Teplo je druh energie. Má rovnakú jednotku ako mechanická práca a el. energia – 1J (joule)
1 J = 1 Ws Elektrické teplo je jedna z foriem energie, ktorá vzniká premenou inej energie – elektrickej.
Výhoda elektrického tepla v priemysle a v domácnosti:
Spôsoby vzniku tepla z elektrickej energie
Najpoužívanejšie elektrické tepelné spotrebiče pre domácnosť využívajú odporové teplo, t. j. Joulovo teplo, ktoré vzniká prechodom striedavého alebo jednosmerného prúdu odporovým drôtom.
Najrozšírenejšie elektrické tepelné spotrebiče v domácnosti sú: žehlička, varič, piecka, elektrický sporák, zásobník vody a iné. Konštrukcia elektrickej žehličky
Elektrická žehlička – najstarší elektrický tepelný spotrebič. Najnovšie žehličky sú s reguláciou teploty (s termostatom), termostatom a kontrolným svetlom, s termostatom s naparovaním.
Poznáme dva druhy výhrevných článkov.
Pri sľudovej vložke je plochý odporový drôt navinutý na sľude, pri keramickej vložke je špirála odporového drôtu zaliata v šamotovej vrstve v kovovom púzdre, ktoré je vymeniteľné.
Hoci vo výhrevných vložkách sa celá elektrická energia premieňa na teplo, predsa toto teplo sa celé neodovzdá bez strát ohrievanému predmetu (vode).
Najhospodárnejšie sa odovzdá pri ponornom variči. Teda pri žehlení a varení uniká teplo vedením, žiarením a prúdením ako stratové teplo do podložky nádoby a odtiaľ do okolitého vzduchu, čím účinnosť varenia klesá na 60 až 80 %.
Elektrický sporák na varenie a pečenie je najväčším tepelným spotrebičom v domácnosti. Keďže jeho príkon je až 6 kW, zapája sa zvyčajne cez osobitnú, tzv. sporákovú prípojku na trojfázový prúd. (obsahuje dve rúry na pečenie)
El. zásobníky (bojlery) teplej alebo horúcej vody sú zväčša akumulačné (vyše 50 l), t. j. zohrievajú vodu lacným nočným prúdom.
Voda v zásobníku je aj cez deň teplá, pretože zásobník má tepelne izolovaný kryt. Zásobníky s obsahom menej ako 50 l sa zapínajú podľa potreby aj cez deň. Pre domácnosť sa vyrábajú bojlery 30 až 200 l a s príkonom 600 W až 2,2 kW. Účinnosť je 7 až 85 %. Voda sa zohrieva na 85 °C a je regulovaná automatickým termostatom.
Medzi tepelné spotrebiče používané v priemysle patria rôzne veľké variče, sporáky, paráky, ale najdôležitejšie sú elektrické pece. Sú to pece odporové, oblúkové a indukčné.
Sú najrozšírenejšie. Ich výhodou je veľmi jednoduchá samočinná regulácia teploty, možnosť programového riadenia. Teplo v odporovej peci dostaneme, ako napr. pri elektrickom variči, prechodom el. prúdu odporovými telieskami (Joulovo teplo). Výhrevné telieska sú ako špirály alebo pásiky z odporového materiálu (chróm, nikel, cekas, kantal). Sú uložené na dne alebo po stranách pece. Obr. Odporová pec
Pri odporovom zváraní vzniká potrebné teplo na rozžeravenie miesta zvaru prechodom elektrického prúdu (Joulovo teplo) bez oblúka. Rozžeravené konce predmetov, ktoré máme zvarom spojiť sa pritlačia, pričom sa musí prúd v pravý okamih vypnúť, aby sa miesto zvaru neprepálilo, napr. zváranie plechov a tenších materiálov, najmä železa.
Úlohou elektrického vykurovania je zabezpečiť príjemné teplo v obytných priestoroch. Ide vlastne o tepelnú pohodu.
Najčastejším spôsobom el. vykurovania miestností je vykurovanie Joulovým teplom. Môže byť:
Priame vykurovanie – používame priamo vykurovacie spotrebiče:
Nepriame vykurovanie – vykurovacími článkami sa zohrieva keramické jadro a teplo sa v ňom akumuluje, aby sa neskôr odovzdalo do miestnosti.
Využiť slnečnú energiu na účely vykurovania znamená využiť elektromagnetické žiarenie, ktoré dopadá zo Slnka na Zem.
Slnečnú energiu zachytávame pomocou slnečného kolektora. Je to zariadenie, ktoré absorbuje slnečné žiarenie, premení ho na teplo a to potom odovzdá prúdiacemu teplonosnému médiu (voda, vzduch). Teplonosné médium prenáša teplo k vykurovacím telesám.
Teplo vzniká v el. oblúku. Elektrický oblúk – vlastne výboj vo veľmi ionizovanom plyne (ak je plyn veľmi zahriaty a ak je v silnom el. poli – plyn sa stáva dobre vodivý - medzi elektródami potom prechádza silný prúd iónov a elektrónov = el. oblúk).
