Как работает электрический чайник: Схема устройства и принцип работы электрочайника

Схема устройства и принцип работы электрочайника

Трудно представить современную жизнь без электрочайников. Высокая скорость нагрева, привлекательный внешний вид и низкое количество потребляемой энергии сделали его незаменимым прибором на любой кухне, как в доме, так и в офисе. Данная статья ознакомит вас с устройством современного электрочайника и поможет разобраться во всех тонкостях его работы.

Немного истории

Идея создания такого устройства принадлежит американскому полковнику Кромптону, который впервые продемонстрировал свое изобретение на Чикагской всемирной ярмарке 1893 года. Нагревательный элемент был вмонтирован в подставку чайника, что на порядок увеличивало время и расход электроэнергии, требуемой для нагрева воды. Из-за указанных недостатков, устройство не смогло привлечь к себе внимание широкой публики.

Взяв за основу идею Кромптона, англичанин Артур Лардж усовершенствовал модель, установив нагревательный элемент прямо во внутреннюю поверхность прибора, что позволило сократить время нагрева

до минимума.

Первый электрочайник серийного производства был выпущен в Германии в начале 20 столетия компанией AEG. Некоторые модели до сих пор можно встретить в музеях современного дизайна по всему миру.

Виды ТЭН

Современные модели электрических чайников состоят из следующих компонентов:

  • специальная подставка,
  • нагревательный элемент,
  • корпус,
  • стеклянная колба,
  • термостат.

Так как основной частью любого чайника является нагревательный элемент (ТЭН), то по своей конструкции устройства классифицируются по  типу нагревательной поверхности.

  1. Нагревательная поверхность открытого типа, как правило, представляет собой пластину из нержавеющей стали, которая располагается на дне корпуса и имеет непосредственный контакт с водой. Такой тип ТЭНов характерен для моделей низкого ценового диапазона.
  2. Нагревательная поверхность закрытого типа
    представлена специальной поверхностью, изолированной от контакта с водой. Это позволяет избежать возникновения накипи на стенках и на самом ТЭНе устройства. Устройства с такими нагревательными поверхностями характеризуются более высокой стоимостью.

Как все работает

Для того чтобы понять, как работает любое устройство, необходимо ознакомится с его схемой. Схема электрочайника выглядит следующим образом:

Электрический ток подается на контакты специальной подставки XP1. Далее ток проходит через терморегулятор S1. С данного регулятора ток поступает на контакты ТЭНа.  HL – световой индикатор. S2 — выключатель тепловой защиты, который не участвует в процессе нагрева воды. Он срабатывает лишь в том случае, если колба чайника пуста.

Данная схема чайника довольно условна и может отличаться в зависимости от модели и количества дополнительных функций устройства.

В более обобщенном виде, принцип работы электрочайника заключается в последовательном осуществлении следующих действий:

  1. Устанавливая устройство на специальную подставку, пользователь подключает чайник к электросети и нажатием кнопки активирует работу аппарата. Посредством электрического тока, нагревательный элемент кипятит воду. Максимально допустимая температура нагрева для таких приборов составляет 100 градусов по Цельсию. Из-за различных примесей, присутствующих в водопроводной воде, это значение может снизиться до 93-95 градусов.
  2. Термостат определяет температуру нагрева воды и, после достижения определенной отметки, автоматически отключает подачу электричества на нагревательный элемент.
  3. Если на вашем устройстве установлен режим поддержания температуры, чайник будет осуществлять постоянный подогрев воды после ее остывания до определенной температуры.

Многие современные модели устроены по принципу термоса: внутренняя колба изолирована от внешнего корпуса «воздушной подушкой», что способствует более долгому сохранению высокой температуры.

При выборе электрического чайника стоит обратить на материал, из которого он сделан. Устройства с металлической основой дольше всего нагреваются и используют большое количество энергии. Керамические чайники долго сохраняют тепло и отличаются более высокой скоростью нагрева.

Керамический чайник Rolsen RK-1008 C

Механизм автоматического отключения

В основе данного механизма лежит биметаллическая пластина, которая реагирует на количество горячего пара, поступающего из колбы аппарата. В разных моделях устройств этот механизм располагается в разных местах, что не оказывает никакого влияния на эффективность или долговечность.

