Принцип работы чайника. Принцип работы электрического чайника: устройство, эффективность и автоматическое отключение

Как устроен и работает электрический чайник. Сколько времени нужно для закипания воды. Насколько эффективны электрочайники. Как работает система автоматического отключения. Что такое механический эквивалент тепла.

Устройство и принцип работы электрического чайника

Электрический чайник — это простой, но очень эффективный бытовой прибор для нагрева воды. Его основные компоненты:

• Корпус
• Нагревательный элемент (ТЭН)
• Подставка с электрическими контактами
• Термостат и система автоматического отключения

Принцип работы электрочайника заключается в следующем:

1. При включении через нагревательный элемент на дне чайника проходит электрический ток.
2. ТЭН нагревается и передает тепло воде за счет теплопроводности.
3. Вода постепенно нагревается до температуры кипения.
4. Термостат отключает нагрев при закипании воды.

Таким образом, электрочайник преобразует электрическую энергию в тепловую, нагревая воду до нужной температуры.

Время закипания воды в электрочайнике

Сколько времени требуется электрочайнику, чтобы вскипятить воду? Это зависит от нескольких факторов:

• Мощность нагревательного элемента
• Объем воды
• Начальная температура воды
• Эффективность теплопередачи

В среднем, стандартный электрочайник мощностью 2000-3000 Вт закипает за 2-3 минуты при нагреве 1 литра воды комнатной температуры. Это значительно быстрее, чем нагрев такого же объема воды на газовой плите.

Чтобы понять, почему электрочайник так эффективен, рассмотрим физические основы процесса нагрева воды.

Физика нагрева воды в электрочайнике

Для нагрева 1 литра (1 кг) воды от 10°C до 100°C требуется 378 кДж энергии. Это значение рассчитывается по формуле:

E = c * m * ΔT

Где:

• E — энергия нагрева (Дж)
• c — удельная теплоемкость воды (4.2 Дж/г/°C)
• m — масса воды (1000 г)
• ΔT — разница температур (90°C)

Электрочайник мощностью 2400 Вт преобразует 2400 Дж электроэнергии в тепловую энергию каждую секунду. Поэтому теоретическое время закипания составит:

t = 378000 Дж / 2400 Вт = 157.5 секунд ≈ 2.6 минуты

Это хорошо согласуется с реальным временем закипания большинства электрочайников.

Эффективность электрических чайников

Электрические чайники — одни из самых эффективных бытовых приборов для нагрева воды. Их КПД может достигать 80-90%. Для сравнения, эффективность нагрева воды на газовой плите редко превышает 40-50%.

Высокая эффективность электрочайников обусловлена следующими факторами:

• Прямой контакт нагревательного элемента с водой
• Минимальные потери тепла благодаря закрытой конструкции
• Автоматическое отключение при закипании

Однако при оценке общей эффективности следует учитывать и КПД производства электроэнергии, которое составляет около 30-40%. С учетом этого, общая эффективность использования электрочайника составляет около 25-35%.

Как работает система автоматического отключения чайника?

Современные электрочайники оснащены системой автоматического отключения, которая срабатывает при закипании воды. Это обеспечивает безопасность и экономию энергии. Как же работает эта система?

Основной элемент системы автоотключения — биметаллический термостат. Он состоит из двух металлических пластин с разными коэффициентами теплового расширения. При нагревании пластины изгибаются, размыкая электрическую цепь.

Процесс автоотключения происходит следующим образом:

1. При закипании воды образуется пар
2. Пар поднимается по специальной трубке к термостату
3. Биметаллическая пластина нагревается и изгибается
4. Контакты размыкаются, прерывая подачу тока на нагревательный элемент
5. Чайник выключается

Эта простая и надежная система обеспечивает безопасность использования электрочайника и предотвращает перерасход электроэнергии.

Проточные водонагреватели: быстрее чайника

Для тех, кому нужна горячая вода еще быстрее, существуют проточные водонагреватели мгновенного действия. Они способны нагреть небольшой объем воды (1-2 чашки) за 20-30 секунд.

Как им это удается? За счет комбинации двух факторов:

• Более мощный нагревательный элемент (3000-3500 Вт)
• Меньший объем нагреваемой воды

Проточные нагреватели эффективны, когда нужно быстро получить небольшое количество горячей воды. Однако для больших объемов они менее практичны, чем обычные электрочайники.

Механический эквивалент тепла: опыт Джоуля

Принцип работы электрочайника иллюстрирует фундаментальный закон сохранения энергии. Этот закон был экспериментально подтвержден английским физиком Джеймсом Прескоттом Джоулем в середине XIX века.

Джоуль провел серию опытов, в которых механическая энергия падающего груза преобразовывалась в тепловую энергию воды. Он доказал, что количество механической энергии в точности равно количеству выделившегося тепла.

