Бытовые электронагревательные приборы

Бытовые электронагревательные приборы

Базовый учебник: Матяш А.А., Электов В.Д., Симоненко В.Д. «Технология 8 класс».

Тема урока: «Бытовые электронагревательные приборы».

Цель урока: создание условий для приобретения учащимися знаний о принципах действия наиболее используемых в быту электронагревательных приборов (утюг, электроплита, лампы накаливания, лю­минесцентные лампы, СВЧ- печи и др.), Использование информационных технологии при изучении данного материала.

Задачи урока:

1. Предметные – формирование у учащихся развитие знаний по электричеству, обучение пользованию бытовыми электронагревательными приборами, знакомство с некоторыми из них и их устройствами.

2. Метапредметные — обучение законам физики, решение задач по определению зависимости удельного сопротивления от их величин, умение работать на компьютерах.

3. Регулятивные — определение последовательности промежуточных задач с учетом конечного результата; составление плана и последовательности действий;

4. Познавательные – выбор наиболее оптимальных средств и способов решения задачи (Компьютерная программа- «Начало электроники»);

5. Коммуникативные – умение вести учебное сотрудничество на уроке с учителем, одноклассниками в группе и коллективе;

6. Личностные – формирование бережливости при использовании бытовых электроприборов.

Тип урока: комбинированный

Оборудование: лампы накаливания, люминес­ центные лампы, утюг, СВЧ- печь, инструменты и приспособления, плакаты по электротехнике, компьютеры.

Деятельность преподавателя

Деятельность учащихся

Формируемые УУД

— организует проверку явки учащихся и заполняет классный журнал;

— проверяет готовность учащихся к уроку.

— демонстрирует изделия выполненные учениками прошлых лет, мотивирует учащихся.

Воспринимают на слух, визуально контролируют готовность к уроку.

Регулятивные: способность регулировать свои действия, прогнозировать деятельность на уроке; саморегуляция.

2. Повторение пройденного материала

Беседует с учащимися по предыдущей теме урока:

1. Электроосветительные приборы.

2. Перечислите бытовые приборы, потребляющие электроэнер­гию, которые есть у вас дома.

3. Вспомнить и рассказать о принципе действия (теплового) тока.

3. Вспомнить из курса физики закон Джоуля-Ленца Q= I 2 ·R· t, где

I — сила тока; R — сопротивление нагревательного элемента; t — время прохождения тока. При этом температура нагрева элемента равна:

Т = Q / mc + Т _о где:

m — масса элемента; с — удельная теплоемкость; Т _о — первоначальная температура проводника.

Активно наблюдают, рассматривают приборы, вдвигают гипотезы, слушают учителя, отвечают на поставленные вопросы, в случае необходимости дополняют ответы товарищей.

В беседе с учителем:

1.Определяют названия электроприборов.

2. Отвечают на поставленные вопросы:

— утюг, холодильник, люстра, бра, торшер, микроволновка, плитка.

— электрический ток нагревает проводник с большим удельным сопротивлением.

3.Определяют количество тепла, по закону Джоуля-Ленца.

Познавательные: умение анализировать, строить речевые высказывания, умение ориентироваться в средствах и технологиях обработки материалов.

Коммуникативные: умение вести учебное сотрудничество на уроке с учителем, одноклассниками.

3. Изложение нового материала

Учитель подводит учащихся к определению темы урока:

1. Большинство бытовых электроприборов позволяет хранить и приготавливать пищу.(холодильники, электроплиты, СВЧ-печи). Обра­ батывать белье (стиральные машины, утюги), убирать помещения (пы­ лесосы). Создавать микроклимат (вентиляторы, кондиционеры), производить личную гигиену (электробритвы, фены) и многое другое.

Давайте рассмотрим устройство и работу наиболее распро­ страненных электроприборов, которыми мы пользуемся у себя дома.

Большинство бытовых приборов используют тепловое дейст­ вие электротока. Широко используются в этих приборах сплавы, обла­дающие большим удельным сопротивлением:

— нихром (сплав никеля, хрома и железа);

— константан;

Нагревательные элементы делаются из проволоки или ленты, которая быстро нагревается, когда по ним проходит электроток.

2. Теперь давайте рассмотрим наиболее часто используемые в бытовых приборах нагревательные элементы.

В современных бытовых приборах, как правило, применяются герметизированные нагревательные элементы. Трубка в таких элемен­тах изготавливается из латуни или нержавеющей стали. Для защиты спирали от воздействия воздуха концы трубки герметизируют.

Наиболее простыми бытовыми приборами с такими элемента­ ми являются электроплитка и электрочайник.

Более сложными по устройству является электроутюг с термо­ регулятором. Контроль температуры подошвы утюга осуществляется с помощью датчика, действие которого основано на использовании би­металлической пластинки:

Так как железо и алюминий имеют разное удельное сопротив­ ление, то при определенной температуре пластинка будет изгибаться в ту или иную сторону и соответственно замыкать или размыкать кон­ такты подачи электроэнергии к нагревательному элементу.

3. Использование утюгов с терморегулятором позволяет эконо­мить электроэнергию на 10-15% и обеспечивать обработку тканей в заданном тепловом режиме.

4. Следующим примером использования теплового действия электротока являются электролампы. Различают два вида электриче­ ских источников света: лампа накаливания, люминесцентная лампа. Давайте рассмотрим принцип работы так хорошо знакомых нам этих приборов. В лампах накаливания в качестве основного элемента исполь­зуется нить накаливания, изготовленная из тугоплавкого материала (вольфрам, молибден, тантал).

Более современным использованием электроэнергии в быту является бытовая печь СВЧ. Рассмотрим принцип действия на карте ( работа с картой, схемой).

5. Для более доступности материала используем компьютерную программу-«Начало электроники», где можно выполняя лабораторную работу можно определить зависимость удельного сопротивления проводника от его геометрических значений.

Слушают учителя, анализируют информацию, рассматривают приборы, отвечают на поставленные вопросы – в результате самостоятельно приходят к определению темы урока, целей и задач.

