поэтому применяют дополнительные электромагнитные приспособления или так называемые обратные переключатели. [c.46]

    При производстве магния электролизом электрическая и химическая энергии гаревращаются в тепловую, или наоборот. Поэтому пди составлении теплового баланса учитывают не только физическое тепло, вносимое или удаляемое с материалами, но и тепло химических реакций, электрохимического и теплового действия электрического тока. Следует иметь в вйду, что при любых процессах, протекающее при более высоких температурах, чем температура окружающей среды, происходят безвозвратные потери тепла, пошедшего на нагревание окружающей среды. Уменьшение таких бесполезных затрат тепла достигаехся уменьшением внешних поверхностей аппаратов на единицу выпускаемой продукции и снижением температуры этих поверхностей за счет лучшей теплоизоляции аппаратов. [c.40]

    Таким образом молекула в большинстве случаев представляе собой готовый жесткий диполь, момент которого растет если эта молекула помещается в электрическое поле. Действи последнего двоякое во-первых, оно увеличивает поляризации молекулы, раздвигая еще дальше заряды (индуцированиы диполь), во-вторых, оно стремится ориентировать их в напра влении поля, чему противодействуют беспорядочные тепловые движения молекул. [c.300]

    Молекулы большинства органических веществ обладают ностоян- 1ым электрическим моментом (полярные молекулы). Так как векторы моментов отдельных молекул в нормальных условиях вследствие теплового движения равномерно распределены по всем направлениям, внешнее действие суммарного момента не проявляется, постоянный же электрический момент проявляется всегда в тех случаях, когда центры тяжести положительных и отрицательных зарядов молекулы пространственно не совпадают, Произведение заряда на расстояние между центрами тяжести зарядов называется дипольным моментом .I. Его величина не зависит от внешнего поля, и он не исчезает при снятии внешнего поля (в противоположность наведенному моменту). Молекула с постоянным моментом подвергается в электрическом поле действию момента вращения величиной т. [c.628]

    Уже в 1800 г. было открыто тепловое действие тока, В 1803 г. вышла книга Петрова о вольтовой дуге. В 1820 г. Эрстед открыл действие электрического тока на магнитную стрелку, связав разделы науки об электричестве и магнетизме, которые до этого развивались отдельно. И в течение года (вот еще доказательство, что практические использования не запаздывали ) следуют замечательные разработки этого открытия Ампер выдвигает идею электромагнитного телеграфа, Барлоу и Фарадей изготовляют первые примитивные модели электромоторов, а Швейгер изобретает гальванометр — прибор для измерения постоянного тока. Наконец-то появился объективный способ измерить малые токи, которые до этого регистрировались только с помощью лягушачьей лапки. [c.30]

    Осн. работы посвящены систематике и классификации хим. соед. Совм. с А. Л. Лавуазье, К. Л. Бертолле и Л. Б. Гитоном де Морво разработал (1786—1787) новую хим. номенклатуру. Содействовал распространению антифлогис-тонной теории в химии. Выяснил (1799) совм. с Л. Н. Вокленом хим. природу мочевины. Первым наблюдал (1800) тепловое действие электрического тока, включив в гальваническую цепь плохо проводящую проволоку. Популяризатор науки. Написал работы Химическая философия (1792 русские переводы 1799 и 1812) и Система химических знаний (т. I—II, 1801 — 1802). [c.468]

chem21.info

ТЕПЛОВОЕ ДЕЙСТВИЕ ТОКА

Количество просмотров публикации ТЕПЛОВОЕ ДЕЙСТВИЕ ТОКА - 1120

Основные понятия.Поступательные движения свободных электронов в проводнике, создающее электрический ток, вызывает столкновение электронов с атомами или молекулами внутри проводника. При таких столкновениях электроны сообщают атомам или молекулам дополнительную энергию и усиливают их беспорядочное тепловое движение (колебания). Последнее проявляется в виде выделœения тепла проводником.

Нагревание проводника током является естественным следствием того, что проводник представляет собой неĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ сопротивление току. Роль электрического сопротивления подобна роли трения в механической системе.

(Уравнение нагревания проводника током; Расчет проводов на нагревание, изучается самостоятельно, литература: А.С. Касаткин ʼʼОсновы электротехникиʼʼ).

КОРОТКИЕ ЗАМЫКАНИЯ И ТЕПЛОВАЯ ЗАЩИТА

Провода электрических линий и электротехнические устройства должны быть защищены от перегрева при коротких замыканиях и длительных перегрузках.