Этот эксперимент позволил установить «механический эквивалент тепла» — соотношение между механической работой и тепловой энергией. Сегодня мы знаем, что 1 калория тепла эквивалентна 4.18 джоулям механической работы.

Понимание этого соотношения легло в основу термодинамики и позволило создать множество эффективных устройств для преобразования энергии, включая электрические чайники.

Принцип работы и ремонт электрочайника

Главная » Статьи » Бытовая техника

Бытовая техника

Просмотров 6.8k. Опубликовано 07.06.2018 Обновлено 07.06.2018

Сейчас широкое применение получили беспроводные электрические чайники. Вот их мы и рассмотрим более детально.

Электрочайник состоит из корпуса, нагревательного элемента (ТЭН), автоматического выключателя и подошвы с электрошнуром.

Принцип работы электрочайника

При нажатии на кнопку выключателя  на ТЭН подаётся, через электрошнур и контакты на подошве, напряжение и вода в чайнике начинает нагреваться. После того как вода закипит, пар поступает к автоматическому выключателю через ручку чайника или трубку в корпусе. Пар нагревает биметаллическую пластину в выключателе, при нагревании она изгибается и чайник отключается.

Воду в электрочайник обязательно необходимо наливать по уровню. На корпусе чайника есть метки: MIN (минимум) и MAX (максимум). Если воды в чайнике будет больше чем MAX, то она при кипении будет выплёскиваться из него. А если воды будет меньше MIN, то вы можете перегреть ТЭН, который выйдет из строя.

Перед тем как включать электрочайник необходимо убедиться, что крышка чайника плотно закрыта. Иначе пар будет выходить через неплотно закрытую крышку и биметаллическая пластина на выключателе не изогнётся, и не отключит электрочайник. В данном случае вода выкипит, что приведёт к перегоранию ТЭНа и повреждению корпуса чайника.

Электрические чайники выпускают с нагревательным элементом (ТЭН) в виде диска и в виде спирали. Советую покупать чайник, где ТЭН в виде диска. Вода в электрочайнике с данным нагревательным элементом быстрее нагревается, т.к. поверхность соприкосновения у неё с ТЭНом больше, чем у чайников со спиралевидным ТЭНом. Желательно покупать чайник, у которого нагревательный элемент выполнен из нержавеющей стали. Она не так сильно подвержена образованию накипи.

При выборе электрического чайника так же следует обратить внимание и на подставку, где расположены контакты, и куда входит шнур электропитания. Приобретайте электрочайник, где контакты расположены в центре подставки, а не с боку. Такие контакты более надёжны.

Ремонт электрочайника

Если чайник перестал нагревать воду, то отключите питание и вылейте воду из него. Затем переверните электрочайник и включите кнопку автоматического выключателя. С помощью электротестера или «электробрехунка» проверьте целостность цепи между крайними контактами на основании чайника. Если электротестер показал сопротивление около 60 Ом, или сработал зуммер (на минимальном значении сопротивления), или загорелась лампочка (6 В) на прозвонке, то сам электрочайник исправен.

Проверяем контакты на подставке и электрошнур. Контакты либо заменяем, либо зачищаем. Неисправный электрошнур лучше заменить.

Если электротестер показал отсутствие сопротивления на контактах, то необходимо разобрать электрочайник. Следует проверить сопротивление на контактах ТЭНа, отсоединив от них провода. Если сопротивление есть, то ТЭН исправен. Необходимо заменить выключатель, неисправен он. Если сопротивления нет, то необходимо заменить нагревательные элемент (ТЭН).

Ещё одна неисправность чайника, которая очень часто встречается. Если электрочайник начал выключаться раньше, чем закипает вода в нём, то всё дело в накипи на самом нагревательном элементе. Его необходимо почистить. Если накипи много, то произведите сначала механическую чистку ТЭНа, а затем прокипятите несколько раз воду в чайнике  с лимонной кислотой. Помогает.

Удачи и приятного чаепития!

Как устроен электрический чайник: принцип работы, виды ТЭН

Электрический чайник можно обнаружить практически на каждой кухне, а для любого офиса это просто незаменимая вещь. Он быстро вскипят воду для приготовления чайного или кофейного напитка, а иногда поможет получить кипяток для варки круп и макарон. Но вряд ли кто из хозяек задумывается над тем, как устроен электрический чайник.

1 Принцип работы электрического чайника

2 Разновидности ТЭН

3 Механизм автоматического отключения

4 Система защиты от перегрева

5 Подсветка и индикация включения

Принцип работы электрического чайника

В настоящее время существует огромное множество разновидностей электрочайника. При покупке глаза просто разбегаются от предоставленного выбора.

Однако принцип работы у всех агрегатов для кипячения и нагрева воды остается одним и тем же. Все они устроены совершенно одинаково и совсем несложно. Так что есть вероятность, что починить прибор можно будет и в домашних условиях, если таковая необходимость возникнет, а мастерской не окажется поблизости или не захочется тратить деньги на устранение легкой поломки.