При показе изделий сложной формы и ответе на вопросы учителя – отвечают: изготовить с помощью столярной ножовки такие изделия скорее всего нельзя, необходим инструмент с очень тонким полотном, которое при пилении можно легко изгибать повторяя контуры объекта. Предполагают что возможно это ручной лобзик.

Ученики вспоминают, где они могли встретить дома, в школе, в быту такие электроприборы.

При ответе на вопрос о знаниях предполагают, что необходимо изучить устройство, технологию и правила безопасной работы с бытовыми электроприборами (тем самым определяя план урока).

Изучают устройство утюга, пытаются определить, из каких частей он состоит. Зарисовывают электрическую схему в рабочие тетради.

При решении проблемной ситуации выдвигают гипотезы о способах замены нагревательного элемента. Совместно выбирают наиболее рациональные методы.

Вспоминают информацию по теме «электрический ток», дают определение зависимости тока на сопротивление проводника. И выдвигают дополнительные гипотезы о способах использования в нагревательных и осветительных приборах проводников с большим удельным сопротивлением.

Работают с учебником, находят информацию о приемах работы с домашними бытовыми электроприборами, после чего активно наблюдают за демонстрацией учителя приемов работы с печью СВЧ.

Вспомнив программу «Начало электроники», которая знакома еще с младших классов, показывают готовность выполнить данную лабораторную работу.

умение определять цель занятия, составлять план и последовательность действий.

Личностные: проявление интереса и активности в выборе решения; установление личностного смысла знания.

Познавательные: умение анализировать, выделять и формулировать задачу; умение осознанно строить речевое высказывание.

Коммуникативные: умение вести учебное сотрудничество на уроке с учителем, одноклассниками.

4. Вводный инструктаж

— Знакомит учащихся с заданием (объект труда – макет электроплиты):

— предлагает учащимся самостоятельно определить основные части электрического утюга, принцип работы терморегулятора;

— организует выполнение учащимися пробных действий по изучаемым приемам работы, выясняет, степень усвоения учебного материала. Просит проанализировать свои действия, найти ошибки и способы их устранения;

— проводит инструктаж по технике безопасности;

— напоминает о методах контроля, необходимости самоконтроля, а также взаимоконтроля.

Знакомит учащихся с программой «Начало электроники», правила выполнения задания.

Изучают объект труда, заполняют таблицу комплектации. Организуют подготовку рабочего места к проведению практической работы.

Осуществляют пробное включение и выключение терморегулятора.

Включают компьютеры в кабинете информатики.

Внимательно слушают учителя при проведении инструктажа по технике безопасности.

Регулятивные: определяют последовательность промежуточных задач с учетом конечного результата; составляют план и последовательность действий;

Познавательные: выбирают наиболее оптимальные средства и способы решения задачи.

Коммуникативные: обсуждают правильность выполнения приемов работы с товарищами.

5. Самостоятельная работа учащихся. Текущий инструктаж

— Проверка готовности учащихся к работе (организация рабочего места, наличие необходимых инструментов и приспособлений);

— проводит целевые обходы:

1й обход – проверка организации рабочих мест и соблюдения учащимися техники безопасности

2й обход – проверка правильности выполнения трудовых приемов и технологической последовательности, использование ИКТ.

3й обход – проверка правильности расчетов и ведения учащимися контроля.

Определяют и выполняют технологические операции, осуществляют самоконтроль и взаимоконтроль при выполнении операции. В случае необходимости корректируют свою деятельность.

Личностные: формирование бережливости при выполнении трудовых приемов.

Регулятивные: вносят необходимые дополнения и коррективы в план и способ действий в случае расхождения эталона, реального действия и результата.

Познавательные: выявляют и осознают особенности выполняемых трудовых операций, использовании инновационных технологии.

Коммуникативные: строят рабочие отношения, работая к коллективе.

6. Рефлексивно-оценочный этап

— предлагает провести самоанализ выполненной работы, осуществить самооценку и обосновать её.

— организует деятельность учащихся по анализу характерных ошибок, их причин (показ ряд работ и просьба учащихся их сравнить, определить соответствие образцу, выявить ошибки);

— оценивает совместно с учащимися результаты их работы на уроке, выставляет отметки.

— проводит рефлексию, предлагает ответить на вопросы:

1. как устроен терморегулятор;

2. найти отличия современной электроплиты и плиты 90-х годов;

3. зависит ли удельное сопротивление проводника от его длины;

4.. зависит ли удельное сопротивление проводника от его поперечного сечения

Сравнивают работы, анализируют и оценивают свою работу, обосновывают оценку.

На примере нескольких работ, совместно с учителем выявляют ошибки и устанавливают их причины.

Делают вывод о значимости, сложности и трудоёмкости процесса.

Отвечают на поставленные вопросы:

2.электрической схемой включения контрольной лампы;

Личностные: умение провести самооценку и организовать взаимооценку.

Регулятивные:построение логической цепочки, рассуждений и доказательство.

Познавательные: умение сформулировать алгоритм действия; выявлять допущенные ошибки и обосновывать способы их исправления обосновывать показатели качества конечных результатов.

7. Уборка рабочих мест

— организует уборку рабочих мест всеми учащимися и дежурными

Проводят уборку своих рабочих мест и помещения мастерской.

Регулятивные: оценивают качество уборки рабочих мест.

Личностные: выполняют нормы и требования школьной жизни и обязанности ученика.

Тепловое действие электрического тока.

Тепловое действие электрического тока ( согласно закону Джоуля — Ленца) определяется сопротивлением биологических тканей, значением тока и временем существования электрической цепи через тело человека. Тепло, образующееся при прохождении тока через биоткани, вызывает перегрев и гибель клеток, причем наиболее выраженные изменения наблюдаются на кратчайшем пути тока. Поражения кожи в местах входа и выхода тока различны по форме и размеру в зависимости от характера контакта с токонесущими проводниками: от точечных меток до полного обугливания тканей, а распространенность некроза кожи обычно меньше, нем глубжележащих тканей. Степень поражения тканей пропорциональна их проводимости, изменяющейся в широких пределах. Биологические ткани по удельному сопротивлению в порядке его возрастания распределяются следующим образом: нервы, кровеносные сосуды, мышцы, кожа, сухожилия, жировая ткань, кости.

