4.1. Термоелектрични уређаји

Физички принцип рада електротермичких уређаја

Термоелектрични уређаји су уређаји који електричну енергију претварају у топлотну. Физички принцип рада ових уређаја заснива се на искоришћењу топлотног дејства електричне струје. Када кроз проводник протиче струја он се загрева. ..

Усмерено кретање електрона кроз било који метални проводник изазива отпор материјала проводника том кретању. Услед тог електричног отпора проводник се загрева. Колико ће се проводник загрејати зависи од више фактора а најутицајнији је врста материјала од којег је проводник израђен. Ако је проводник израђен од материјала мале електричне отпорности он ће се мање загрејати него када је израђен од проводника веће електричне отпорности.

R= ρ l/S

R(Ω)-електрични отпор

ρ(Ω/m)-специфични електрични отпор

l (m)-дужине

S(m²)-површина попречног пресека

Зато се сви проводници и праве од материјала мале електричне отпорности, бакра или алуминијума, јер би у супротном електрична инсталација била извор сталних пожара. Но, ако на неком издвојеном делу струјног кола намерно поставимо проводник огромне електричне отпорности електричну струју можемо претворити у извор топлотне енергије.

Главни део свих електротермичких уређаје је грејач.

Грејачи се праве од материјала велике електричне отпорности и велике температуре топљења. Легуре које се користе за израду грејача зову се кантал и цекас. Да би се грејачима још више повећало дејство, односно да би се брже загревали они су обично замотани у облик завојне опруге - облик завојнице илити облик спољашњег навоја на завртњу, јер им се тиме повећава дужина, што утиче на повећање електричне отпорности ( електрична отпорност проводника управо је сразмерна специфичној електричној отпорности материјала и дужини проводника а обрнуто сразмерна површини попречног пресека проводника).

Количина топлоте коју грејач предаје околини једнака је производу квадрата јачине струје која протиче кроз проводник , електричној отпорности грејача и времену протицања струје кроз грејач(Џулов закон).

На слици је приказан грејач ТА пећи, о којој ће тек бити речи.

Електротермички уређаји имају велику примену у индустрији, за градњу пећи које користе погони обраде деформисањем, ливењем, ковањем и сл, али и домаћинства користе многе електротермичке уређаје.

Најважнији електротермички уређаји у домаћинствима су:

• електрична лемилица,

• електрични решо,

• електрични штедњак,

• електричне грејалице, радијатори и пећи,

• електрична пегла,

• електрични бојлер,

• итд.

Електричне лемилице и грејачи за воду

Електричне грејалице и пећи

Електричне грејалице и пећи служе за загревање просторија. Грејалице могу бити отворене и полуотворене а принцип грејања заснива се на загревању више грејача који предају топлоту околини. Ради бољег простирања топлоте по просторији неке грејалице имају и вентилаторе које покреће електромотор.

Вентилатори усмеравају хладан ваздух преко грејеча услед чега се он загреје и рашири по просторији. Отворене грејалице се израђују као кварцне и инфрагрејалице. Оне обично немају вентилаторе.

Инфрагрејалице испуштају невидљиве инфрацрвене зраке које се простиру и предају топлоту телу у чијем правцу су усмерене, и најчешће се користе у купатилима.

Термоакумулационе пећи (ТА пећи) служе за грејање већих просторија и већих су снага од грејалица.

Принцип грејања ТА пећима заснива се на акумулацији топлоте у керамичким грејачима. Грејач ТА пећи је обмотан око тела од керамике, или шамота, и својом топлотом га загрева. Керамика је изолатор и као таква врло споро се загрева, али се споро и хлади када се једном загреје.

Да би се ТА пећ загрејала за коришћење потребно је извесно време и стога се оне обично "пуне" ноћу. Целе ноћи грејачи греју керамику и она је ујутру загрејана. Када желимо да акумулирану топлоту из ТА пећи искористимо упалимо њене вентилаторе, односно електромоторе, и топао ваздух се из пећи шири по просторији.

Већина ТА пећи има термостате који регулишу "издувавање" топлоте из ње.

Довољно је само да подесимо температуру на термостату и он ће аутоматски палити и гасити ТА пећ, односно покретати електромоторе који врте вентилаторе. Недостатак ТА пећи у односу на обичне грејалице огледа се у њеној припреми за коришћење, јер се не може користити ефикасно ако керамика није загрејана. Уколико је пећ хладна, а ми истовремено упалимо грејаче и укључимо вентилаторе керамика се никада неће ни загрејати, а по соби се неће ширити топлота, односно трошићемо струју узалуд.

С друге стране, недостатак грејалица огледа се у томе што су мање економичне, јер је крај њих топло једино када су укључене. Кад загреју просторији и угасимо их врло брзо сва топлота се изгуби па их морамо палити поново.

То практично значи да већи део дана морају бити укључене, ако су једини извор топлоте у просторији.

ТА пећи акумулирају топлоту у керамичим грејачима који се врло споро хладе, као и у керамичким блоковима којом је унутрашњост ТА пећи испуњена, а да би се тај процес губитка топлоте још више успорио они су обложени минералном вуном.

Поред ТА пећи и грејалица данас се производе и електрични радијатори, који су уједно и најмодернији ситем електричног грејања, који греју уље. У комбинацији са вентилаторима делују као ТА пећи, а притом није потребан велики период времена за акумулацију топлоте, док са друге стране емитују топлоту и када су грејачи искључени, јер загрејано уље емитује топлоту све док се не охлади, што их чини економичнијим од грејалица.

Систем електричног грејања само коришћењем пећи одавно је превазиђен, јер углавном не задовољава потребе великих просторија.

Данас се електрични грејачи уграђују директно у подове и зидове при градњи објекта, или накнадно, чиме се постиже већа температура и спорије хлађење просторија (види лекцију 6. разреда о изолацији подова).

Електрична пегла