Сам чайник состоит из:

• корпуса;
• подставки;
• нагревательного элемента;
• термостата.

И это все элементы.

Принцип работы чайника и того проще. Холодная вода наливается внутрь корпуса, прибор устанавливается на имеющуюся в комплекте подставку, вилка включается в розетку. Теперь достаточно включить прибор с помощью кнопки или клавиши. Такие включатели чаще всего располагают на верхней части ручки или под ней. Иногда они встраиваются в крышку электрического чайника.

При включении происходит активизация нагревательного элемента, расположенного в нижней части чайника. Он нагревает воду до кипения, образуется водяной пар, который, поднимаясь, влияет на специальные пластины, вмонтированные в крышку чайника. Подобные биметаллические поверхности отключают чайник в автоматическом режиме. Как видно, принцип кипячения довольно прост.

В качестве материала для корпуса обычно используют термостойкую пластмассу или нержавеющую сталь. Иногда встречаются чайники с корпусом из прочного стекла. И совсем редко керамические корпуса.

Каждый материал имеет свои достоинства и недостатки. Пластмасса может издавать неприятный запах и быстро теряет привлекательный вид. Металл сильно нагревается, поэтому случайное прикосновение может привести к ожогу. Это же относится и к стеклянным изделиям. Корпуса из керамики являются тяжелыми и легко бьются.

Разделяются чайники и по объему воды: наиболее распространены модели, рассчитанные на 1,5-2 литра. Но можно найти совсем крохотные устройства на пару чашек.

Скорость закипания воды определяется мощностью устройства. Наиболее оптимальным вариантом считается мощность в 2000 ватт.

Подставка имеет круглую форму, в центре платформы установлен специальный контакт. Он-то как раз и отвечает за подключение к электрической сети. Когда чайник снимается с платформы, контакт размыкается.

Иногда в носике располагают специальную сетку-фильтр от накипи. Но этот дополнительный элемент никак не влияет на функционирование прибора.

Разновидности ТЭН

Основной и единственный нагревательный элемент представлен трубчатым электрическим нагревателем (ТЭНом). Он смоделирован всего в двух разновидностях:

• Для дешевых моделей ТЭНом служит открытая спираль, выполненная из нержавеющей стали. Такой элемент постоянно соприкасается с водой и вызывает образование накипи. Так что корпус и сам элемент приходится постоянно очищать.
• Более дорогие модели снабжаются диском, который не имеет прямого доступа к воде. Соответственно, подобный прибор прослужит гораздо дольше, да и хлопот по его очистке совсем не много. Чайники подобного типа легче мыть, и по внешнему виду они дольше сохраняют свою привлекательность.

Механизм автоматического отключения

Функция автоматического отключения присутствует во всех современных электрочайниках. Именно такой механизм спасает прибор от сгорания, а помещение от пожара. Срабатывает это устройство в том случае, когда пытаются включить чайник без воды.

Принцип действия так же прост, как и отключение чайника после нагревания воды до точки кипения. ТЭН нагревает воздух внутри корпуса, он соприкасается с пластинами в крышке прибора и, при достижении определенной температуры, те разъединяют контакт с электрической сетью.

Совет! Если электрочайник в течение длительного времени автоматически не выключается, необходимо проверить плотность закрытия крышки.

Система защиты от перегрева

Если автоматическое отключение по каким-то причинам не сработало, включается встроенная система защиты от перегрева. Работает это следующим образом: ТЭН продолжает разогреваться, но при этом начинается процесс плавления специального штифта, один конец которого упирается в корпус нагревательного элемента. Штифт постепенно уменьшается в размерах и размыкает контакт.

И все бы хорошо, но подобный механизм может сработать только один раз, после чего чайник работать прекращает.

Подсветка и индикация включения

Большинство электрочайников обладают индикатором включения. Он начинает работать одновременно с включением кнопки пуска. Поэтому если индикатор не загорелся, следует проверить включение вилки в розетку или попробовать поставить чайник на подставку еще раз. Вполне может быть, что прибор был установлен криво, и подключение к сети не произошло.

Подобная подсветка представлена чаще всего в виде неоновой лампочки в кнопке включения. Более дорогие модели имеют светодиодную подсветку воды.

Несложная чистка, включение только при наличии воды помогут прожить чайнику гораздо дольше и радовать владельцев вкусным и душистым напитком без дополнительных примесей.

Бытовая техника Чайник

Как работают электрические чайники?

Как работают электрические чайники? — Объясните этот материал

Вы здесь: Домашняя страница > Домашняя жизнь > Электрочайники

• Дом
• индекс А-Я
• Случайная статья
• Хронология
• Учебное пособие
• О нас
• Конфиденциальность и файлы cookie

Реклама

Криса Вудфорда. Последнее обновление: 16 февраля 2023 г.