Просмотр содержимого документа
«Тепловое действие электрического тока. »

ДЕПАРТАМЕНТ ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ КЕМЕРОВСКОЙ ОБЛАСТИ

Государственное образовательное учреждение среднего профессионального образования

Кемеровский профессионально-технический техникум

Тепловое действие электрического тока.

Подготовил: студент группы АМ-142

Под руководством: преподавателя физики

Барсукова Юлия Николаевна

г. Кемерово 2015 г.

При протекании тока по проводнику происходит нагревание проводника. Как показывают опыты, количество выделяемой теплоты тем больше, чем больше сила тока и чем больше сопротивление проводника. Подвесим железную проволоку и пропустим по ней ток, включив в цепь реостат и амперметр. Увеличивая силу тока в цепи, наблюдаем сначала провисание проволоки от нагревания, а затем при достаточно большой силе тока красное каление. Дальнейшее увеличение силы тока может привести к перегреванию проволоки. На основании опытных данных можно утверждать, что в электрической цепи происходит ряд превращений энер­гии. При перемещении заряда вдоль электрической цепи кулоновскими и сто­ронними силами совершается работа А. Если электрическая цепь в рассматрива­емой системе координат находится в состоянии покоя, а ток, протекающий по ней, постоянен (I= const), то совершаемая работа

А = IUt. (1)

По формуле (1) можно вычислить работу, совершаемую электрическим то­ком, независимо от того, в какой вид энергии превращается электрическая энер­гия. Эта работа может пойти на увеличение внутренней энергии проводника, т.е. его нагревание, на изменение механической энергии, например на движение проводника с током в магнитном поле, и т.д.

Необратимые преобразования электрической энергии в тепловую можно объяснить взаимодействием электронов с ионами металлического проводника. Стал­киваясь с ионами металлического проводника, электроны передают им свою энер­гию. Вследствие этого увеличивается интенсивность колебаний ионов около положения равновесия. А с чем большей скоростью колеблются ионы, тем выше температура проводника. Ведь температура — это мера средней энергии хаоти­ческого движения атомов, из которых состоит проводник.

Чтобы вычислить электрическую энергию, затраченную на нагревание провод­ника, нужно знать падение напряжения на данном участке проводника U = IR. Подставляя в формулу (1) это выражение, получаем

А = I 2 Rt, или Q = I 2 Rt. (2)

Формула (2) выражает закон Джоуля — Ленца:

количество теплоты, которое выделяется в проводнике с током, пропор­ционально квадрату силы тока, времени его прохождения и сопротивле­нию проводника.

Работа электрического тока. Предположим, нас интересует механическая работа, которую совершает электродвигатель, если U — напряжение сети, R — сопротивление обмотки, I — сила тока, текущего по обмотке. Очевидно, что на механическую работу А_мех, совершаемую двигателем, расходуется часть энергии электрического тока. При работе двигателя обмотка его будет нагреваться. На основании закона сохранения энергии можно утверждать, что энергия электрического тока (IUt) превращается в механическую (А_мех) и тепловую (I 2 Rt) энергии:

IUt = А_мех + I 2 Rt, А_мех = IUt — I 2 Rt.

Прибор, служащий для измерения энергии электрического тока, называется электрическим счетчиком. Полная работа, совершаемая источником тока, ЭДС которого ξ определяется формуле

Единица работы электрического тока — джоуль (Дж).

Мощность электрического тока. Мощность — это отношение работы электрического тока ко времени t, за которое совершается работа:

Единица мощности электрического тока — ватт (Вт).

Тепловое действие электрического тока играет большую роль в современной технике. Рассмотрим некоторые примеры его применения, тепловом действии тока основано устройство теплового гальванометра, его представлена на рис. 1. Концы металлической проволоки 2 закреплены неподвижно в металлических колодках 1 и 3. Проволока 2 выполнена из неокисляемого упругого материала. В середине проволока 2 оттягивается нитью 5, проходящей через блок 4 и скрепленной с пружиной 6. При прохождении электрического тока по проволоке 2 она нагревается и удлиняется, ее прогиб увеличивается. Вследствие этого нить 5 перемещается и поворачивает блок 4. С блоком 4 скреплена стрелка гальванометра, поэтому поворот блока соответствует отклонению стрелки на некоторый угол. Если шкала прибора градуирована в единицах силы тока, то прибор называется амперметром.

Рис. 1.

Часто используются различного типа электрические нагревательные приборы и электрические печи. К электрическим нагревательным приборам относятся плав­кие предохранители («пробки»), которые служат для устранения опасности корот­кого замыкания. Обычно это тонкие медные или свинцовые проволочки, вводимые последовательно в цепь электрического тока и рассчитанные таким образом, чтобы они плавились при токе, превышающем то значение, на которое рассчитана цепь.

К нагревательным приборам можно отнести и лампочки накаливания. Первая лампочка была изобретена в 1872 г. электротехником А. Н. Лодыгиным. Она пред­ставляла собой стеклянный баллон, в котором между толстыми медными прово­лочками укреплялся угольный стержень. При пропускании тока угольный стер­жень раскалялся и давал свет. Усовершенствованием ламп накаливания занима­лись Т. Эдисон, И. Ленгмюр и др.

В настоящее время в качестве нити накаливания ламп используется вольфра­мовая проволока с температурой плавления 3370 °С. Чем выше температура нити, тем большая часть излучаемой энергии отдается в виде света. В 1913 г. появились лампочки, баллоны которых заполнялись инертным газом (аргоном). Присутствие аргона замедляет испарение нити, и срок службы ламп увеличивается.