Коротким замыканием принято называть всякое ненормальное соединœение через малое сопротивление между проводами или другими токоведущими частями цепи. Причиной короткого замыкания должна быть случайное соединœение голых токоведущих частей между собой (к примеру, соединœение двух проводов воздушной линии) или повреждение изоляции вследствие старения, износа, пробоя и т.д. При коротком замыкании резко увеличивается сила тока, а так как выделœение тепла в проводах пропорционально квадрату силы тока ( ), то тепловое воздействие тока короткого замыкания может вызвать разрушение изоляции и пожар; вместе с тем при коротких замыканиях часто возникают опасные электродинамические силы взаимодействия между проводами. Вместе с тем, короткое замыкание вызывает сильное увеличение потери напряжения в сети, следствием чего являются уменьшение силы света ламп, понижение скорости и даже остановка электродвигателœей и т.д.

Короткое замыкание тем опаснее, чем оно ближе к источнику электроэнергии. При коротком замыкании на зажимах последнего силу тока ограничивает только внутреннее сопротивление rвн этого источника: Iк = Е: rвн. В электроэнергетических системах сила тока токов коротких замыканий достигает сотен тысяч ампер и отключение таких токов связано с немалыми трудностями. Но в осветительных сетях жилых зданий сила тока короткого замыкания – величина порядка 30 – 100 А. тем не менее быстрое отключение этих токов очень важно с точки зрения их пожарной опасности.

Простейшим способом отключения токов короткого замыкания является использование их теплового действия в приборе защиты. Таким прибором является плавкий предохранитель. В нем основным отключающим элементом служит плавкая вставка – сменяемая часть предохранителя, плавящаяся при увеличении силы тока в защищаемой цепи свыше определœенного значения. По существу это короткий участок защищаемой цепи, относительно легко разрушаемый тепловым действием тока. Чтобы получить такую пониженную термическую устойчивость, нужно увеличить сопротивление вставки, для чего она изготавливается из материала с относительно высоким удельным сопротивлением (к примеру, сплава олова и свинца) или из хорошо проводящего металла (к примеру, серебра, меди), но с относительно малым сечением.

Плавление вставки не должно сопровождаться возникновением дуги в предохранителœе вдоль размыкаемого участка, следовательно, плавкая вставка должна иметь длину, соответствующую выключаемому напряжению; по этой причинœе на предохранителях, кроме номинального тока, указывается также и напряжение.

Номинальной силой тока плавкого предохранителя считается та наибольшая сила тока, которую предохранитель может выдерживать неопределœенно долгое время, не разрушаясь. Она указывается на вставке предохранителя. Но сила тока плавления вставки предохранителя зависит от ряда причин и в первую очередь от длительности нагрузки током и условий охлаждения предохранителя.

Ориентировочно для определœения времени отключения можно пользоваться представленной на рисунке ХХ5 зависимостью времени плавления вставки от так называемой кратности тока, ᴛ.ᴇ. от отношения силы тока плавления вставки к номинальной силе тока вставки.

Следует различать защиту провода от коротких замыканий и защиту от длительных перегрузок. Номинальные токи плавких вставок предохранителœей, служащих для защиты отдельных участков сети, во всœех случаях следует выбирать по возможности наименьшими по расчетным токам соответствующих участков сети. Но при этом вставка не должна плавиться при кратковременных перегрузках – пусковых токах электродвигателœей и т.п. В ряде случаев два этих требования несовместимы. В частности, в случае если линия питает двигатели, то за основу для выбора предохранителя нужно брать среднее значение пусковой силы тока, ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ ориентировочно в 5 – 7 раз больше номинального процесса обычно составляет около 5 – 10 сек; в течение этого времени согласно рисунка ХХ5 предохранитель должен выдержать силу тока, превышающую его номинальную приблизительно в 2,5 раза. Следовательно, номинальная сила тока плавкого предохранителя должна быть равна (или быть больше) 40% от средней пусковой силы тока двигателя, ᴛ.ᴇ.

Но когда выбранные таким образом номинальные значения силы тока плавких вставок значительно превышают допустимые длительные нагрузки защищаемых проводников, тогда предохранители защищают провода от коротких замыканий, но не от длительных перегрузок.

В ряде случаев, когда перегрев проводов не обусловливает пожарную опасность, к примеру, в случае голых проводов, согласно ПУЭ, можно ограничиться только защитой от токов короткого замыкания, но при этом номинальная сила тока плавких вставок предохранителœей должна быть не больше чем 300% от длительно допустимой

referatwork.ru

10.3. Техническое применение теплового действия тока

10.3. Техническое применение теплового действия тока

Примеры использования электрического тока для освещения, рассмотренные выше, также представляют собой тепловое действие тока, получившее самое широкое распространение. Остальные виды применения этого теплового действия значительно уступали первому не потому, что их было труднее осуществлять в техническом отношении или пользоваться ими, а по очень простой, но важной причине: добываемое электрическим путем тепло обходилось слишком дорого.