Машины на бензине… а люди на чае и кофе (по крайней мере у меня дома)! Если ты пьешь кофе или чай ведрами, ты будешь рад кому-то один раз имел сообразительность изобрести сверхэффективный способ охлаждения воду в горячую, а именно, электрический чайник (также известный как электрический чайник).

Наполните его водой, подключите, включите, и через пару минут у вас будет горячая вода пить или готовить. Как именно работает чайник? Почему это занимает так долго варить? И как он узнает, когда нужно выключить себя? Давайте посмотрим поближе!

Фото: Электрический чайник — удобный способ получения тепловой энергии из электричества. Это водонагреватель, но также и устройство для преобразования энергии, которое иллюстрирует один из самых основных законов физики: сохранение энергии (подробнее обсуждается ниже).

Содержимое

1. Что такое электрический чайник?
2. Сколько времени закипает чайник?
3. Насколько эффективен чайник?
4. Как работают проточные водогрейные котлы?
5. Как чайник узнает, когда его выключать?
6. «Механический эквивалент тепла»
7. Узнать больше

Что такое электрический чайник?

Чайники относятся к простейшим бытовым приборам. Поднимите крышку и загляните внутрь и вы увидите на самом дне емкости с водой спираль толстый металл, называемый нагревательным элементом. При включении чайника в электрическую розетку большой электрический ток течет в нагревательный элемент. Элементы сопротивление (тенденция любого материала останавливать электричество протекающий через него) превращает электрическую энергию в тепло. В других словом, элемент нагревается. Поскольку он находится в прямом контакте с холодной водой, тепло передается воде за счет теплопроводности и быстро нагревается. это тоже.

Фото: Вверху: Нагревательный элемент внутри основания электрочайника показан на нашем верхнем фото. Внизу: в некоторых чайниках этот элемент скрыт от глаз под внутренним полом, чтобы он не «покрывался известковым налетом». Это более аккуратный дизайн, но он делает чайник гораздо более шумным.

Сколько времени закипает чайник?

Воду можно кипятить любым способом — даже в простой кастрюле на открытом огне или в плите — хотя закрытый чайник обычно намного быстрее: он останавливает утечку тепла, позволяет давлению повышаться быстрее (помните, что вода закипает, когда давление ее насыщенного пара равно атмосферному давлению), и помогает воде закипать быстрее. Но вы когда-нибудь расстраивались из-за того, как долго закипает чайник? Не! Удивительно то, что ваш чайник закипает так же быстро, как и почему.

Если вы продолжаете накачивать тепловую энергию на дно чайника (быстрее, чем уходит тепло через верх и бока), рано или поздно вода внутри него будет кипеть. Основной закон физики, называемый Закон сохранения энергии говорит нам о том, что если вам нужно вскипятить литр воды, начиная с одной и той же температуры, вам всегда придется добавлять одинаковое количество энергии, чтобы сделать это. Используете ли вы костер или чайник, микроволновую печь или какой-то удивительный устройство для перемешивания наподобие Джеймса Прескотта Джоуля (см. рамку ниже), количество энергии, которое необходимо вложить в воду, чтобы заставить ее закипеть, точно такое же. Это не означает, что каждый метод кипячения воды является 100-процентным. эффективным, однако, по причинам, к которым я вернусь через мгновение.

Допустим, вы начинаете с 1 литра (примерно 1 килограмм, 2,2 фунта) холодной воды. около 10°C (50°F), и вы хотите поднять его на 90°C до точки кипения (100°C или 212°F). Количество энергии, которое вам нужно, составляет 4,2 × 1000 грамм × 90. градусы = 378 000 джоулей или 378 кДж.

Загадочное «4,2» — это постоянная величина, называемая удельной теплоемкостью воды. Каждый материал имеет различную удельную теплоемкость, которая представляет собой просто количество энергии, которую необходимо затратить, чтобы поднять температуру одного грамма материала на один градус Цельсия. Вам нужно добавить 4,2 джоуля энергии для повышения температуры 1 г воды на 1°С, поэтому удельная теплоемкость воды 4,2 Дж/г/°С.

378 кДж для кипячения литра воды — это гораздо больше энергии, чем вы думаете. Энергосберегающая лампа с рейтингом 10 ватт использует 10 джоулей энергии каждую секунду (поскольку 1 ватт означает использование одного джоуля в секунду), поэтому для использования потребуется 37 800 секунд — около 10,5 часов. столько энергии, сколько наш чайник использует за одно кипячение!

Художественное произведение: Чайники потребляют много энергии для кипячения воды, но делают это быстро (примерно за 2,5 минуты), потому что они работают на большой мощности. С тем же количеством энергии вы могли бы питать микроволновую печь в течение примерно 8 минут, портативный компьютер в течение часа и 20 минут или энергосберегающую лампу в течение примерно 10,5 часов.

