El principio de calentamiento de las mantas eléctricas

El principio de calentamiento de las mantas eléctricas

1. Efecto térmico de la corriente eléctrica

Cuando la corriente eléctrica pasa a través de conductores metálicos, los conductores generan calor debido a la resistencia eléctrica, lo que hace que la temperatura del conductor aumente. Este fenómeno se llama efecto térmico de la corriente eléctrica. La manta eléctrica es un aparato calefactor que utiliza cables calefactores eléctricos para generar calor a través de la electricidad, que es una aplicación específica del efecto térmico.

2. Resistencia de los conductores

Cuando los electrones fluyen a lo largo de un conductor, chocan y rozan constantemente contra los átomos, produciendo una especie de resistencia. Esta resistencia se llama resistencia eléctrica. En diferentes conductores, la resistencia que experimenta la corriente eléctrica no es completamente igual. Incluso para el mismo material, la resistencia a la corriente eléctrica también se relaciona con la temperatura, la longitud y el área de la sección transversal- del conductor. Si el área de la sección transversal-es la misma, entonces cuanto más largo sea el conductor, mayor será la resistencia. Si la longitud es la misma, cuanto menor sea el área de la sección transversal-, mayor será la resistencia. Esto es lo que comúnmente se dice: la resistencia eléctrica es proporcional a la longitud del conductor que transporta corriente-e inversamente proporcional a su área de sección transversal-. Generalmente se expresa mediante la siguiente fórmula:

Dónde
R - resistencia del conductor, unidad: ohmio;
L - longitud del conductor, unidad: metro;
resistividad ρ - (consulte la Tabla 1 para conocer la resistividad de los materiales comúnmente utilizados);
S - área de sección transversal-del conductor, unidad: metro cuadrado.

Tabla 1

Los materiales utilizados para los cables calefactores de las mantas eléctricas son generalmente alambres de níquel-cromo o alambres de constanten, y un pequeño número también utiliza alambres de aleación de manganina.

3. Energía de calefacción eléctrica

La potencia de calentamiento eléctrico se refiere a la cantidad de calor liberada por la resistencia por unidad de tiempo. Cuando la cantidad de calor liberada por unidad de tiempo es grande, decimos que tiene un alto poder calorífico. Cuando la potencia calorífica es pequeña, la cantidad de calor liberada también lo es. La manta eléctrica es en realidad un generador de calor de pequeña-potencia y baja-temperatura. Su potencia se puede determinar en función de la superficie de la manta eléctrica. Debido a que la manta eléctrica utiliza la resistencia interna de los cables de níquel-cromo para generar calor para calentarse, su método de cálculo de potencia puede seguir el método de circuitos resistivos puros. Normalmente, la potencia de dicho circuito se puede calcular con las siguientes fórmulas:

Dónde
P - potencia de la manta eléctrica, unidad: vatio;
U - voltaje de alimentación de la manta eléctrica, unidad: voltio;
I - corriente eléctrica que pasa a través del conductor de la manta eléctrica, unidad: amperio.

Por ejemplo, si una manta eléctrica está conectada a una fuente de alimentación de 220 voltios y la corriente que la atraviesa es de 0,45 A, entonces su potencia es de 100 vatios.

4. Conversión de energía

Las mantas eléctricas convierten la energía eléctrica en energía térmica. La ley de Joule es la relación proporcional fija entre la energía eléctrica y la energía térmica, proporcionando una base para el análisis cuantitativo entre ellas. El calor Q liberado cuando la corriente eléctrica pasa a través de un conductor es proporcional al cuadrado de la corriente I, la resistencia R del conductor y el tiempo t durante el cual pasa la corriente. Eso es:

Dónde
0.24 - coeficiente;
Q - calor liberado, unidad: caloría;
t - tiempo, unidad: segundo.

El significado de esta fórmula es que cuando la corriente pasa a través de un conductor con resistencia R, dentro del tiempo t puede producir calor I²Rt. Por ejemplo, una manta eléctrica de 100 vatios puede liberar 86400 calorías de calor en una hora, que se calcula según esta fórmula.

Dado que el cable calefactor genera calor de manera uniforme, solo es necesario colocarlo uniformemente dentro de una tela o mantas de tamaño similar al de la cama. El calor generado por el cable calefactor calentará la superficie del tejido, dándole a la superficie una cierta temperatura para el calentamiento humano. Es decir, el cable calefactor convierte la energía eléctrica en energía térmica, forma una temperatura superficial a través de la conducción de calor y existe una diferencia de temperatura entre la temperatura de la superficie y el cable calefactor. Debido a que la dirección principal de transferencia de calor es de abajo hacia arriba, es razonable utilizar mantas eléctricas como mantas de cama o cubrecolchones.