Теплота, добываемая электрическим путем, обходится намного дороже теплоты, получаемой непосредственным сжиганием угля. Однако в первом случае, пользуясь полученной теплотой для разных целей, можно ее эксплуатировать со значительно большей пользой, чем во втором случае. Расчеты показывали, что в некоторых условиях потери тепла при непосредственном нагревании углем так велики, что это нагревание может обойтись дороже нагревания током. Впрочем, справедливость подобных заключений окончательно могла быть выяснена лишь опытным путем. Опыты же в этом направлении предпринимались с самого момента создания мощных источников электрического тока. Из того, что уже было сделано к началу ХХ века, вытекает, что электричество не может конкурировать с огнем в тех случаях, когда речь идет о получении невысокой температуры, как, например, при отоплении. Но при необходимости получения очень высоких температур потери тепла при нагревании огнем настолько значительны, что вопрос о том, не будет ли электрическое нагревание обходиться дешевле, является вопросом уместным и очень серьезным.

Исследования показывали, что для того, чтобы, например, накалить железный стержень в кузнечном горне, приходилось использовать почти в сто раз большее количество тепла, чем то, которое действительно необходимо для самого накаливания. При этом 99% тепловой энергии, не сообщающихся стержню, теряются в дымовых газах через лучеиспускание и отдачу теплоты стенками печи. При электрическом накаливании, наоборот, 80% доставляемой динамо-машиной электрической энергии передаются стержню в виде теплоты. Однако при электрическом накаливании необходимо устройство обширной и дорогой станции для добывания тока, тогда как при накаливании пламенем ограничивались устройством относительно дешевой печи.

Оставляя в стороне экономическую точку зрения, во многих случаях приходится принимать во внимание лишь надежность, применимость и степень накаливания.

Электрическое отопление. Нагревание током достигается очень просто, так как ток нагревает каждый проводник, по которому он проходит. Количество тепла, выделяемого в проводнике, зависит от его сопротивления и силы проходящего через него тока, а потому имеется возможность получить не только какую угодно температуру, но и какое угодно сосредоточение теплового действия. Для этого необходимо только подбирать соответственно сопротивление проводника и его поперечное сечение. Таким образом, как теоретически утверждали исследователи, в очень малом пространстве можно получить любое количество теплоты. Ниже будет показано, что это достижимо и на практике.

Сегодня электрическое отопление широко применяется в развитых странах, производящих большое количество так называемой первичной электроэнергии на ГЭС и АЭС. Например, в Норвегии электричеством отапливается 60% жилого фонда, в США – 30%, а в штате Флорида – 92% жилья. Выработка первичной электроэнергии не сопровождается загрязнением атмосферы вредными продуктами сгорания топлива и является существенно более дешевой (в 2–4 раза), чем электроэнергия, получаемая из угля или природного газа.

Рис. 10.8. Электрический нагреватель для комнат и вагонов

Рис. 10.9. Внутреннее устройство электрического нагревателя

Если речь идет об отоплении, то нет надобности сильно повышать температуру нагревателя, так как понятие «отопление» в нашем разговорном языке обозначает нагревание до сравнительно невысокой температуры – все равно, необходима ли она для защиты от холода или для кулинарии. Поэтому под электрическим отоплением будут подразумеваться все те процессы нагревания, при которых температура не превышает 200°С.

У нагревателя должно быть определенное сопротивление и, кроме того, он должен быть по возможности небольших размеров. Для получения требуемого нагрева следует только расположить в необходимом месте проводник соответствующего сопротивления. При этом нагревателю придавали различные формы.

Отопление с помощью тока в начале ХХ века оказалось очень дорогим, а в России при сильных зимних холодах оно было совершенно немыслимым. Несмотря на это, много раз пытались придать ему практическое применение. Первые попытки, а также и первые приборы для этого появились в Европе.

В Америке предлагали отапливать с помощью тока вагоны электрических железных дорог. Подобные предложения делались во Франции и в других странах для отопления пассажирских вагонов.

На рис. 10.8 показан общий вид электрического нагревателя для пассажирских вагонов. Внутри него был расположен ряд проволочных спиралей, по которым ток проходил последовательно и нагревал их. На рис. 10.9 показана внутренняя конструкция такого простого нагревателя. На крепком асбестовом шнуре навивалась проволочная спираль, по которой проходил ток. В качестве материала для проволоки использовали металлический сплав большого удельного сопротивления, например «круппин», производившийся на литейных заводах Круппа.

Если бы требовалось устроить электрический нагреватель для отопления большой комнаты, то пришлось бы взять проволоку толще и длиннее и расположить ее в закрытом железном футляре.

Электрические нагреватели воздуха в техническом отношении не представляли такого интереса, как устройства, служащие для нагревания, например, воды. Такой электрический кипятильник состоял из платиновой проволоки, плотно навитой вокруг широкой и короткой стеклянной трубки. В этом виде он опускался в нагреваемую воду и с помощью тока доводил ее до кипения. Преимуществом устройства было то, что вода воспринимала всю выделяющуюся теплоту. Но эта конструкция не отвечала гигиеническим требованиям чистоты. Поэтому в некоторых электрических кипятильниках нагревающаяся проволока располагается сбоку или снизу резервуара для воды. Пример такого электрического чайника показан на рис. 10.10. Если бы не дороговизна пользования, то это был бы прекрасный безопасный и бесшумный кипятильник. Там, где дешевый ток производился с помощью водяной силы, эти приборы получили распространение.