Если вы используете электрический чайник мощностью 2400 Вт, это означает, что он потребляет 2400 Вт. джоулей электрической энергии в секунду и положив (примерно) столько же количество энергии в воду в виде тепла каждую секунду, а также. Разделять 378 000 на 2400, и вы обнаружите, что чайнику требуется около 160 секунд. делать работу, что звучит почти правильно — Электрический чайник обычно закипает за 2–3 минуты. Старая пословица говорит, что кастрюля (чайник) под присмотром никогда не закипит, но это датируется временем когда большинство людей кипятили воду на ужасно неэффективных открытых угольные пожары. Электрический чайник может вскипятить воду всего за пару минут, потому что это может добавить тепла энергии к воде намного быстрее и эффективнее, чем открытый огонь (который позволяет теплу выходить во всех направлениях).

Если мощность вашего чайника составляет примерно 2400 Вт (Вт), а вы использовали электроэнергию для Великобритании питание 240 вольт (В), что означает ток, проходящий через элемент будет 2400/240 или 10 ампер (А). По бытовым меркам это здоровенный ток: для сравнения, маленькое зарядное устройство, которое у меня есть для моего iPod, потребляет максимальный ток. 0,67 ампер — чайник потребляет в 15 раз больше! Итак, ответ на как электрический чайник работает так быстро, используя относительно большой электрический ток. Количество произведенного тепла равно пропорциональна току в квадрате, поэтому большие токи производят гораздо больше тепла и нагревают предметы гораздо быстрее, чем более мелкие.

Фото: Скрытый нагревательный элемент типичного современного чайника, вид снизу. Элемент запаян в светло-серую центральную часть, и (если присмотреться) видны только два его вывода в правом нижнем углу. Темно-серый ободок (та часть, которой касается мой большой палец) представляет собой резиново-пластиковую прокладку, которая герметизирует нагревательный элемент внутри дна чайника и предотвращает просачивание воды. Длинная трубка наверху подает пар из чайника вниз к термостату, который отключает элемент в нужное время (как описано ниже).

Насколько эффективен чайник?

Я только что сказал, что вам нужно использовать одинаковое количество энергии, чтобы вскипятить воду, как бы вы это ни делали, что предполагает, что каждый метод кипячения воды так же эффективен. Я имею в виду, что для кипячения фиксированного количества воды требуется фиксированное количество энергии. Если кипятить воду на газовой плите в открытой кастрюле вам придется использовать больше энергии, чем если вы используете электрический чайник, потому что больше энергии теряется сверху и от газового пламени. Если вы используете микроволновая печь, вы должны включить проигрыватель, и даже энергия тратится впустую этот ужасный гудящий звук.

Несколько лет назад физик Том Мерфи провел расчеты, чтобы вычислить эффективность различные способы кипячения. Он обнаружил, что электрические чайники намного эффективнее, хотя если вы отрегулируете за то, что электростанции производят электроэнергию расточительным способом, они менее впечатляющие. (Так, например, если вы заинтересованы в сокращении выбросов углекислого газа, вам делать нужно учитывать, как производится ваше электричество.) Еще одним ключевым открытием Тома было то, что скорость выключения чайника сильно влияет на его эффективность. И это именно то, что вы ожидаете от физики, потому что производство пара от горячей воды требует много энергии.

Но если вы пытаетесь выяснить, является ли один электрический чайник более или менее эффективным чем другой, забудьте об этом. Основные электрические чайники все примерно одинаковы. Ключ к повышению эффективности заключается в том, чтобы использовать не больше воды, чем вам нужно, и следить за тем, чтобы чайник выключается, как только закипит.

Рекламные ссылки

Как работают проточные водогрейные котлы?

Если вы устали ждать и хотите, чтобы ваш чайник закипел быстрее, вы можете сделать только две вещи. Один использовать больше электрического тока, другими словами, купить более мощный чайник; другое использование состоит в том, чтобы использовать меньше воды.

Водонагреватели/диспенсеры мгновенного действия (такие как Breville Hot Cup и Morphy Richards Meno), который на самом деле может вскипятить не больше чашки воды. быстро, комбинируйте эти методы. Они используют более мощный нагрев элемент, чем обычный чайник (обычно 3000 Вт или более) и они сконструированы таким образом, что элемент может безопасно работать при контакте с только небольшое количество воды. Если вы кипятите только (скажем) на четверть литра воды вам потребуется только четверть энергии — скажем, 100 000 джоулей. И если вы поставляете эту энергию с помощью элемента мощностью 3000 Вт, посчитайте, и вы обнаружите, что можете сделать это примерно за 30 секунд вместо обычного. 2,5 минуты. Видите ли вы здесь еще одно большое преимущество? Если вы вскипятить весь чайник, чтобы сделать всего один горячий напиток, вы эффективно тратит впустую три четверти энергии, которую вы потребляете. Кипячение только того количества воды, которое вам нужно, значительно экономит денег — и помогает окружающей среде тоже.

Как чайник узнает, когда его выключать?