Лампа накаливания представлена на рис. 2. Она имеет вольфрамовую нить или спираль 1, укрепленную на металлической ножке 3, внутри которой прохо­дят проволочки 2, подводящие ток к спирали. Для откачки воздуха служит тру­бочка 4, которая после удаления воздуха запаивается. Лампа имеет металличес­кий цоколь 5 и изолированный от цоколя контакт 6, к которому припаиваются провода оси нити накаливания. Цоколь и контакт 6 при вворачивании лампочки в патрон соединяются с проводами электрической сети.

Рис. 2.

Нагревательными приборами являются электроплита, электроутюг, электро­чайник и т.д., которые нашли широкое применение в домашнем обиходе. Для со­здания высоких температур служат электрические печи. Температура внутри печи может достигать 2500-3000 °С. Для этого в печах в качестве токопроводящего: вещества применяются тугоплавкие металлы, например молибден. Электричес­кие печи нашли широкое применение в различных областях народного хозяйства. Еще одним важным применением теплового действия тока является кон­тактная сварка, которая применяется для сваривания металлов со значительным удельным сопротивлением (никель, тантал, молибден и др.).

В бытовых электронагревательных приборах используется тепловое действие электрического тока

Как используется тепловая энергия?

Электрическая энергия может быть легко преобразована в тепловую. Электрический ток нагревает проводник, через который проходит. На этом принципе работают все нагревательные приборы.

Не имеет смысла подробно описывать устройство отдельных нагревательных приборов, так как даже при весьма скудных знаниях можно разобраться в их конструкции.

Например, утюг. В пазы металлической подошвы уложена спираль, на которую надеты фарфоровые бусы. Сверху располагается пластиковый корпус, с выведенным на него регулируемым резистором. Если по каким-то причинам утюг перестал работать, его следует отключить от сети, разобрать, сменить спираль, и снова собрать прибор.

Принцип работы вышеперечисленных устройств достаточно прост, поэтому с ними редко возникают проблемы. Если по каким-то причинам устройство перестало работать, причина неполадки, как правило, заключается в износе деталей, плохом контакте. Это происходит из-за перегрева корпуса бытового прибора в процессе эксплуатации.

В пример можно привести обогреватель. В большинстве случаев металлический корпус нагревается при работе. С внутренней стороны корпуса к нему крепится терминал из пластика. С течением времени пластик разрушается, при этом размыкаются контакты. Бывает и так, что при перемещении прибора с места на место электрический провод соприкасается с корпусом, из-за чего сгорает изоляция и происходит короткое замыкание.

Электронагревательные устройства могут быть опасными. Например, электрическая плитка. В пазах керамического основания подставки располагается спираль. Во время приготовления пищи на плитку может быть пролита вода, молоко и т. д. Это сокращает срок службы спирали, а в некоторых случаях является причиной удара электричеством.

Однако в последнее время такие устройства, как электрическая плитка с открытой спиралью, практически не применяются. В большинстве случаев нагревательный элемент тэновый, это защищает спираль от нежелательных контактов.

Бытовые приборы выпускаются в соответствии с принятыми стандартами безопасности. Все чаще применяются тентовые спирали, закрытые корпуса, некоторые приборы выпускаются с заземлением.

В чем отличие тэновых спиралей от обычных?

Нагревательные элементы могут иметь самые разные конструкции, но все их можно разделить на две группы: тэновые и обычные. Тэн расшифровывается как «трубчатый электронагреватель».

Обычные нагревательные элементы представляют собой спираль или набор металлических пластин, имеющих соответствующее сопротивление. В обогревательных приборах, плитках, утюгах это, как правило, спираль, которая устанавливается в специальный диэлектрический корпус: стеклянную трубку, керамическую подставку или просто находится в подвешенном состоянии, например в калорифере или фене.

Тэновые нагревательные элементы хотя и работают по тому же принципу, но имеют немного другое устройство. Металл, который выступает в качестве сопротивления, находится в оболочке соответствующего диэлектрика, хорошо проводящего тепло, все это находится в металлической трубке, имеющей, как правило, специальное покрытие.

Наглядным примером тэнового нагревательного элемента является кипятильник. Также тэновые нагревательные элементы устанавливаются в чайниках, утюгах.

Преимущество обычных нагревательных элементов перед тэновыми в том, что в случае повреждения их легче заменить. Если тэновый нагревательный элемент испортился, то можно считать все устройство негодным. Как правило, оказывается, что стоимость нагревательного элемента составляет большую часть стоимости самого прибора, поэтому легче купить новый, чем ремонтировать старый.

Чем опасны «козел» и самодельный кипятильник?

Как правило, многие в армии или в студенческие годы узнают различные способы «кустарного» применения электрической энергии. Такими способами и являются «козел» и самодельный кипятильник. Приведенное ниже описание этих устройств помещено в книге не для того, чтобы вы самостоятельно «экспериментировали» с электричеством, чтобы объяснить, насколько грубо и непрофессионально в таком случае используется электричество и какие неприятные последствия такая изобретательность может повлечь за собой.

Во всех случаях используется тепловое действие электрического тока. Как уже упоминалось, электрическая энергия способна нагревать проводник, по которому проходит. Поэтому, если пустить через соответствующий материал электрический ток, можно добиться теплового эффекта. На этом принципе и работают «козел» и самодельный кипятильник.

«Козел» представляет собой трубу из асбеста, установленную на металлические ножки, которые легко изготовить самостоятельно. Вокруг трубы обернута дверная пружина, к разным концам которой подсоединен двужильный провод. При включении в розетку «козел» сильно нагревается, им можно пользоваться как обогревательным прибором.

«Козел» можно часто встретить на складах, в производственных помещениях, в хозяйственных постройках. Это объясняется тем, что расход энергии там учитывать сложнее, чем в отдельной квартире, поэтому энергоемкости такого устройства просто не придается большого значения. Организация оплачивает расходы по электричеству, так как для большой организации это относительно небольшая сумма.

Другое дело квартира. Включение «козла» очень заметно по работе счетчика электроэнергии, который в таком случае крутится как бешеный. К тому же частенько выбивает пробки, так как самодельное устройство потребляет очень много энергии.