Рис. 10.10. Электрический чайник

Рис. 10.12. Электрический инкубатор Шторбека

В Америке серьезно занялись вопросом применения электрических печей для кухни. Полагали, что электрическая печь, подобно газовой печи, экономична в том отношении, что ее приводят в действие исключительно на время, в течение которого она нужна. Такая печь безопасна, изящна, и в ней меньше тепла, чем в обычной печи, тратится бесполезно. На рис. 10.11 показана одна из первых электрических кухонных печей начала ХХ века.

На рис. 10.12 приведен пример еще одного оригинального применения электричества для нагревания – электрический инкубатор. Здесь требовалось сравнительно незначительное количество тепла и электрическое нагревание оказалось особенно удобным благодаря легкой и надежной регулировке. Введя в цепь термометр, можно легко замыкать ток при понижении температуры в нагреваемом помещении и затем прерывать его снова при повышении температуры.

Первым применил для этой цели электричество еще в 1883 г. немецкий инженер Шторбек. Его электрический инкубатор (см. рис. 10.12) состоял из большой плоской корзины, которая выкладывалась сеном и превращалась в гнездо. На эту корзину накладывалась электрическая насадка, т.е. крышка корзины, которая также набивалась сеном и имела по внутренней стороне спиралеобразно свитую нагревающую проволоку. Сквозь крышку внутрь корзины проходил термометр, и в соответствии с его показаниями регулировали силу тока. Изобретатель остановился на этом устройстве, чтобы получить возможно близкое подражание природе.

Во всех рассмотренных аппаратах телом, непосредственно нагреваемым током, являлась металлическая проволока. Обычно это была платиновая проволока, обмотанная поверх асбестовой прослойки. Иногда проволоку (даже платиновую) заключали в огнеупорную глину и в таком виде прикрепляли к сосуду. Более современный способ заключался в нанесении на нагреваемую проволоку эмали. При этом железную пластинку покрывали основным слоем эмали с возможно более высокой точкой плавления. На этом слое располагали зигзагообразно проволоку, которую закрепляли тонким слоем легкоплавкой эмали. Так как было трудно покрыть проволоку эмалью настолько равномерно, чтобы она нигде не соприкасалась с воздухом, то поверх всего накладывали еще и третий слой эмали. В связи с тем, что тепловое расширение проволоки иное, чем у слоя эмали, последняя со временем растрескивается, и между проволокой и пластинкой могут возникать короткие замыкания.

Рис. 10.11. Электрическая кухонная печь начала ХХ века

Совсем иную систему для электрического нагревания создали Фуа и Геффнер во Франкфурте-на-Майне. Вместо нагревающих проволок они стали применять совсем тонкие, подобные употребляемым при фарфоровой и декоративной живописи слои благородных металлов. При ничтожном поперечном сечении, составляющем 0,001 мм2, эти слои могли пропускать сравнительно большой силы ток. Представляя из себя широкую, тонкую ленту, они прилегали настолько плотно к подложке, что вся подводимая током энергия превращалась в теплоту и передавалась массе сосуда.

Золотые или платиновые слои помещались внутри сосуда в прямом соприкосновении с нагреваемой жидкостью. Таким образом, они непосредственно нагревали его содержимое, тогда как стенки сосуда получали сравнительно немного теплоты.

Электрическая сварка и пайка. Одно из самых интересных применений теплового действия тока представляют собой электрическая сварка и пайка металлов. Эти процессы вызывали всеобщий интерес со времени изобретения технологии получения больших токов и в начале ХХ века с технической стороны были доведены до известного совершенства. Данная технология позволяет соединять куски металла без всякого припоя, что ранее было возможно только для немногих из металлов. Указанное обусловлено тем, что при помощи тока металлы в местах сваривания нагреваются настолько, что они достигают размягчения, при котором делается возможным их соединение под давлением. При нагревании на огне столь высокое местное нагревание неосуществимо, так как подобное нагревание сопровождалось бы плавлением всего куска или значительной его части.