Работа: Как выключается электрический чайник. Там есть паровой клапан и трубка (желтая, 43 и 44), ведущие вниз от верхней части водяной камеры (серая, 38) к биметаллическому термостату и переключателю (оранжевый и красный, 1 и 2). Когда чайник закипает, пар свистит по этой трубке, нагревает термостат и заставляет его открываться, отключая нагревательный элемент (зеленый, 39) и останавливая кипение воды. Изображение из патента США 4,357,520: Электрический резервуар для кипячения воды с включаемыми сухими и чувствительными к потоку термочувствительными блоками управления Джона С. Тейлора, любезно предоставлено Управлением по патентам и товарным знакам США.

Первые электрические чайники имели встроенную функцию защиты: их было относительно легко включить, пойти и сделать работу по дому или два, а затем забыть о них. Если бы ты был повезло, когда вы вернетесь через несколько минут, вы найдете свой кухня, наполненная облаками пара. Если вам не повезло, ваш чайник Элемент может перегореть, перегореть предохранитель или даже начать пожар.

К счастью, практически все современные чайники выключаются сами. автоматически с помощью термостатов (механических, электрических или электронные устройства, реагирующие на изменение температуры). Многие на основе конструкций, разработанных английским изобретателем Джон С. Тейлор, чей компании Otter Controls и Strix Ltd разработали более миллиард таких термостатов по всему миру.

Как они работают? Самые простые из них механические и используют биметаллический термостат (описан в нашей основной статье о термостатах), встроенный в элементный блок на дне чайника. Он состоит из диска два разных металла, тесно связанных друг с другом, один из которых расширяется быстрее других по мере повышения температуры. Обычно термостат изогнут в одном направлении, но когда горячая вода достигает точки кипения, Образующийся пар попадает в биметаллический термостат и внезапно заставляет его защелкнуть и согнуть в противоположном направлении, немного похоже на зонтик, выворачивающийся наизнанку на ветру. Когда термостат открывается, он нажимает на рычаг, который срабатывает. цепь, отключает электрический ток и безопасно выключает чайник. Более сложные термостаты для чайников (используются в системах такие как модный кофейный бойлер Marco Über) полностью электронные и позволяют нагревать воду до точной температуры и поддерживать ее в течение неопределенного времени путем многократного включения тока. и выкл.

Фото: (вверху) Вот как в реальности выглядит типичный термостат-выключатель Strix. Я использовал точки того же цвета, что и на картинке выше, чтобы показать ключевые части этого старого разобранного чайника. Паровая трубка (желтая) подает пар к биметаллическому термостату. Термостат (оранжевый) выключает чайник. Коммутационный блок (красный) и несколько проводов соединяют термостат, выключатель питания (розовый) и беспроводной разъем (темно-синий) с двумя клеммами нагревательного элемента (зелеными). Термостат и переключатель привинчены к нижней части светло-серого скрытого нагревательного элемента (показан на фотографии выше на этой странице).

Фото: (внизу) Биметаллический термостат крупным планом (показан оранжевой точкой на другом фото).

«Механический эквивалент тепла»

Работа: Эксперимент Джоуля по нахождению механического эквивалента тепла.

Электрические чайники могут показаться ужасно обыденными, но о них стоит прочитать и написать о том, потому что они блестяще иллюстрируют один из самых фундаментальные физические законы нашей вселенной: вы можете преобразовать один вид энергии в другой, но вы не можете создать энергию из воздуха или заставить ее исчезнуть в никуда. Эта чрезвычайно важная идея называется сохранением энергии, и английский физик Джеймс Прескотт Джоуль (1818–1889 гг.)) был одним из первых, кто докопался до сути.

Джоуль придумал блестящий эксперимент. Он прикрепил тяжелый груз (1) к веревке, накинутой на шкив (2), так что, когда вес падал, веревка вращала ось (3) и вращала гребное колесо внутри сосуда, полного воды (4). Он рассудил, что «механическая» энергия, которую он таким образом добавил к воде, превратится в тепловую энергию, слегка нагрев воду. После неоднократных опытов он успешно доказал, что энергия (или, как он ее называл, живая сила), теряемая падающим грузом, в точности равна энергии, приобретаемой нагревающейся водой. Таким образом, Джоуль подтвердил, что механическая энергия (или работа) и тепловая энергия были взаимозаменяемы, и результат был опубликован в знаменитой статье под названием «Механический эквивалент теплоты», которая до сих пор считается одним из наиболее важных подтверждений теория сохранения энергии.

Джоуль считал, что сможет найти доказательства своих идей в реальном мире. Все, что ему нужно было сделать, это найти водопад и измерять температуру вверху и внизу; падающая вода преобразует потенциал энергии в тепло, создавая разницу температур, которая, как он считал, подтверждала его теория. По его расчетам, могучий Ниагарский водопад был бы на пятую часть градуса теплее. внизу, чем наверху, хотя измерить это было бы довольно сложно! Пытаясь урегулировать этот вопрос, Джоуль взял с собой в медовый месяц несколько термометров. в Шамони, Франция, в 1847 году и попытался измерить там водопад, хотя и не смог сделать это достаточно точно. чтобы доказать свою точку зрения.