Отрицательным качеством «козла» является то, что он очень пожароопасен. Если бытовой обогревательный прибор имеет корпус, защищающий от возгораний, то «козел» такого корпуса не имеет, и если он опрокинется, что бывает довольно часто из-за пьянства, халатности, – возможен пожар.

Более того, по жизни встречаются такие индивидуумы, которые не понимают, что данный обогревательный прибор опасен, и относятся к нему пренебрежительно, располагая его поблизости от мебели, обоев, пожароопасных материалов.

Другое самодельное устройство – кипятильник. Его можно соорудить с помощью двух лезвий, двух спичек, нитки, выдернутой из одежды, куска провода. Традиция устраивать такие кипятильники пришла к нам из армии и из исправительно-трудовых учреждений.

Лезвия связываются между собой так, чтобы между ними было расстояние (чтобы не касались друг друга). Этого несложно добиться, если положить между ними спички. Потом двужильный провод крепится к лезвиям. Помещенный в воду, такой кипятильник довольно исправно греет воду.

Если собрать кипятильник из более серьезного металла, например, из оконных шпингалетов, получается весьма устрашающая картина: представляете себе кипятильник, из которого бьют искры, во всем доме мигает свет, трехлитровая банка воды вскипает за полторы минуты?

Естественно, что энергоемкость такого кипятильника впечатляет. Особенно опасен кипятильник в том случае, если вода соленая. При включении в сеть моментально раздается взрыв, в результате которого выплескивается большая часть воды. Теперь представьте, что будет, если сыпануть соли в кипящую воду?

Если вам когда-нибудь придется столкнуться с подобными устройствами, лучше откажитесь сразу, так как вы подвергаетесь сразу нескольким опасностям. Во-первых, вы портите государственное имущество, за что предусмотрена соответствующая ответственность по законодательству. Во-вторых, вы рискуете жизнью: вас может ударить током, или обрызгать кипятком. Будьте осторожны, не подвергайте свою жизнь опасности!

Бытовые электронагревательные приборы

По своему назначению электронагревательные приборы делятся на приборы для приготовления пищи, кипячения воды, дополнительного обогрева жилища, для личной гигиены и глажения, а также электронагревательные инструменты (паяльник, электронагреватель и др.).
Основной частью всех электронагревательных приборов является нагревательный элемент. Материал для его изготовления подбирается в зависимости от назначения электронагревательного прибора.

Вложенные файлы: 1 файл

Технология электронагревательных приборов.doc

БЫТОВЫЕ ЭЛЕКТРОНАГРЕВАТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ

Большинство бытовых электронагревательных приборов работает на основе теплового действия электрического тока, которое впервые было изучено русским академиком Э. Х. Ленцем и английским физиком Дж. Джоулем.

Электронагрев по сравнению с нагревом от открытого пламени имеет ряд неоспоримых преимуществ. Так, если сравнивать электронагрев с наиболее совершенным нагревом от газовой плиты, то для её разжигания требуются дополнительные источники открытого пламени. Кроме того, газ ядовит и взрывоопасен, при его горении расходуется кислород и выделяются вредные для жизни человека продукты. Открытое пламя чаще становится источником пожара.

По своему назначению электронагревательные приборы делятся на приборы для приготовления пищи, кипячения воды, дополнительного обогрева жилища, для личной гигиены и глажения, а также электронагревательные инструменты (паяльник, электронагреватель и др.).

Основной частью всех электронагревательных приборов является нагревательный элемент. Материал для его изготовления подбирается в зависимости от назначения электронагревательного прибора.

Нагревательные элементы в приборах для приготовления пищи, кипячения воды, во многих приборах для обогрева жилища работают при высоких температурах (800-850 0 С), поэтому материал для их нагревателей должен иметь высокую температуру плавления (1000 0 С и выше).

Лечебно-гигиенические приборы (электрогрелки, электробинты, электроодеяла), а также приборы для поддержания пищи в горячем состоянии (мармиты) работают при температурах, не превышающих нескольких десятков градусов, но предъявляют повышенные требования к качеству изоляционных материалов нагревателя.

Выбор материала для нагревателей определяется также габаритами изделия. Чем меньше размеры нагревательного элемента, тем выше должно быть его удельное сопротивление. В этом случае применяют сплавы нихром и фехраль, удельное сопротивление которых в 8-10 раз превышает удельное сопротивление стали и тантала (табл. 12).

Первые электронагревательные приборы появились в конце XIX века и получили широкое распространение после создания в 1905 году сплава никеля, хрома и железа – нихрома, обладающего большим удельным сопротивлением и способного длительное время выдерживать высокую температуру, не расплавляясь и не окисляясь. Этим требованиям удовлетворяют также константан, фехраль и железохромалюминиевые сплавы, 500, 900 и 1400 0 С соответственно.

Для изготовления нагревательных элементов используют проволоку и ленту из сплавов с высоким удельным сопротивлением, которая быстро нагревается при прохождении электрического тока. Для придания электронагревательному элементу компактности проволоку диаметром 0,3…0,6 мм свивают в спираль, а ленту наматывают на пластины из твёрдых диэлектриков.

Нагревательный элемент изолируют от корпуса прибора. Для этого используют материалы с высокими диэлектрическими свойствами – твёрдые и порошкообразные. К твёрдым диэлектрикам относят слюду, фарфор и шамот (огнеупорная глина), к порошкообразным – алунд (окись алюминия), кварцевый песок и окись магния.

Электронагревательные элементы бывают открытого и закрытого типа, а также герметизированные.

Электронагревательные элементы открытого типа

Нагревательные элементы открытого типа обычно имеют вид спирали, размещённой в канавках электроизоляционного материала или подвешенной на изоляторах (рис. 90).

Эти нагревательные элементы обладают как достоинствами (простотой конструкции, доступностью при ремонте, достаточной дешевизной), так и недостатками: спираль интенсивно окисляется кислородом воздуха, возможно замыкание её витков, при перегорании может произойти замыкание спирали на корпус прибора или соприкосновение с нагреваемым объектом, не исключено также случайное прикосновение человека к спирали. Таким образом, открытые нагревательные элементы существенно увеличивают реальную опасность поражения человека электрическим током.

