Эффект Джоуля-Ленца и отопление

Вспомним школьную физику и закон Джоуля-Ленца. Если по металлическому проводнику пропустить постоянный электрический ток, то проводник начнет нагреваться и выделять количество теплоты Q. Закон устанавливает связь между Q и такими электрическими параметрами как I — сила тока в проводнике (Амперы), U — напряжение на проводнике (Вольты), R — электрическое сопротивление проводника (Омы):

Q = I U t = I² R t = U² t / R

Таким образом, закон позволяет рассчитать количество теплоты , которое выделяется проводником за время t .

Применение закона Джоуля-Ленца для отопления помещений

Рассмотренный эффект широко применяется в различных электроотопительных приборах. В том числе и в электрическом полотенцесушителе . Электросушка представляет собой металлическую трубу из стали или нержавейки. В этой трубе располагают металлический проводник в высокотемпературной изоляции. Проводник выбирают, как правило, высокоомный, например, нихром или фехраль. Как следует из закона Джоуля-Ленца, чем больше сопротивление проводника при фиксированном токе, тем больше выделяемое количество теплоты. Концы проводника подключают к сети переменного напряжения 220 В / 50 Гц. Полотенцесушитель вешают на стену в ванной комнате. Труба будет постоянно теплой (50 — 60 С), если полотенчик включен в сеть. Вуаля, вешаем на него полотенца или влажные предметы одежды и получаем эффект быстрой сушки.

Второй пример — это теплый электрический пол . Его принцип действия также достаточно прост. Специальный высокоомный кабель в термостойкой изоляции укладывается на пол отапливаемого помещения. Концы кабеля соединяют с домашней сетью питания переменного тока. Кабель нагревается и отапливает помещение снизу вверх, сто также очень удобно с точки зрения физики. Конвекционный потоки будут заставлять холодные объемы воздуха опускаться вниз, а горячие — подниматься вверх. Надо добавить, что длина кабеля определяет мощность теплого пола: чем длиннее кабель, тем больше тепловая мощность. К тому же такие кабели обычно соединяют с сетью через терморегулятор, который обеспечит поддержание нужной температуры в помещении.

Для удобства иногда нагревательный кабель крепят к гибким матам и уже в таком виде продается клиенту. Также существует инфракрасный или пленочный теплый электрический пол. Принцип действия аналогичен электрическому полу, разница лишь в том, что проводник представляет собой тонкий слой графита на термостойкой тонкой подложке.

Таким образом, тепловой эффект протекания тока по проводникам широко используется для отопления жилых и не жилых помещений.