Николай Николаевич Бенардос (1842–1905) – всемирно известный изобретатель, создатель электрической дуговой сварки – родился в 1842 году на юге Украины. Учился в Киевском университете и Петровской земледельческой и лесной академии в Москве (будущей Тимирязевке). Начиная с 1865 года Бенардос запатентовал свыше двух сотен изобретений и проектов (в области железнодорожного и водного транспорта, в энергетике, аккумуляторостроении, сельском хозяйстве, бытовой технике, военном деле). В 1882 году он предложил изобретенный им «способ соединения и разъединения металлов непосредственным действием электрического тока». Бенардосу принадлежит приоритет в изобретении сварки косвенно действующей дугой, сварки в струе газа, дуговой резки как в обычных условиях, так и под водой, электролитического способа покрытия больших поверхностей слоем меди. Он изобрел «способ электрического паяния накаливанием», создал угольные электроды самых разнообразных форм, а затем комбинированные из угля и металла. Н.Н. Бенардос предложил собственный проект преобразования водной энергии в электрическую: ему принадлежит один из первых проектов гидроэлектростанции переменного тока на р. Неве (1892). Значение для человеческой цивилизации открытия Н.Н. Бенардоса, которое позже усовершенствовал на Пермских пушечных заводах инженер Н.Славянов, было столь велико, что через целое столетие, в 1981 году, это событие по решению ЮНЕСКО отмечалось мировым сообществом, а в Фастове Киевской области, где умер Н.Н.Бенардос, ему был поставлен памятник.

Вначале были известны два способа сваривания металлических поверхностей с помощью тока. При первом теплота создавалась вольтовой дугой, которую заставляли действовать на свариваемое место. Этот способ можно назватьэлектрической пайкой.При другом способе ток из одного куска металла в другой пропускается через место соприкосновения. Вследствие сравнительно большого сопротивления последнего в нем создается высокая температура, которая расплавляет исвариваетприлегающие металлические части. Итак, разница между двумя способами заключалась только в том, что теплота или доставляется соединяемым частям извне, или развивается внутри них. Общее в них то, что соединение производится расплавляющимся металлом обоих свариваемых кусков.

Опыты электрической пайки предпринимали еще задолго до ХХ века, но первую попытку поставить ее на практическую основу сделал Н.Н. Бенардос.

Его способ состоял в том, что между соединяемыми металлическими частями и угольным стержнем, играющим роль паяльника, создавали вольтову дугу и действовали ею на соединяемые места. Теплота дуги сплавляет соприкасающиеся края и соединяет оба куска. Итак, надо только соединить оба или один из металлических кусков с одним полюсом генератора тока, а угольную палочку – с другим. Затем, прикоснувшись концом этой палочки к соединенному с генератором тока куску металла, удаляют ее от последнего на несколько миллиметров, вследствие чего образуется вольтова дуга, которую двигают соответствующим образом по соединяемому месту.

На рис. 10.13 показан общий вид цеха электрической пайки с помощью вольтовой дуги. В качестве генератора тока при этом способе использовать динамо-машину было неудобно, потому что ее нагрузка подвергалась быстрым и большим колебаниям. При соприкосновении угольного электрода с металлическими кусками ток сильно возрастал и оставался сравнительно сильным при существовании вольтовой дуги, а затем при удалении электрода и гашении дуги сразу падал до нуля. Такие внезапные и большие колебания действовали крайне отрицательно на паровой двигатель и динамо-машину. Поэтому в качестве генератора тока использовали специальную батарею аккумуляторов, при которых необходимо было следить только за тем, чтобы короткое замыкание между углем и металлом происходило лишь на одно мгновение. Применение аккумуляторов приводило к значительному удорожанию и усложнению данного способа электрической пайки, а, кроме того, сама пайка была некачественной. В самом деле, вольтова дуга соединяла только наружные кромки соприкасающихся поверхностей, тогда как более глубокие части были скрыты от ее действия. Поэтому такой способ давал удовлетворительные результаты лишь при пайке тонких листов и применялся главным образом для изготовления металлических бочек.

Дальнейшее применение этого способа, несмотря на затраченные для опытов усилия и средства, оказалось невозможным, так что мечты о полном устранении заклепочных швов в паровых котлах, на металлических судах и т.п. до определенного времени оставались только мечтами. К этому можно добавить, что вольтова дуга изменяет невыгодным образом нагретое железо, вследствие чего крепость металла на месте спайки становится меньше, чем на нетронутых частях.

Применялся и видоизмененный способ пайки, когда вольтова дуга образовывалась не между металлом и углем, а между двумя угольными остриями. Для того, чтобы при этом направить дугу на спаиваемое место, пользовались явлением, происходящим с вольтовой дугой под действием сильного магнита: если приблизить к вольтовой дуге полюс магнита, то она отклоняется. Таким образом, вольтову дугу можно направлять на соединяемое место.

Рис. 10.13. Цех для паяния с помощью вольтовой дуги

 

Рис. 10.14. Малая сварочная машина Томсона

Более практичным следует признать способ электрической сварки американского профессора Томсона. Этот способ заключался в том, что два металлических куска, прижатых один к другому, сваривались пропусканием через место соприкосновения тока определенной силы. Оставалось нерешенным, производить ли здесь сварку металла при полном его расплавлении в месте соединения или доводить металл до полурасплавленного состояния.