Узнать больше

• Механический эквивалент тепла: Эта вводная статья из Википедии содержит очень хорошую иллюстрацию аппарата Джоуля.
• Джеймс Прескотт Джоуль: В статье Википедии о Джоуле есть фотография того же аппарата из Лондонского музея науки.
• Великие эксперименты в физике: рассказы из первых рук от Галилея до Эйнштейна Морриса Х. Шамоса. Dover, 1987. Глава 12 этой замечательной книги содержит репродукции некоторых оригинальных работ Джоуля 1845 и 1850 годов, в которых подробно объясняется, как проводился эксперимент. Он также включает больше информации об экспериментах Джоуля с водопадом.

Узнать больше

На фото: старомодный чайник Morphy Richards из нержавеющей стали. В этой модели биметаллический термостат и механизм переключения полностью скрыты в массивной ручке.

На этом веб-сайте

Вам могут понравиться другие статьи на нашем сайте, посвященные похожим темам:

• Электричество
• Тепло
• Нагревательные элементы

Статьи

• Горящее стремление к эффективности Тома Мерфи. Как я объяснил выше, для нагрева определенного количества воды до одной и той же температуры требуется одинаковое количество энергии, как бы вы ни решили это сделать. Но некоторые методы более эффективны, чем другие. Как объясняет Том Мерфи в этом замечательном посте в блоге, электрические чайники значительно эффективнее, чем чайники на плите и микроволновые печи.
• Что более энергоэффективно — кипячение воды с помощью электрического чайника, чайника на газовой плите или микроволновой печи?: The Guardian, Notes & Queries, 2011. Читатели Guardian высказывают различные мнения об эффективности различных методов кипячения воды. .
• Неудобные, суетливые или просто уродливые чайники от Элис Роусторн. The New York Times, 9 августа 2009 г. Почему чайники так плохо спроектированы? Этот писатель задается вопросом об эстетике, но, может быть, ей было бы лучше подумать о том, как наука и инженерия ограничивают конструкцию машины, которая может быстро и эффективно кипятить воду?

Книги

• Чайник: благодарность Джонатана М. Вудмана. Aurum Books, 1997. Взгляд на 36 культовых чайников, в том числе на знаменитые дизайны WAS Benson, Peter Behrens (для AEG), Kenneth Grange и других, с упором на промышленный дизайн.

Патенты

Если вас интересуют настоящие технические подробности, почему бы не взглянуть на некоторые из многих патенты, описывающие, как работают приборы, похожие на чайники? Вот четыре, которые я выбрал, но вы найти намного больше в записях.

• Предохранитель Мориса Ли Уорнера: модифицированный предохранитель, предотвращающий выкипание электрических кофеварок. Патент США 1794045, 24 февраля 1931 г.
• Электрический кофейник от Ambrose Olds. Электрическая кофеварка, поддерживающая заданную температуру напитка. Патент США 1998732. 23 апреля 1935 г.
.
• Электрическая емкость для кипячения воды с включаемыми сухими и чувствительными к потоку термочувствительными блоками управления, разработанными Джоном К. Тейлором. Патент США 4,357,520, 2 ноября 1982 г.
• Устройство термочувствительного контроля для контейнеров, снабженных электрическими погружными нагревателями, John C. Taylor et al. Патент США 4 621 186. 4, 19 ноября86.

Видеоролики

• Биметаллическое лезвие мгновенного действия Демонстрация доктора Джона Тэйлора ОБЕ: Джон Тэйлор демонстрирует, как биметаллический термостат чайника включается и выключается.
• Не выключайте: доктор Джон К. Тейлор: Беседы в Google: вдохновляющая речь пионера чайников.

Пожалуйста, НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие веб-сайты.

Статьи с этого веб-сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США. Копирование или иное использование зарегистрированных произведений без разрешения, удаление этого или других уведомлений об авторских правах и/или нарушение смежных прав может повлечь за собой серьезные гражданские или уголовные санкции.

Авторские права на текст © Chris Woodford 2011, 2023. Все права защищены. Полное уведомление об авторских правах и условия использования.

Подпишитесь на нас

Оцените эту страницу

Пожалуйста, оцените или оставьте отзыв на этой странице, и я сделаю пожертвование WaterAid.

