какое действие электрического тока используется в конструкции электрокипятильника
Какое действие электрического тока используется в конструкции электрокипятильника
Установите соответствие между техническими устройствами и физическими явлениями, лежащими в основе принципа их действия. К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию из второго столбца.
| ТЕХНИЧЕСКИЕ УСТРОЙСТВА | ФИЗИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ |
Запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.
В отличие от металлических проводников, где переносчиками электричества являются электроны, в электролитах ими служат ионы. При прохождении электрического тока через электролит на электродах оседают вещества, которые содержатся в виде химического соединения в электролите. Таким образом, наблюдается химическое действие электрического тока. (А — 4).
В электрическом кипятильнике происходит нагрев рабочей поверхности за счет прохождения по ней электрического тока, что является подтверждением теплового действия тока. (Б — 3).
Действия электрического тока: тепловое, химическое, магнитное, световое и механическое
Электрический ток в цепи всегда проявляется каким-нибудь своим действием. Это может быть как работа в определенной нагрузке, так и сопутствующее действие тока. Таким образом, по действию тока можно судить о его наличии или отсутствии в данной цепи: если нагрузка работает — ток есть. Если типичное сопутствующее току явление наблюдается — ток в цепи есть, и т. д.
Вообще, электрический ток способен вызывать различные действия: тепловое, химическое, магнитное (электромагнитное), световое или механическое, причем разного рода действия тока зачастую проявляются одновременно. Об этих явлениях и действиях тока и пойдет речь в данной статье.
Тепловое действие электрического тока
При прохождении постоянного или переменного электрического тока по проводнику, проводник нагревается. Такими нагревающимися проводниками в разных условиях и приложениях могут выступать: металлы, электролиты, плазма, расплавы металлов, полупроводники, полуметаллы.
Выделяемое на участке цепи количество теплоты зависит от приложенного к этому участку напряжения, значения протекающего тока и от времени его протекания (Закон Джоуля — Ленца).
Преобразовав закон Ома для участка цепи, можно для вычисления количества теплоты использовать либо напряжение, либо силу тока, но тогда обязательно необходимо знать и сопротивление цепи, ведь именно оно ограничивает ток, и вызывает, по сути, нагрев. Или, зная ток и напряжение в цепи, можно так же легко найти количество выделяемой теплоты.
Химическое действие электрического тока
Электролиты, содержащие ионы, под действием постоянного электрического тока подвергаются электролизу — это и есть химическое действие тока. К положительному электроду (аноду) в процессе электролиза притягиваются отрицательные ионы (анионы), а к отрицательному электроду (катоду) — положительные ионы (катионы). То есть вещества, содержащиеся в электролите, в процессе электролиза выделяются на электродах источника тока.
Например, в раствор определенной кислоты, щелочи или соли погружают пару электродов, и при пропускании электрического тока по цепи на одном электроде создается положительный заряд, на другом — отрицательный. Ионы содержащиеся в растворе начинают откладываться на электроде с противоположным зарядом.
Химическое действие электрического тока используется в промышленности, например, для разложения воды на составляющие ее части (водород и кислород). Также электролиз позволяет получать некоторые металлы в чистом виде. С помощью электролиза покрывают тонким слоем определенного металла (никеля, хрома) поверхности — это нанесение гальванических покрытий и т.д.
В 1832 году Майкл Фарадей установил, что масса m вещества, выделившегося на электроде, прямо пропорциональна электрическому заряду q, прошедшему через электролит. Если через электролит пропускается в течение времени t постоянный ток I, то справедлив первый закон электролиза Фарадея:
Здесь коэффициент пропорциональности k называется электрохимическим эквивалентом вещества. Он численно равен массе вещества, выделившегося при прохождении через электролит единичного электрического заряда, и зависит от химической природы вещества.
Магнитное действие электрического тока
При наличии электрического тока в любом проводнике (в твердом, жидком или газообразном) наблюдается магнитное поле вокруг проводника, то есть проводник с током приобретает магнитные свойства.
Так, если к проводнику, по которому течет ток, поднести магнит, например в виде магнитной стрелки компаса, то стрелка повернется перпендикулярно проводнику, а если намотать проводник на железный сердечник, и пропустить по проводнику постоянный ток, то сердечник станет электромагнитом.
В 1820 году Эрстед открыл магнитное действие тока на магнитную стрелку, а Ампер установил количественные закономерности магнитного взаимодействия проводников с током.