Электрическая сварка отличается от механической тем, что посредством тока можно сваривать почти все: неметаллы, металлы и даже куски из различных металлов, значительно отличающихся друг от друга по точкам плавления.

Сварку можно производить как постоянным, так и переменным током, так как тепловое действие тока не зависит от его направления. Для сварки тонких предметов, требующих сравнительно слабой силы тока, применяют постоянный ток. При значительных свариваемых поверхностях, когда применяется ток величиной в тысячи ампер, создание такого сильного тока и его подведение сопровождаются крупными потерями, если не сделать путь тока возможно коротким. Поэтому в таких случаях пользовались переменным током, который трансформировался из тока высокого напряжения в ток большой силы.

На рис. 10.14 показана малая сварочная машина постоянного тока для легких работ, а именно для сварки железных стержней диаметром до 12 мм. Она состоит из динамо-машины и стола, установленного на ее раме. Динамо-машина построена для очень сильного тока. Ее напряжение было небольшим, так как в цепь введено очень малое сопротивление. При сварке железных стержней диаметром 12 мм сила тока составляла 2000 А. Соединяемые стержни располагались точно один против другого в двух зажимах. Один из них можно было передвигать винтом и тем самым прижимать конец зажатого им стержня к концу другого. Полюсы машины соединены с этими изолированными зажимами и таким образом ее ток пропускался через место соприкасания основания стержней, которое при этом накалялось из-за большого сопротивления, и под действием давления оба стержня сваривались в несколько секунд. Сварка распространялась по всей поверхности, а не ограничивалась только отдельными точками, как при пайке вольтовой дугой. Это происходило вследствие того, что сопротивление металлического проводника возрастало с возрастанием температуры. Когда по тому месту, где стержни лучше соприкасались, проходила сравнительно большая часть тока, чем через другие места с высоким сопротивлением, то это место нагревалось сильнее других, его сопротивление увеличивалось в сравнении с сопротивлением в других местах, ток усиливался и нагревал их больше. Благодаря этому развитие теплоты распределялось в течение времени сварки равномерно по всей поверхности соприкосновения.

Мощность при этой сварке, несомненно, требуется очень большая. Например, для железных стержней диаметром в 12 мм требуется 10 л.с., но всего на 10 секунд, которых достаточно для соединения. Если затрачивать 50 секунд на вставление и вынимание стержней, то окажется, что машина может произвести в час 60 сварок, т.е. гораздо больше, чем механическими способами, не говоря уже о большей прочности, обеспечиваемой электрическим способом. Места сварки, выполненной электрическим способом, получались такой же крепости, как и сам стержень. Это было возможно благодаря тому, что материал при таком способе не изменяется и нагревание очень мало распространяется вне места сварки.

Если приходилось сваривать толстые предметы, то требовался столь сильный ток, что его невыгодно было бы брать от самой динамо-машины, потому что или в самой машине терялось слишком много энергии, или ей надо было бы придать очень малое сопротивление и, следовательно, слишком большие размеры. Поэтому применяли ток высокого напряжения, который преобразовывали трансформатором непосредственно перед сварочным станком в ток большой силы. Для этой цели проф. Томсон пользовался прибором, который состоял из трансформатора и непосредственно перед ним расположенного станка (рис. 10.15). Последний принципиально был похож на описанный выше, но только все его части, входящие в цепь тока, были сделаны гораздо толще в соответствии с большей силой тока. Вторичная обмотка трансформатора состояла из одного витка, выполненного из медных полос.

В самом большом из устроенных в то время станков для возбуждения трансформатора служила машина переменного тока, которая при напряжении в 200 В создавала ток в 120 А. Этот ток преобразовывался трансформатором в ток силой 24000 А при напряжении в 1 В. Таким большим током можно было сваривать за 1 минуту железные стержни диаметром в 50 мм.

Совершенно своеобразным оказался изобретенный Лагранжем и Гоо в Брюсселе способ электрического нагревания, предназначенный для замены кузнечного горна при нагревании металлических частей, которым, однако, с успехом можно пользоваться и для плавки. Удивительным оказалось при этом то обстоятельство, что подлежащий нагреванию металл опускают в воду, в которой он за несколько секунд нагревается до белого каления (рис. 10.16). Мы привыкли употреблять воду для охлаждения металла, в настоящем же случае имеет место как раз обратное явление – холодный металл нагревается водой! Это явление происходит под воздействием электрического тока, который играет здесь двойную роль.