При закипании вода начинает выделять большое количество горячего пара, который проходит через трубку к специальной пластине. Горячий пар нагревает язычок пластины и, под действием температуры, она надавливает на кнопку переключателя.

Как правило, в качестве трубки для передачи пара используют полость ручки-держателя. Этот вариант является наиболее предпочтительным, поскольку исключается возможность возникновения протечки.

Меры предосторожности

Перед тем, как начать пользоваться чайником, следует внимательно ознакомиться с инструкцией по эксплуатации. Если по каким-либо причинам она отсутствует,  необходимо придерживаться следующих правил.

  1. Никогда не включайте прибор, если количество воды в нем не превышает минимально допустимое значение. В противном случае это приведет к сгоранию электросхемы.
  2. Для бесперебойной работы прибора рекомендуется использовать отдельную розетку.
  3. Никогда не накрывайте корпус чайника другими предметами.
  4. Если сетевой провод вышел из строя или был поврежден, прекратите пользование устройством.
  5. Регулярно производите чистку внутренней поверхности, предварительно отключив прибор от электросети.

Как устроен электрический чайник, как он работает, разновидности ТЭН

Электрочайники наравне с другими бытовыми приборами прочно вошли в нашу повседневную жизнь. Трудно найти квартиру или офис, в котором бы его не было.

Содержание статьи

Принцип работы электрического чайника

Несмотря на огромнейший выбор моделей, устроены они все одинаково и достаточно просто. Понимая принцип работы, можно даже починить электрочайник самостоятельно, если возникнет такая необходимость.

Устройство чайника элементарное:

  • Корпус,
  • Подставка,
  • Нагревательный элемент,
  • Стеклянная колба,
  • Термостат.

Итак, рассмотрим, как же работает этот бытовой прибор. Внутрь корпуса наливают холодную воду, устанавливают на подставку и вставляют вилку в розетку. Далее включают прибор кнопкой или клавишей, которая может находиться как под ручкой, так и над ней, или быть встроена в крышку.

Потом начинает свою работу нагревательный элемент, расположенный в нижней части прибора. Вода нагревается до кипения и преобразовывается в пар, который оказывает действие на биметаллические пластины. Данные пластины в автоматическом режиме как раз и отключают электрочайник. Как видите, механизм абсолютно простой.

Для изготовления корпуса чаще всего используется термостойкая пластмасса или нержавеющая сталь, также достаточно распространены модели со стеклянным корпусом, реже керамические. К недостаткам пластиковых чайников можно отнести неприятный запах при нагревании и менее презентабельный вид. В то же время корпус из металла или стекла сильнее нагревается, и, случайно дотронувшись до него, можно обжечься.

Керамические модели тяжёлые и легко разбиваются. Объём ёмкости для воды, как правило, составляет от 1,5 до 2 литров.

Подставка представляет собой круглую платформу с контактом посередине. Через этот контакт нагревательный элемент подключается к электросети. Соответственно, снимая чайник с подставки, вы размыкаете контакты и автоматически отключаете его.

Из дополнительных элементов может присутствовать фильтр от накипи, который находится в носике чайника и представляет собой мелкую сетку.

Чем больше мощность чайника, тем быстрее закипает вода. Оптимальной считается мощность около 2000 Вт.

Разновидности ТЭН

Главным нагревательным элементом электрочайника является трубчатый электрический нагреватель (ТЭН). Он может быть выполнен в одном из 2 следующих вариантов:

  1. Открытая спираль из нержавеющей стали, которая располагается внизу корпуса и постоянно соприкасается с водой. Такой тип ТЭНов преобладает в более дешёвых моделей. Для этих приборов характерно образование накипи внутри корпуса, которую приходится периодически чистить.
  2. Диск, расположенный внутри корпуса и не имеющий непосредственного контакта с водой. Преимуществом такого варианты является отсутствие накипи на стенках ёмкости для воды и на ТЭНе устройства, соответственно эти модели легче мыть. Однако приборы такого типа относятся к более дорогой категории.

Механизм автоматического отключения

Во всех современных моделях электрочайников предусмотрена функция автоматического отключения. Многих забывчивых людей она спасает от сгорания прибора и от возникновения пожара в помещении. Эта функция срабатывает, когда прибор включили, а воду налить забыли.

Действие её элементарное, нагревается корпус ТЭНа и начинает нагревать биметаллическую пластину, когда температура превысит максимально допустимое значение, пластина изогнётся и разомкнёт контакты, выключив чайник.