В 1831 году, Фарадей установил, что изменяющееся магнитное поле от одного контура порождает ток в другом контуре: генерируемая ЭДС пропорциональна скорости изменения магнитного потока. Логично, что именно магнитное действие токов используется по сей день и во всех трансформаторах, а не только в электромагнитах ( например, в промышленных).
Световое действие электрического тока
В простейшем виде световое действие электрического тока можно наблюдать в лампе накаливания, спираль которой разогревается проходящим через нее током до белого каления и излучает свет.
Для лампы накаливания на световую энергию приходится около 5% от подведенной электроэнергии, остальные 95% которой преобразуется в тепло.
Люминесцентные лампы более эффективно преобразуют энергию тока в свет — до 20% электроэнергии преобразуется в видимый свет благодаря люминофору, принимающему ультрафиолетовое излучение от электрического разряда в парах ртути или в инертном газе типа неона.
Более эффективно световое действие электрического тока реализуется в светодиодах. При пропускании электрического тока через p-n переход в прямом направлении, носители заряда — электроны и дырки — рекомбинируют с излучением фотонов (из-за перехода электронов с одного энергетического уровня на другой).
Лучшие излучатели света относятся к прямозонным полупроводникам (то есть к таким, в которых разрешены прямые оптические переходы зона-зона), например GaAs, InP, ZnSe или CdTe. Варьируя состав полупроводников, можно создавать светодиоды для всевозможных длин волн от ультрафиолета (GaN) до среднего инфракрасного диапазона (PbS). КПД светодиода как источника света доходит в среднем до 50%.
Механическое действие электрического тока
Как было отмечено выше, каждый проводник, по которому течет электрический ток, образует вокруг себя магнитное поле. Магнитные действия превращаются в движение, например, в электродвигателях, в магнитных подъемных устройствах, в магнитных вентилях, в реле и т. д.
Механическое действие одного тока на другой описывает закон Ампера. Впервые этот закон был установлен Андре Мари Ампером в 1820 для постоянного тока. Из закона Ампера следует, что параллельные проводники с электрическими токами, текущими в одном направлении, притягиваются, а в противоположных — отталкиваются.
Законом Ампера называется также закон, определяющий силу, с которой магнитное поле действует на малый отрезок проводника с током. Сила, с которой магнитное поле действует на элемент проводника с током, находящегося в магнитном поле, прямо пропорциональна току в проводнике и векторному произведению элемента длины проводника на магнитную индукцию.
На этом принципе основана работа электродвигателей, где ротор играет роль рамки с током, ориентирующейся во внешнем магнитном поле статора вращающим моментом M.
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Подписывайтесь на наш канал в Telegram!
Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.
Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:
Как пользоваться кипятильником: устройство, принцип работы, безопасность
В жизни часто возникает необходимость в нагреве или кипячении воды. Горячая вода и кипяток в больших количествах используются для приготовления пищи, мытья посуды, стирки, влажной уборки.
Для бытовых нужд используются незначительные по размерам и мощности нагревательные приборы вроде кипятильников. В промышленности размеры кипятильников могут доходить до гигантских масштабов.
Классификация кипятильников
Кипятильники различаются областью использования, конструкцией и принципом действия.
В зависимости от области использования кипятильники бывают:
Бытовые кипятильники применяются в домашних условиях. Очень часто такие приборы используются для нагрева воды в кружке. Характеризуются небольшим объемом нагреваемой жидкости, малой мощностью и незначительными габаритами.
По принципу действия они могут быть:
В приборах непрерывного действия нагрев и разбор нагретой воды осуществляются одновременно. Такие кипятильники характеризуются большими размерами, значительной мощностью нагревательных элементов и высокой производительностью. Используются на предприятиях и в организациях общественного питания.
В аппаратах периодического действия приготовление кипятка и его разбор производятся в раздельном режиме. К данному типу нагревателей относятся простейшие типы чайников, котелков, самоваров, термопотов.
Характеризуются небольшими размерами, невысокой мощностью и малой производительностью.
При покупке погружного кипятильника обращайте внимание на наличие специальных отметок на спирали. Эти риски показывают максимальный уровень погружения прибора в воду.
В зависимости от вида используемого энергоносителя водонагревательные приборы могут быть:
В электрических приборах нагрев жидкости происходит за счет нагревания металлических элементов при прохождении по ним электрического тока.
В газовых кипятильниках основным рабочим элементом является газовая горелка. В качестве рабочей смеси используется природный газ и другие виды газовоздушных смесей.