Если опустить металлический, например железный, стержень, соединив его предварительно с отрицательным полюсом генератора тока, в сосуд с водой, которая соединена с помощью лежащей на дне свинцовой пластины с положительным полюсом, то в момент соприкосновения железного стержня с водой вокруг стержня образуется слой водорода. Этот тонкий покрывающий стержень слой водорода является как бы оболочкой, отделяющей его от воды. Разделяющий слой, само собой разумеется, весьма тонок, и все же он представляет для проходящего тока очень значительное сопротивление. Так как сопротивление при проходе тока в воду весьма значительно, то развивается большое количество теплоты, причем настолько интенсивно, что, несмотря на близость охлаждающей воды, погруженный конец железного стержня быстро накаляется. Для применения этого способа на практике пользовались чаном или ванной из камня или дерева длиной в 1,5 м и шириной и глубиной около 0,75 м. На дне ванны или на одной из стенок укреплялась свинцовая пластина, соединенная с помощью изолированного проводника с положительным полюсом генератора тока. В качестве генератора использовалась динамо-машина постоянного тока или аккумуляторная батарея. Применение батареи давало то преимущество, что она не так чувствительна к быстрым изменениям нагрузки, которые имели место при погружении и вынимании стержня из воды. Подлежащий нагреванию металлический брусок брали щипцами, соединенными с помощью гибкого провода с отрицательным полюсом генератора. При этом вода в ванне предварительно нагревалась до 70°С. Что касается количества энергии, то изобретатели определили, что при напряжении в 150 В и токе в 5 А на каждый квадратный сантиметр погруженной поверхности накаливаемого тела белое каление достигается за 8 с, т.е. в очень короткое время.

Рис. 10.15. Сварочный станок для толстых стержней

Рис. 10.16. Электрический кузнечный горн

Рис. 10.17. Электрическая плавильная печь Муассана

Понятно, что ванной можно пользоваться в качестве кузнечного горна и она имеет перед последним то несомненное преимущество, что нагревание достигается гораздо быстрее.

Электрическая плавка. Вернер Сименс первым пытался применить тепловое действие тока для плавления. Для этого он пользовался вольтовой дугой, заставляя ее действовать на куски стали в примитивном приборе – тигле, в дно которого был вставлен провод из платины или угля. Тигель наполняли кусками стали, которые приходили в соприкосновение с проводом, соединяющимся с положительным полюсом динамо-машины. Другой полюс соединялся с угольным стержнем, подвешенным вертикально над кусками стали и прикасающимся к ним своим нижним концом. При пропускании через прибор тока угольный стержень поднимался на несколько миллиметров таким образом, что образовывалась вольтова дуга, которая поддерживалась регулятором в процессе расплавления кусков стали.

Для тугоплавких веществ Дюкрете и Лежен изобрели электрическую плавильную печь, известную под названием печи Муассана (рис. 10.17). При высокой температуре вольтовой дуги, доходящей до 4000°С, способной легко расплавить все плавящиеся тела, даже такие тугоплавкие металлы, как платина и хром, очень скоро обращались в этой печи в жидкое состояние. Печь состояла из железного ящика, изнутри выложенного толстым слоем шамота. В верхней части помещались изолированные держатели, в которые вставлялись угольные стержни, удерживаемые в своем положении с помощью винтов. В печи устанавливался тигель из огнеупорного материала, в который помещались плавящиеся вещества. Угли устанавливались так, чтобы вольтова дуга образовывалась как раз над тиглем. Действием магнита дуга оттягивалась вниз, на плавящиеся вещества. Передняя открытая сторона печи закрывалась заслонкой из темного стекла, благодаря чему можно было наблюдать дугу и плавление. Температура в этой печи доходила до 3500°С, так что все плавящиеся тела расплавлялись, а некоторые даже улетучивались.

Муассан производил с этой печью множество опытов. С ее помощью он даже получал искусственные алмазы. Для этого он плавил железо, к которому примешивался порошок древесного угля. Расплавленное железо поглощало углерод, выделяя избыток последнего при охлаждении в кристаллизованном виде. После нескольких опытов Муассану удалось получить прозрачные кристаллы небольшого размера, обладающие всеми свойствами алмаза. Появилась надежда, что впоследствии можно будет получать алмазы искусственным путем для промышленных целей.

energetika.in.ua

Презентация - Тепловое действие электрического тока

Слайды и текст этой презентации

Слайд 1

Выполнила: Баковская Юлия ученица 9 класса. Проверила: Ципенко Л. В. учитель физики. 2011 г.Тепловое Действие Электрического Тока.

Слайд 2

Практические использование электричества базируется на трёх основополагающих действиях, которые появляются при работе электрического тока: тепловом, электромагнитном и химическом. Отрицательным заряженным частицам, которые принято называть электронами, протекая через определённое вещество, постоянно приходится сталкиваться с атомами, ионами или молекулами. После столкновения электроны тормозятся, передавая имеющуюся энергию элементарным частицам того вещества, по которому протекает электрический ток. Полученная энергия способствует увеличению скорости движения частиц, вещество греется. Выделение тепла.