Электронагревательные элементы закрытого типа

Закрытые нагревательные элементы имеют спираль, защищённую оболочкой из изоляционного материала. Такой защитной оболочкой могут служить керамические бусы, надетые на спираль (рис. 91). Бусы защищают спираль от механических повреждений, препятствуют замыканию на корпус при её перегорании, но не препятствуют доступу воздуха к спирали, а, следовательно, и окислению.

Такие нагревательные элементы можно встретить в электроутюгах, электрочайниках, электроплитках. Эти элементы в случае неисправности не подлежат ремонту (замене).

Нагревательные элементы закрытого типа могут иметь и иное конструктивное исполнение. Например, спираль из проволоки с высоким удельным сопротивлением помещают в канавки, сделанные в чугунном корпусе. Пространство между корпусом и спиралью заполняют порошкообразным наполнителем и закрывают асбестовым листом и железной крышкой. Такие элементы более надёжны в работе, но ремонту не подлежат. Иногда спираль размещают в кварцевой трубке, как, например, в электронагревателях для аквариумов.

Трубчатые электронагревательные элементы (ТЭН)

Герметизированные нагревательные элементы на сегодняшний день наиболее совершенны (см. рис. 92). Нагревательная спираль в них помещается в трубку и изолируется от её стенок кварцевым песком или порошком окиси алюминия. Трубка может быть изготовлена из латуни или нержавеющей стали. Для защиты спирали от воздействия воздуха концы трубки герметизируют электроизоляционными втулками, залитыми стекловидной температуростойкой эмалью.

Нагревательные элементы этого типа долговечны и надёжны в работе. Трубчатые электронагревательные элементы (ТЭН) нашли широкое применение в различных современных бытовых электронагревательных приборах (см. рис. 93).

В качестве примера рассмотрим устройство электроплитки и утюга.

Основным конструктивным элементом электроплитки является конфорка. Наиболее распространены чугунные и трубчатые конфорки.

Корпус чугунной конфорки достаточно массивен, что придаёт ему стойкость при резких колебаниях температуры и исключает возможность коробления поверхности конфорки (рис. 93). Такие конфорки имеют хороший тепловой контакт с посудой. В чугунных конфорках в пазы на внутренней поверхности укладывают 2-3 проволочных нагревательных элемента. Концы нагревательных элементов соединяют с переключателем, позволяющим включать элементы поочерёдно, последовательно или параллельно. При этом имеется возможность регулировать мощность конфорки и количество выделяемого ею тепла. Регулирование температуры нагрева возможно и при одном нагревательном элементе, если последовательно с ним включить терморегулятор. Максимальная температура на поверхности конфорки обычно составляет около 500 0 С.

Трубчатые конфорки состоят из одного или двух ТЭНов, которым также придают форму спиралей. Для лучшего теплообмена с посудой рабочую поверхность ТЭНа делают плоской. С целью повышения КПД конфорки под ТЭН устанавливают отражатель из нержавеющей стали. Температура на поверхности трубчатой конфорки порядка 650-800 0 С. Коэффициент полезного действия у чугунных конфорок 65%, у трубчатых – 75%.

Следует отметить, что достаточно высокие коэффициенты полезного действия электроплит с чугунными и трубчатыми конфорками реализуются при приготовлении пищи в высококачественной посуде. Такая посуда должна иметь ровное, плоское дно, по размеру несколько превосходящее диаметр конфорки. Наличие деформаций и изгибов создаёт зазор между дном посуды и поверхностью конфорки, что резко снижает коэффициент полезного действия до 35-50% и приводит к перерасходу электроэнергии. Этот недостаток можно компенсировать, имея в квартирах с электроплиткой другие электронагревательные приборы: для кипячения воды – электрочайник, электросамовар или водонагреватель погружного типа. Для приготовления жареных блюд полезно иметь электросковородку, электрогриль, электрошашлычницу, электротостер и др. Коэффициент полезного действия таких приборов достигает 95-97%, поэтому их использование даёт значительную экономию электроэнергии по сравнению с кипячением воды на электроплите.

Многие бытовые электронагревательные приборы снабжены устройством для регулирования температуры – терморегулятором. Наиболее распространённым является биметаллический терморегулятор.

В основе устройства биметаллического терморегулятора лежит биметалл ическая пластина (рис. 94). Это небольшая пластина, спаянная или склепанная из полосок двух видов металлов с различной теплопроводностью (обычно стали и меди). Тепловое расширение пластин из разных металлов неодинаково, у медной пластины оно больше, поэтому при нагревании медная часть удлиняется больше стальной, что приводит к изгибанию биметаллической пластины. Если на биметаллической пластине установить контакты, то при нагревании они будут замыкаться или размыкаться в зависимости от положения неподвижного контакта, расположенного вне пластины.

Принцип работы биметаллического регулятора показан на рисунке 95.

При периодическом нагревании и охлаждении биметаллической пластины её температура будет колебаться около некоторого среднего значения T_ср. Для изменения указанной средней температуры можно:

• увеличить зазор между толкателем и подвижной пластиной;
• изменить силу давления между контактами с помощью винта, как показано на рисунке 96.

Рассмотрим устройство современного электроутюга.

Наибольшее распространение в настоящее время получили утюги с терморегулятором, которые быстро нагреваются до рабочей температуры. Они обладают небольшой массой, удобны в эксплуатации, экономичны: сокращают расход электроэнергии при глажении на 10-15%. Такие утюги позволяют обрабатывать ткани в заданном тепловом режиме, что способствует их сохранению. На ручке терморегулятора отмечены положения, соответствующие температурам обработки различных видов тканей (рис. 97).