Подобный аппарат устроен в виде газовой горелки, над которой расположена камера сгорания цилиндрической формы. Верхним сводом камеры является днище резервуара. Нагрев воды происходит за счет контакта стенок сосуда с открытым пламенем.
В твердотопливных приборах вместо газовой горелки установлена колосниковая решетка. Под решеткой размещается камера для сбора золы. Топку и зольную камеру оборудуют специальными чугунными или стальными дверцами.
Нагреватель на твердом топливе
Нагрев резервуара с водой осуществляется за счет действия открытого пламени. В качестве топлива используются дрова, уголь, бумага, картон и другие виды твердых горючих материалов.
В жидкотопливных кипятильниках в качестве рабочей горючей смеси используются нефтепродукты, спиртовые и легковоспламеняющиеся жидкости.
В процессе кипячения воду дезинфицируют и обеззараживают. В результате термических реакций удаляют растворенные в воде газы. Именно эти газы являются активной питательной средой для болезнетворных организмов.
В зависимости от рабочего положения кипятильники бывают:
В зависимости от геометрических параметров кипятильники различают:
В зависимости от степени автоматизации основных рабочих процессов:
В автоматизированных кипятильниках основные рабочие процессы происходят без участия человека.
В полуавтоматизированных приборах подача воды осуществляется вручную. Остальные процессы проходят в автоматическом режиме.
В неавтоматизированных все производственные процессы происходят при непосредственном участии обслуживающего персонала.
Как устроен электрический кипятильник
Погружной кипятильник
Погружной кипятильник представляет собой конструкцию из нагревательного элемента в виде спирали, колодки, провода питания с вилкой и зацепа (крючка).
Устройство погружного кипятильника
Оболочка нагревательного элемента выполнена из алюминия, латуни, меди или железа с никелированным покрытием. Зацеп предназначен для установки прибора в сосуд с водой.
Водонагреватели проточного типа
Электрокипятильники проточного типа используются в помещениях с централизованным водоснабжением.
Чаще всего используются в учреждениях общественного питания, образовательных и лечебных учреждениях, барах, кафе, ресторанах с большим количеством посетителей.
Нагрев и кипячение позволяют значительно смягчить воду. Происходит это в результате выделения в осадок солей кальция и магния. Молекулы именно этих веществ определяют временную жесткость воды.
Кипятильник воды проточный
Производительность кипятильников проточного типа составляет от 50 до 150 литров в час. Мощность оборудования — 2-5 кВт.
Водонагреватели гейзерного типа
Водонагреватели гейзерного типа часто используют для приготовления горячих напитков (кофе, чай, какао и др.) в домашних условиях.
Аппарат автоматически включается при понижении уровня воды или снижении температуры напитка до 85 градусов.
Водонагреватели заливного типа
Заливные электрокипятильники используются в помещениях без централизованного водоснабжения. Емкости заливных кипятильников наполняют водой вручную. Уровень воды определяют визуально либо по специальной отметке.
Водонагреватель заливного типа
Для удаления капель при парообразовании используется специальный каплесборник. Имеется автоматический переход в режим подогрева и экономии электроэнергии. Специальный датчик не позволяет включится аппарату при отсутствии или недостаточном уровне воды.
Характеризуются небольшой мощностью (до 2 кВт), экономичностью, мобильностью, невысокой стоимостью. Объем нагреваемой воды составляет 5-40 литров в час.
Принцип работы электрического кипятильника
Принцип работы любого кипятильника зависит от его конструкции и предназначения.
Погружной кипятильник
Принцип действия погружного кипятильника заключается в нагреве металла нагревательного элемента под воздействием электрического тока. Посредством теплопередачи осуществляется подогрев и кипячение воды.
Проточный нагреватель
Принцип действия заключается в беспрерывном поступлении холодной проточной воды. С помощью нагревательных элементов воду нагревают до температуры +35 °С…+100 °С.
По завершении рабочего цикла прибор автоматически выключается. Слив воды осуществляется посредство кранового смесителя. Излишки нагретой воды выводятся через дренажный патрубок.
Нагреватель гейзерного типа
В верхней части аппарата имеется специальное ситечко-фильтр. В это ситечко насыпается завариваемый порошок. В нижней части установлен нагревательный элемент для нагрева воды. При нагреве уровень жидкости поднимается и заваривает содержимое ситечка.
Наливной нагреватель
В нижней части емкости для воды установлена спираль теплонагревательного элемента (ТЭН). Под действием электрического тока спираль нагревает воду. Потребление горячей воды производится через крановый смеситель. Очередная порция холодной воды добавляется вручную.