Внимание! Если чайник кипит длительное время и не отключается, проверьте, плотно ли закрыта крышка прибора.

Система защиты от перегрева

Если же механизм автоматического отключения по какой-то причине не сработает, в этом случае предусмотрена в современных приборах защита от перегрева. Как это работает: ТЭН нагревается далее, затем начинает плавиться специальный штифт, который одним концом упирается в корпус ТЭНа. Он становится меньшего размера и размыкает контакты. Однако если эта защита сработает, то ваш чайник уже больше работать не будет.

Подсветка и индикация включения

В большинстве чайников имеется индикатор включённого состояния. Он срабатывает при нажатии клавиши включения, и даст вам знать, если забыли вставить вилку прибора в розетку или плохо установили чайник на подставку. Эта функция может быть реализована в виде неоновой лампочки, установленной в основании или клавише включения, или в виде светодиодной подсветки воды.

И в заключение совет; не доводите воду до полного закипания и своевременно производите очистку прибора от накипи, и тогда чай будет радовать вас своим неповторимым вкусом и ароматом.

Подпишитесь на наши Социальные сети

Принцип работы и ремонт электрочайника

Просмотров 4.9k. Опубликовано Обновлено

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!

Принцип работы электрочайника

Электрические чайники давно и прочно вошли в жизнь современных людей. Они используются не только в офисах, но и в домашних условиях, постепенно вытесняя классические чайники обычной конструкции. Несмотря на огромное разнообразие моделей, каждый электрочайник имеет общий принцип работы.

Принцип действия электрических чайников

Для изготовления современных электрочайников, чаще всего, используется термостойкая пластмасса или нержавеющая сталь. Большинство моделей оборудовано функцией автоматического отключения.

Вся работа электрочайника основана на нагревании воды, помещенной в специальную колбу. Сам процесс нагревания осуществляется нагревательным элементом, закрепленным к корпусу разными способами. При повреждении крепежных элементов может возникнуть проблема протекания воды.

В большинстве современных электрических чайников, устанавливаются дисковые нагревательные элементы. При закипании воды, происходит соприкосновение пара через небольшое отверстие с биметаллическим элементом. В результате, пластинка изгибается и оказывает воздействие на выключатель. В некоторых моделях имеется специальная защита, которая срабатывает и отключает электрочайник в случае полного выкипания воды. Уровень воды в электрочайнике контролируется с помощью индикатора.

Для того, чтобы сэкономить электроэнергию и как можно дольше сохранить тепло, многие конструкции чайников используют принцип термоса. В этом случае, происходит не только нагревание воды в колбе, но и последующее поддержание ее постоянной температуры. Это особенно актуально для больших семей, где постоянно требуется горячая вода.

Правила эксплуатации

Чтобы правильно эксплуатировать электрочайник, необходимо знать, что в каждом приборе имеется встроенный электрический ТЭН, мощность которого составляет 1.5-2,3 кВт. От мощности ТЭНа зависит скорость кипячения воды.

Для чайников с повышенной мощностью, рекомендуется устанавливать специальные розетки с усиленным кабелем. Эти меры помогут выдержать любую нагрузку.

Увеличению срока службы прибора способствует его правильное наполнение водой. Перед заливкой, чайник должен быть отключен от сети или снят с подставки. Необходимо следить за тем, чтобы уровень воды был оптимальным, без перелива и недолива.

Ремонт электрочайника

устройство, схема подключения и ремонта

На чтение 8 мин Просмотров 1.7к. Опубликовано Обновлено

В настоящее время электрический чайник есть практически у всех. Его используют и дома, и в офисе. Быстрый нагрев воды – основное преимущество прибора. К тому же такие чайники универсальны: они бывают всех форм и размеров. Рынок бытовой техники предлагает ассортимент электрочайников. Все они со множеством функций и изготовлены из разных материалов.

Электрочайник стал незаменимой частью быта.

Принцип нагревания воды

Зная, как устроен электрический чайник, легко разобраться и с принципами его работы. Выбор моделей огромен, однако устройство конструкции у всех одинаково и незамысловато. Современные чайники состоят из следующих частей:

  • подставка;
  • нагревательный элемент;
  • корпус;
  • стеклянный, пластиковый или металлический резервуар;
  • термостат.