Тепловое действие тока Закон Джоуля-Ленца Электронагревательные приборы Лисовская Ирина Александровна, учитель физики ГБОУ гимназия 148 имени Сервантеса, — презентация

Презентация на тему: » Тепловое действие тока Закон Джоуля-Ленца Электронагревательные приборы Лисовская Ирина Александровна, учитель физики ГБОУ гимназия 148 имени Сервантеса,» — Транскрипт:

1 Тепловое действие тока Закон Джоуля-Ленца Электронагревательные приборы Лисовская Ирина Александровна, учитель физики ГБОУ гимназия 148 имени Сервантеса, г.Санкт-Петербург

2 Верите ли вы, что 2 ученых, работающих в разных странах и не знакомые друг с другом, почти одновременно сделали одно и то же открытие? Физический закон носит имена владельца пивоваренного завода и ректора Санкт-Петербургского университета? В конце 19 века Россию называли родиной света? Электрическая лампа чаще перегорает в момент замыкания тока и очень редко в момент размыкания? Наибольший расход электроэнергии в наших квартирах приходится на освещение?

3 Интерактивный тренинг на знание формулы мощности электрического тока collection.edu.ru/dlrstore/669ba075-e dc-95ff c9a66/3_19.swf collection.edu.ru/dlrstore/669ba075-e dc-95ff c9a66/3_19.swf 6 стр

10 Работа с учебником Как можно объяснить нагревание проводника электрическим током? Попробуйте сформулировать это в виде ключевых словосочетаний 1. Эл. поле совершает работу по перемещению свободных зарядов 2. Взаимодействие направленно движущихся свободных зарядов с ионами вещества 3. Передача энергии ионам 4. Работа тока приводит к увеличению внутренней энергии проводника 5. Если проводник неподвижен, то А тока = Q. Значит Q = UIt

11 collection.edu.ru/dlrstore/669ba076-e dc-95ff c9a66/3_20.swf collection.edu.ru/dlrstore/669ba076-e dc-95ff c9a66/3_20.swf 3 стр. и 4 стр.

12 Степень нагрева проводника зависит от его СОПРОТИВЛЕНИЯ При последовательном соединении I = const, Q = I 2 Rt, (чем больше R, тем больше Q) значит сильнее нагреется проводник с большим сопротивлением При параллельном соединении U= const, Q = U 2 t/R, ( чем меньше R, тем больше Q) значит сильнее нагреется проводник с меньшим сопротивлением

13 Задача 1 группе ι – длина проводника; ι 1 = ι 2 ρ – удельное сопротивление проводника ; ρ 1 = ρ 2 S — площадь поперечного сечения проводника; S 1 > S 2 t – время протекания тока; t 1 = t 2 Сравните количества теплоты, выделяемые проводниками при таком их соединении 1 2

14 Решение задачи 1 группы 1.Проводники соединены параллельно, значит U 1 = U 2 = const. Q = Ult, Q = Ut (U/ R), т.е Q = U 2 t/R (Q обратно пропорционально R) Значит проводник с МЕНЬШИМ сопротивлением выделит БОЛЬШЕЕ количество теплоты) 2. R = ρι/S, (R обратно пропорционально S при прочих равных условиях) Поскольку S 1 > S 2, значит R 1

15 Задача 2 группе ι – длина проводника; ι 1 = ι 2 ρ – удельное сопротивление проводника ; ρ 1 = ρ 2 S — площадь поперечного сечения проводника; S 1 > S 2 t – время протекания тока; t 1 = t 2 Сравните количества теплоты, выделяемые проводниками при таком их соединении 1 2

16 Решение задачи 2 группы 1.Проводники соединены последовательно, значит l 1 = l 2 = const. Q = Ult, Q = lt ( lR ), т.е Q = l 2 Rt (Q прямо пропорционально R) Значит проводник с БОЛЬШИМ сопротивлением выделит БОЛЬШЕЕ количество теплоты и наоборот) 2. R = ρι/S, (R обратно пропорционально S при прочих равных условиях) Поскольку S 1 > S 2, значит R 1

17 Задача 3 группе В цепь включены параллельно медная и стальная проволоки равной длины и сечения. В какой из проволок выделится большее количество теплоты за одно и то же время?

18 Решение задачи 3 группы 1.Пусть 1 проводник медный, а 2 стальной. Проводники соединены параллельно, значит U 1 = U 2 = const. Q = Ult, Q = Ut (U/ R), т.е Q = U 2 t/R (Q обратно пропорционально R) Значит проводник с МЕНЬШИМ сопротивлением выделит БОЛЬШЕЕ количество теплоты) 2. R = ρι/S, (R прямо пропорционально ρ при прочих равных условиях) Поскольку ρ 1

19 Ответьте на вопросы 1.Как изменится количество теплоты, выделяемое проводником с током, если силу тока в проводнике увеличить в 2 раза? (увеличится в 4 раза, поскольку Q = l 2 Rt, т.е. Q = (2l) 2 Rt, Q = 4l 2 Rt ) 2.2 лампы, соединённые последовательно, подключены к источнику тока. Сопротивление первой лампы меньше, чем у второй. Какая лампа будет гореть ярче при замыкании цепи? (вторая лампа, т.к. при последовательном соединении Q = l 2 Rt, ( т.е. Q

R),токи в лампах одинаковы, больше тепла выделяет и поэтому ярче горит лампа с большим сопротивлением ) 3.2 лампы, соединённые параллельно, подключены к источнику тока. Сопротивление первой лампы меньше, чем у второй. Какая лампа будет гореть ярче при замыкании цепи? (первая лампа, т.к. при параллельном соединении Q = U 2 t/R ( т.е. Q

1/ R), напряжение на лампах одинаковы. Больше тепла выделяет и поэтому ярче горит лампа с меньшим сопротивлением)

20 Применение теплового действия тока

21 Применение теплового действия тока Посмотрите видеоролик и составьте по нему 2 вопроса другим командам (желательно 1 «тонкий» и 1 «толстый») type=news&doc_id=322232

23 ЛАМПА НАКАЛИВАНИЯ 1 колба; 2 полость колбы (вакуумированная или наполненная газом); 3 тело накала; 4, 5 электроды (токовые вводы); 6 крючки-держатели тела накала; 7 ножка лампы; 8 внешнее звено токоввода, предохранитель; 9 корпус цоколя; 10 изолятор цоколя (стекло); 11 контакт донышка цоколя.