Слайд 3

Повышенный нагрев проводника, как следует из закона Ленца — Джоуля, может происходить не только вследствие прохождения по нему тока большой силы, но и вследствие повышения сопротивления проводника. При неплотном электрическом контакте и плохом соединении проводников электрическое сопротивление в этих местах сильно возрастает, и здесь происходит усиленное выделение тепла. В результате место неплотного соединения проводников будет представлять собой опасность в пожарном отношении, а значительный нагрев может привести к полному выгоранию плохо соединенных проводников.Нагрев в переходном сопротивлении.

Слайд 4

Слайд 5

Функциональность теплового насоса Сводная энергия в окружающем пространстве обеспечивает около 75% от тепловой энергии теплового насоса. При использовании всего 25% внешней энергии в форме электричества достигается тепловая производительность, равная 100%. Энергия получается из окружающего воздуха, земли или грунтовых вод через теплообменные системы. После этого тепло поступает в цикл теплового насоса, где температура повышается до значений, достаточных для отопления.   Примеры теплового действия.

Слайд 6

Её внутренняя вольфрамовая нить имеет большое электрическое сопротивление. Протекая по данной нити (спиральки), отрицательные заряженные частицы передают ионам вольфрама большое количество энергии. Вольфрамовая нить лампы разогревается добела – электрическая лампочка светит. Если сила тока будет чрезмерной, энергия, которая передаётся ионам вольфрама, будет слишком большой, что имеющиеся ионы вещества просто не смогут удерживаться на своих прежних местах. В результате вольфрамовая нить расплавится. Лампа накаливания.

Слайд 7

Помимо этого, сопротивление проводника также зависит и от его толщины. Чем больше поперечное его сечение (толщина) провода, тем лучше его проводимость, и меньше электрическое сопротивление. Если мы включаем какой-либо электрический прибор – плитку, утюг, лампочку накаливания, то сила тока в имеющейся электропроводке дома определяется действующим напряжением в электросети, сопротивлением электроприбора и его проводов. К примеру, включён утюг. Основную роль в данном случае играет электрическое сопротивление утюга, поскольку сопротивление подводящих проводов мало, а напряжение электрической сети стандартно (для быта применяется переменное напряжение 220 вольт).

Слайд 8

Слайд 9

Спасибо за внимание!

lusana.ru

Тепловое действие - электрический ток

Тепловое действие - электрический ток

Cтраница 3

В измерительных механизмах тепловой системы используется тепловое действие электрического тока, которое вызывает удлинение или изгиб проводника. На рис. 4 - 27 дана схема устройства одного из измерительных механизмов. Тонкая платино-иридиевая проволока укреплена между зажимами БГ.  [31]

Рассмотрим вначале перегревные неустойчивости, обусловленные тепловым Действием электрического тока в плазме.  [32]

Защитное действие плавкого предохранителя основано на тепловом действии электрического тока. Протекая по плавкой вставке, ток нагревает ее и, когда ток превысит определенное значение, вставка расплавляется ( перегорает) и разрывает цепь.  [33]

Принцип работы плавких предохранителей основан на тепловом действии электрического тока.  [34]

Принцип работы плавких предохранителей основан на тепловом действии электрического тока, проходящего по проводнику. В нормальных условиях все тепло, выделяемое проводником, рассеивается в окружающей среде.  [35]

Принцип работы плавких предохранителей основан на тепловом действии электрического тока.  [36]

Принцип работы плавких предохранителей основан на тепловом действии электрического тока. Согласно закону Джоуля-Ленца прохождение тока по проводнику сопровождается выделением определенного количества тепла.  [37]

Принцип действия этой защиты основан на тепловом действии электрического тока.  [38]

Принцип работы плавких предохранителей основан на тепловом действии электрического тока.  [39]

Например, для извлечения алюминия из руд тепловое действие электрического тока сочетается с его химическим действием. Полученный раствор при температуре около 1 000 С подвергают электролизу, в результате которого расплавленный алюминий оседает на катоде, встроенном в дно печи.  [41]

При электрической сварке по методу сопротивления используется тепловое действие электрического тока.  [42]

Есть много устройств, в которых используется тепловое действие электрического тока.  [43]

В основе электроэрозионной обработки металлов лежит принцип теплового действия электрического тока. Электрическая анергия, подводимая к электродам, одним из которых является обрабатываемая деталь, а другим - инструмент, преобразуется в основном в тепловую энергию, расходуемую на плавление и испарение элементарных объемов материалов.  [44]

Страницы:      1    2    3    4

www.ngpedia.ru

---

• 
  Опора как выглядит
• 
  Когда в нижнем дадут отопление
• 
  Как можно повысить ток генератора
• 
  Обозначение плавкой вставки на схеме
• 
  Как работает симистор
• 
  Оплата за подключение электроэнергии после отключения
• 
  Атомы и электроны
• 
  Как найти коэффициент трансформации
• 
  Тест на 3 группу по электробезопасности в ростехнадзоре
• 
  Носители электрического заряда
• 
  Самодельные светодиодные светильники на потолок