Сохранить или поделиться этой страницей

Нажмите CTRL + D, чтобы добавить эту страницу в закладки на будущее или рассказать о ней друзьям:

Цитировать эту страницу

Вудфорд, Крис. (2011/2023) Электрочайники. Получено с https://www.explainthatstuff.com/how-electric-kettles-work.html. [Доступ (вставьте дату здесь)]

Бибтекс

@misc{woodford_electric_kettles, автор = «Вудфорд, Крис», title=»Электрические чайники», publisher = «Объясните это», год = «2011», url = «https://www. explainthatstuff.com/how-security-tokens-work.html», URL-адрес = «2023-02-16» }

Подробнее на нашем веб-сайте…

• Связь
• Компьютеры
• Электричество и электроника
• Энергия
• Машиностроение
• Окружающая среда


• Гаджеты
• Домашняя жизнь
• Материалы
• Наука
• Инструменты и инструменты
• Транспорт

↑ Вернуться к началу

Как работает электрический чайник?

В современном обществе многое воспринимается как должное, но электричество должно быть на первом месте. Почти каждое удобство современного мира связано с электричеством. Интернет, автомобили, телевидение и электрический чайник, который каждое утро добросовестно кипятит нам воду для кофе, — все это не могло бы существовать без электричества. Хотя электрический чайник может быть не таким впечатляющим, как Интернет, Интернет не помогает нам варить кофе по утрам, поэтому мы собираемся поклониться чайнику и объяснить, как он работает.

В этом кратком руководстве мы дадим вам практические знания о том, как работают электрические чайники. Мы рассмотрим их основные операции, прежде чем перейти к более подробному рассмотрению того, как им удается кипятить воду быстрее, чем на стандартной плите. Томас Эдисон был бы горд.

Как работают электрические чайники?

Электрические чайники работают по тому принципу, что ток, проходящий через провод, выделяет тепло. В большинстве схем это тепло является нежелательным, и предпринимаются большие инженерные усилия, чтобы провода не нагревались слишком сильно. Конечно, в электрическом чайнике все наоборот, и инженеры проектируют нагревательные элементы так, чтобы они производили как можно больше тепла при минимальном потреблении тока и энергии.

Основным компонентом электрического чайника является нагревательный элемент, толстый водяной змеевик, предназначенный для работы с большими токами. Когда через нагревательный элемент проходит большой ток, он нагревается, и чайник использует это тепло для кипячения воды. Самая простая конструкция обеспечивает непосредственный контакт нагревательного элемента с водой, что максимально увеличивает передачу тепла между элементом и вашей водой.

Многие электрические чайники оснащены функцией автоматического отключения, которая отключает подачу воды, когда вода закипает. Это экономит энергию и безопаснее, чем позволить току течь непрерывно, пока вы не забудете отключить его. Механизм такой же простой, как термостат, подобный тому, который есть у вас дома. Когда термостат обнаруживает достаточно высокую температуру, он запускает переключатель, чтобы разомкнуть цепь, останавливая поток тока.

Почему электрические чайники быстро кипятят воду

Если вы хотите нагреть воду как можно быстрее, вам необходимо свести к минимуму количество энергии, которую вы теряете в процессе нагрева. На одном конце спектра у нас есть нагрев на открытом огне. Если вы когда-нибудь пытались вскипятить воду на костре, то знаете, как мучительно долго это занимает. Нетрудно поверить, что большое количество тепла теряется в окружающий воздух над костром, поскольку нет никаких средств для сдерживания тепла, выделяемого хаотичным огнем.

Намного лучше, если вместо кипячения воды использовать плиту. Когда вы ставите традиционный чайник на плиту — электрическую или газовую — он напрямую контактирует с источником тепла. В электрических плитах используется нагревательный элемент, как и в электрических чайниках, хотя традиционный чайник менее прямолинеен. Чтобы понять почему, учтите, что при нагревании плиты дно чайника должно сначала нагреться, прежде чем вода начнет ощущать тепло. Поскольку контакт между дном традиционного чайника и плитой неидеален, в процессе теряется некоторое количество тепла.

Теперь мы готовы понять, почему электрические чайники настолько эффективны и могут так быстро нагревать воду. Помещая нагревательный элемент в непосредственный контакт с водой, мы избавляемся от посредников, и все тепло, выделяемое нагревательным элементом, передается воде, нагревая ее. Более того, как только мы поймем, как работают электрические чайники, мы сможем заставить их кипятить воду еще быстрее, используя более толстые спирали в нагревательном элементе и позволяя им потреблять больше энергии.

Электрический чайник ограничен только мощностью, которую он может потреблять из розетки, и материалом, используемым в нагревательном элементе. Подавляющее большинство нагревательных элементов изготовлено из смеси 80% никеля и 20% хрома. Эта комбинация обеспечивает достаточное электрическое сопротивление нагреванию, а также сопротивляется окислению, что означает, что он прослужит дольше без выгорания.

Заключение

Если вы устали ждать, пока чайник закипит, электрический чайник станет идеальной альтернативой. Технология, используемая в электрических чайниках, существует уже более полувека и является прекрасным примером хорошей инженерной мысли. Использование нагревательного элемента, находящегося в непосредственном контакте с водой в чайнике, означает, что почти все тепло, выделяемое нагревательным элементом, эффективно передается воде, а это означает, что вы сможете быстрее насладиться кофе.