Система обогрева на резистивных элементах

Самый непосредственный способ получить теплоту из электричества — это приложить напряжение к резистивному элементу, т. е. элементу, обладающему электрическим сопротивлением, и заставить ток течь через него. Если это сделать, то теплота будет генерироваться в виде инфракрасного (ИК) излучения. В некоторых случаях генерируется также видимое и/или ультрафиолетовое (УФ) излучение. Обогреватели на резистивных элементах иногда используются в местностях, где зима не очень холодная. Они не слишком хороши как единственный источник тепла для тех районов, где зимы суровые, хотя и могут служить в качестве дополнения к основной системе отопления. В некоторых летних домиках используются обогреватели на резистивных элементах для того, чтобы подогреть воз-52 дух весной, осенью или в ночное время.

Теплота, напряжение и сопротивление

Обогреватель на резистивном элементе. Способ, используемый в этом обогревателе, иногда называют «омическим нагревом». Нагревательный элемент — это сердце обогревателя; обычно он состоит из большой спирали или набора спиралей, сделанных из провода с большим электрическим сопротивлением. Этот провод может выдерживать высокие температуры, не расплавляясь и не разрушаясь. Источник питания переменного тока обеспечивает электрическую энергию. Количество тепла, которое выделяется резистивным элементом, зависит от приложенного к нему напряжения, а также от величины его сопротивления. Для определения величины напряжения в домашних сетях переменного тока используются термины эффективное значение напряжения или среднеквадратичное значение напряжения. Это такое значение переменного напряжения, которое, будучи приложенным к резистивному элементу, вызывает выделение такого же количества теплоты, какое вызвало бы постоянное напряжение того же численного значения. Если Е — это среднеквадратичное значение переменного напряжения источника питания в вольтах (В), a R — это сопротивление нагревательного элемента в омах (Ом), тогда мощность Р_Вт, выделенная элементом, в ваттах (Вт) выражается формулой:

Р_Вт = E²/R.

Стандартное среднеквадратичное значение напряжения в Америке составляет либо 117 В, либо 234 В плюс-минус несколько процентов.

Тепло, ток и сопротивление

Количество тепловой мощности, производимой резистивным элементом, также может быть определено, если известен ток I, который элемент получает от источника питания в амперах (А), а также известно его сопротивление в омах (Ом). В этом случае

Р_Вт = PR.

Эта формула (в предположении, что приложено только одно напряжение) справедлива в том и только том случае, если вся мощность, приложенная к резистивному элементу, преобразуется в теплоту. В обычных нагревателях это всегда именно так, даже если сам элемент накаляется докрасна.

Предыдущие формулы можно преобразовать для выражения тепловой мощности в Британских тепловых единицах в час (БТЕ/ч). В обоих случаях надо умножить мощность в ваттах на 3,41, тогда Р_БТЕ/ч равно:

Р_БТЕ/ч=3,41 E²/R, Р_БТЕ/ч=3,41 I²R.

Термостат имеет биметаллическую пластинку, которая изгибается, когда температура растет или падает, что приводите размыканию или замыканию контактов, которые пропускают ток к реле. Если температура падает ниже некоторой точки, то в катушку реле начинает поступать ток, контакты реле замыкаются и тем самым замыкают основную электрическую цепь, в результате ток течет через нагревательный элемент. Когда температура возрастает выше некоторой точки, биметаллическая пластинка изгибается в обратную сторону, контакты размыкаются, ток в катушку реле перестает поступать, контакты реле также размыкаются и тем самым размыкают основную электрическую цепь, в результате ток через нагревательный элемент более не проходит.