Нагреватель заливного типа
Как пользоваться электрическим кипятильником
Перед использованием кипятильника проверяют соответствие характеристик прибора параметрам сети питания. Затем его погружают в воду ниже уровня воды. Перед извлечением прибор отключают от сети.
При покупке погружного кипятильника обращайте внимание на количество витков спирали нагревательного элемента. Чем больше количество витков, тем быстрее будет нагреваться вода.
Перед использованием наливного прибора его отключают от сети и заполняют емкость холодной водой. Устанавливают температуру нагрева воды. Плотно закрывают крышку. Включают аппарат в сеть.
Перед включением проточного водонагревателя проверяют уровень напора воды в кране. В случае необходимости производят регулировку напора. Затем выставляют необходимую температуру и включают прибор в сеть. По окончании работы прибора закрывают кран и отключают водонагреватель от сети.
Нагрев и кипячение воды в металлической посуде имеет самый лучший эффект. Высокий коэффициент теплоотдачи металла позволяет подогреть воду за несколько минут.
Техника безопасности и меры предосторожности
При работе с электрокипятильниками необходимо соблюдать следующие правила техники безопасности:
Неукоснительное соблюдение правил безопасности при использовании электроприборов является строго обязательным. Нарушение этих правил может привести к многочисленным травмам и значительному материальному ущербу.
§ 48. Действия электрического тока (окончание)
На рисунке 153 изображён прибор, который называют гальванометром. С помощью гальванометра можно судить о наличии тока, его направлении. В основе работы гальванометра лежит взаимодействие катушки с током и магнита. Стрелка прибора связана с подвижной катушкой, и когда в катушке появляется ток, она отклоняется.
Вопросы для самопроверки
1. Какие явления подтверждают существование электрического тока?
2. Как проявляется тепловое действие тока?
3. На каком опыте можно показать тепловое действие тока?
4. Приведите примеры магнитного действия тока.
5. В чём проявляется химическое действие тока?
6. Как можно на опыте наблюдать химическое действие тока?
7. Какое действие тока используется в работе гальванометра?
1. Укажите, какие действия электрического тока используются в следующих случаях: а) освещение комнаты электрической лампой; б) хромирование столовых приборов; в) нагревание воды в стакане электрическим кипятильником; г) работа электрической швейной машинки; д) нагревание электроутюга; е) золочение или серебрение ювелирных изделий; ж) работа аккумулятора автомобиля; з) приготовление пищи на электроплите. Перенесите таблицу 25 в тетрадь и запишите в неё эти примеры. Добавьте в таблицу свои примеры.
2. Как вы думаете, изменится ли действие электрического тока, если поменять местами проводники на полюсах источника тока на рисунках 140 и 150? Ответ поясните.
3. Составьте по рисунку 151 рассказ о работе электрического звонка.
Вопросы § 35
Физика А.В. Перышкин
1.Как можно наблюдать на опыте тепловое действие тока?
Тепловое действие тока можно наблюдать на проволоке, через которую пропускают электрический ток, она нагревается, удлиняется от нагревания и провисает. Если ток увеличить, можно нагреть проволоку докрасна. В лампах накаливания вольфрамовая спираль накаляется током до яркого свечения.
2. Как можно наблюдать на опыте химическое действие тока?
Химическое действие тока состоит в выделении веществ из растворов при прохождении через
них электрического тока — явление электролиза используется для получения чистых металлов. На опыте это можно продемонстрировать, пропуская ток через раствор медного купороса, получая на отрицательно заряженном электроде чистую медь.
3. Где используют тепловое и химическое действия тока?
Тепловое действие электрического тока используется в различных нагревательных приборах: плитах, утюгах, лампах накаливания, обогревателях воздуха и воды, полов, грелках и т.п. Химическое действие электрического тока используется в промышленном производстве чистых металлов и других веществ электролизом.
4. На каком опыте можно показать магнитное действие тока?
Магнитное действие электрического тока можно продемонстрировать следующим опытом. На железный гвоздь намотать медную проволоку в изоляции, концы которой подсоединить к источнику тока. Когда ток идет, к гвоздю примагничиваются мелкие железные предметы: скрепки, гвоздики, кнопки, как только цепь разрывается, магнитное действие пропадает, все осыпается.
5. Какое действие тока используют в устройстве гальванометра?
В устройстве гальванометра используют явление взаимодействия катушки с током и магнита.