24 Двойная спираль (биспираль) лампы В современных лампах применяются спирали из вольфрама спирали Рабочая температура спирали градусов. Колбы ламп наполняют инертным газом (азотом, аргоном), что резко уменьшает скорость испарения вольфрама, благодаря чему увеличивается срок службы лампы и возрастает её КПД (КПД всего 5%)азотомаргоном Т. к. металлы имеют малое удельное сопротивление, для достижения необходимого сопротивления нужен длинный и тонкий проводметаллыудельное сопротивление Для уменьшения размеров тела накала ему обычно придаётся форма спирали При включении лампы протекает очень большой ток (в десять четырнадцать раз больше рабочего тока). Поэтому лампы чаще перегорают во время включения. По мере нагревания нити её сопротивление увеличивается и ток уменьшается

25 Энергосберегающие лампы Принцип действия : преобразовании электрической энергии, проходящей через нить, в световую. Строение: колба, наполненной парами ртути и аргоном пускорегулирующее устройство (стартер ) На внутреннюю поверхность колбы нанесено специальное вещество, называемое люминофор. Как это работает? Под действием высокого напряжения в лампе происходит движение электронов. Столкновение электронов с атомами ртути образует невидимое ультрафиолетовое излучение, которое, проходя через люминофор, преобразуется в видимый свет.

27 Энергосбережение в быту Бытовая техникаПричина повышенного потребления электроэнергии Способ решения проблемы Электрический чайник Включенный на 10 минут и полностью наполненный водой электрический чайник мощностью 1,5 кВт/ч увеличивает энергопотребление на 0,25 кВт/ч. Каждое утро 3 миллиона чайников, включаемые как по команде, потребляют 0,75 млн кВт/ч, а в месяц — 22,5 млн кВт/ч (для сравнения, месячная выработка электроэнергии одной из крупнейших электростанций столичного региона — ГРЭС-24 — составляет 195,3 млн кВт/ч). Наливайте утром нужное для чашки чая количество воды — например, четверть чайника. В результате многократного нагревания и кипячения воды на внутренних стенках электрочайника образуется накипь, которая обладает малой теплопроводностью. Поэтому вода в таком чайнике нагревается медленно Своевременно удаляйте из электрочайника накипь

28 Электрическая плита При выборе посуды, которая не соответствуют размерам электроплиты, теряется 5-10% энергии. Посуда с искривлённым дном может привести к перерасходу электроэнергии до % Для экономии электроэнергии на электроплитах надо применять посуду без дефектов и с дном, которое равно или чуть превосходит диаметр конфорки Быстрое испарение воды удлиняет время готовки на 20-30% При приготовлении пищи желательно закрывать кастрюлю крышкой. После закипания пищи лучше перейти на низкотемпературный режим готовки Стиральная машина При неполной загрузке стиральной машины происходит перерасход электроэнергии примерно на 10-15%. При неправильной программе стирки — до 30%. Не следует пренебрегать инструкцией к стиральной машине, где изложены особенности каждого из режимов ее работы и нормативы загрузки белья

29 Осветительны е приборы При неправильном подборе осветительных приборов и использовании устаревшей электробытовой техники перерасход электроэнергии составляет до 50% Замена ламп накаливания компактными люминесцентными лампами обеспечит, по крайней мере, 4-хкратную экономию электроэнергии. Современная энергосберегающая лампа служит 10 тысяч часов, в то время как лампа накаливания — в среднем 1,5 тысячи часов, то есть в 6-7 раз меньше. Но при этом ее стоимость — примерно вдвое больше. Компактная люминесцентная лампа напряжением 11 Вт заменяет лампу накаливания напряжением в 60 Вт. Затраты окупаются менее чем за год, а служит она 3-4 года. Кроме того, не надо пренебрегать естественным освещением. Светлые шторы, светлые обои и потолок, чистые окна, умеренное количество цветов на подоконниках увеличат освещенность квартиры и офиса и сократят использование светильников

30 Холодильник Если вы поставите холодильник в комнате, где температура достигает 30 0 С, то потребление энергии удвоится Холодильник надо ставить в самое прохладное место кухни, желательно возле наружной стены, но ни в коем случае не рядом с плитой Утюг Чтобы отгладить пересушенное белье, нужен более горячий утюг, а значит, энергопотребление больше Чтобы немного сэкономить при глажке, оставляйте белье чуть-чуть недосушенным Пылесос При использовании пылесоса на треть заполненный мешок для сбора пыли ухудшает всасывание на 40%, соответственно, на эту же величину возрастает расход потребления электроэнергии Чаще опорожняйте пылесборник вашего пылесоса

31 Ответьте на вопросы 1.Из какого материала необходимо изготовлять спирали для лампочек накаливания? 2.Объясните, почему провода, подводящие ток к электрической лампочке, практически не нагреваются, в то время как нить лампочки раскаляется добела? 3.Если на волоске электролампы образуется изъян(утоньшение), то место изъяна накаляется сильнее остальной части волоска. Почему? 4.Какими свойствами должен обладать металл, из которого изготовляют спирали нагревательных элементов?

32 Верите ли вы? 2 ученых, работающих в разных странах и не знакомые друг с другом, почти одновременно сделали одно и то же открытие? Физический закон носит имена владельца пивоваренного завода и ректора Санкт-Петербургского университета? В конце 19 века Россию называли родиной света? Электрическая лампа чаще перегорает в момент замыкания тока и очень редко в момент размыкания? Наибольший расход электроэнергии в наших квартирах приходится на освещение? И это действительно так!

33 Создайте свой Синквейн 1. название темы одним словом, 2. два прилагательных, характеризующих тему 3. три глагола, описывающие самое важное в теме 4. словосочетание из 4х слов, показывающее отношение к теме 5. резюме (краткий вывод) Ток Необходимый, опасный Движет, нагревает, убивает Мы все его заложники Ток есть — есть контакт!

34 Д.З. §53,54, упр. 27, задание 8 – по желанию. Спасибо за сотрудничество!