Horí najlepšie medzi uhlíkovými elektródami. Pritom vzniká teplota až 5 000 ºC. Vysoká teplota oblúka sa uplatňuje v priemysle pri oblúkovom zváraní a v oblúkových peciach. Pri zváraní el. oblúkom jednu elektródu tvorí zváraný predmet, druhú vlastná zváracia elektróda. Obidve elektródy sa na povrchu tavia a tak tvoria zvar. Vznikajú nerozoberateľné spoje. Zvára sa jednosmerným aj striedavým prúdom.
Pri priamom vyhrievaní oblúkom prechádza oblúk z elektród do zahrievaného kovu (napr. pri oblúkovom zváraní). Pri nepriamom vyhrievaní oblúkom je elektrický oblúk mimo zohrievaného predmetu a teplo prechádza do predmetu najmä sálaním.
Obr. Oblúkové pece
Oblúková pec môže svojím oblúkom priamo alebo nepriamo roztavovať materiál.
Poznáme:
Použitie: na prípravu karbidov, grafitu.
Teplo vzniká pôsobením indukovaných vírivých prúdov. Teplo od prúdu indukovaného striedavým magnetickým poľom využíva indukčná pec.
Obr. Indukčné pece
Rozdeľujeme ich podľa frekvencie:
Tavený materiál tvorí jadro transformátora. Vysokofrekvenčná (tégliková) indukčná pec je v podstate indukčná cievka. Jej závity sú z medenej rúrky, ktorou prechádza chladiaca voda. V cievke je uložený téglik napr. z kremeňa, do ktorého sa dáva tavený materiál (tégliková oceľ) a materiál tvorí jadro cievky, v ktorom sa indukujú vírivé prúdy na roztavenie materiálu.
Pri vyšších kmitočtoch sa ohrieva najmä povrch kaleného predmetu, zatiaľ čo vnútorná časť materiálu si ponecháva svoju húževnatosť.
Vznik tepla v izolante od vysokofrekvenčného prúdu. Elektrické teplo vzniká aj v izolante (v nekove), ktorý je vo vysokofrekvenčnom poli. Je to tzv. vysokofrekvenčný ohrev. Zohrievaný predmet tvorí dieletkrikum medzi dvoma doskovými elektródami a princíp ohrievacieho zariadenia je podobný kondenzátoru. Teplo v zohrievanom izolante vzniká stratami rýchlym prepolarizovaním časti dielektrika, tzv. dielektrické teplo. Teplo v predmete (izolant – dielektrikum) zvyšujeme vzrastom kmitočtu alebo napätia. Polarizácia dielektrika, t. j. zohrievanie látky medzi elektródami, je rovnomerná v celom objeme od kraja, pri elektróde až do jej hĺbky, a preto je tento spôsob výroby el. tepla veľmi hospodárny.
Dielektrický, čiže kapacitný ohrev je druh vysokofrekvenčného ohrevu, pričom sa zohrievaný materiál vkladá do kmitajúceho sa elektrického poľa medzi doskami (1) kondenzátora. Polovodivý a najmä nevodivý materiál sa ako dielektrikum (izolant) (2) vloží medzi dosky (1), na ktorých je pripojené vysokofrekvenčné napätie z generátora s napätím 0,5 až 1,5 kV s kmitočtom 5 až 60 MHz. Zvyšovaním kmitočtu alebo napätia zvyšujeme teplo v ohrievanom predmete.
Teplo je od dielektrických strát izolantu (predmetu), ktoré vzniká prepolarizovaním.
Dielektrický ohrev používame:
Ohrev infračervenými lúčmi
Infražiarič je elektrický zdroj infračervených lúčov, ktoré predstavujú sálavé teplo. Toto teplo sa šíri od infražiariča sálaním na ohrievaný
Obr. Infražiariče
Veľmi výhodná vlastnosť infražiarenia s vlnami nad 0,75 µm je, že preniká do hĺbky ožarovaného predmetu a rýchlo ho zohrieva, pričom infražiariče sú účinnejšie, než normálne tepelné, resp. svetelno-tepelné zdroje.
Infračervené žiarenie je elektromagnetické žiarenie s vlnovou dĺžkou 0,7 – 10 µm. Zdrojom infračerveného žiarenia sú infražiariče.
Pri infraohreve a dielektrickom ohreve sa nešíri teplo vedením od povrchu predmetu pomaly a slabo do malej hĺbky ako pri normálnom ohrievaní.
Elektrický infražiarič má ako zdroj sálavého tepla keramické teliesko, zohrievané odporovými špirálami na teplotu až 1 000 °C. Na hornej časti banky je naparená kovová vrstva – reflektor z lešteného hliníka (usmernenie lúčov). Kde používame infražiarovky?
Infražiarič v podobe žiarovky – je to sušiaca žiarovka. Životnosť asi 5 000 hodín.
Infražiarovka sa používa jednotlivo alebo v skupinách na :
Infražiarič predstavuje veľmi výhodný a hospodárny výhrevný (sušiaci) tepelný spotrebič. (Infračervené žiarenie preniká do hĺbky látky a rýchlo ju prehrieva).
Obr. Infražiarovka
predmet, t. j. medzi zdrojom tepla a ohrievaným predmetom netreba nijaké prostredie alebo nijaký dotyk. Teplo od infračervených lúčov preniká hlbšie do ohrievaného predmetu ako teplo od vyhrievaného telesa alebo od svetelného zdroja bieleho svetla.