Работа техники заключается в следующих шагах:

  1. Установка наполненного холодной водой чайника на специальную подставку и подключение чайника к электросети. Работа активируется после нажатия кнопки «Пуск». В это время нагревательный элемент прогреет воду до 100 градусов по Цельсию.
  2. Подача электричества на нагревательный элемент автоматически отключится, как только температура нагрева воды достигнет определённой отметки. Это определит встроенный термостат.
  3. Если в чайнике есть функция поддержания температуры, то вода будет постоянно подогреваться до установленной температуры.

Устройство узлов электрочайника

От электровилки ток по шнуру передаётся на контакты подставки, где установлен чайник. Провода расположены под корпусом. Это сделано для защиты от случайного соприкосновения с ними человека.

В прорези по центру также есть контакт. Он нужен для подключения к заземлению. Этот контакт слаботочный и не принимает участия в работе. Его предназначение – защита человека от удара током, если случится повреждение изоляции. На концах сетевого шнура внутри подставки расположены накидные клеммы, закреплённые на выводах контактов.

Чтобы электрический ток перешёл с подставки на чайник, в дне устройства предусмотрено отверстие с ответной частью контактов разъёма. Конструкция представляет собой штырь контакта заземления и два концентрических медных кольца.

Простая схема работы чайника.

Система защита от перегрева

Под крышкой электроприбора находится главный его элемент – двухконцевой трубчатый электрический нагреватель (ТЭН). Он согнут в виде незамкнутого кольца. ТЭНы бывают различных мощностей, в том числе и высоких, способные выделять огромную тепловую энергию.

Во избежание возгорания, например, когда чайник включили, но не наполнили резервуар водой или была не закрыта крышка, производителем спроектирована тепловая система защиты.

В качестве датчиков температуры в электроприборе используются биметаллические пластины. Такая пластина имеет вид пары скреплённых между собой по всей плоскости тонких пластин из металлов, разного коэффициента линейного расширения.

Нагреваясь, один металл расширяется больше другого, и биметаллическая пластина деформируется. Изгибаясь, диск давит на шток, который надавливает на контактную пластину и отводит контакты друг от друга. Вторая подобная пластина устанавливается для полного отключения чайника.

Бывают ситуации, когда механизм автоматического отключения не сработал.

В таком случае в электрических чайниках предусмотрена защита от перегрева. Принцип работы такой системы прост. ТЭН продолжает нагреваться, и специальный штифт, который одним концом упирается в корпус ТЭНа, начинает расплавляться. Так как он уменьшился, контакты размыкаются, и прибор перестаёт функционировать.

Система защиты от перегрева.

Система автоматического отключения при закипании воды

Температурный датчик.

Новые модели электрочайников оснащены функцией автоматического отключения. Такая опция, несомненно, полезна, особенно для забывчивых пользователей. Она срабатывает, когда прибор включили без воды. Система автоматического отключения работает по следующей схеме:

  1. Корпус ТЭНа нагревается, тем самым нагревая воду.
  2. При кипении образуется пар, он нагревает «язычок» биметаллической пластины.
  3. Когда температура превысит максимально допустимое значение, пластина прогнётся и, разомкнув контакты, отключит технику.

 

Индикация включения и подсветка

Основная часть выпускаемых чайников оснащена индикатором включённого состояния и подсветкой. Подобный индикатор включается вместе с включением самого чайника и работает на протяжении кипячения. По окончании работы он тоже выключается.

Такое подсвечивание позволяет исключить неправильную установку чайника на подставку, открытие крышки при включении и подобные ошибки использования прибора.

Как отремонтировать электрочайник своими руками

Чайник считается простым бытовым прибором, и отремонтировать его, чаще всего, можно самостоятельно, при этом не имея специального оборудования и навыков.

Схема строения дискового чайника.

Как разобрать электрический чайник

Для определения причины неисправности и дальнейшего ремонта нужно убрать крышку со дна чайника. Перечислим сложности, которые встречаются при попытке разборки корпуса.

  1. В самом простом случае крышка прикручена к основанию чайника саморезами со шлицами под крестовую отвёртку. Тогда снять крышку не составит труда.
  2. Винты установлены со шлицем под стержень отвёртки типа двузубой вилки. Подобный инструмент не всегда имеется под рукой, поэтому специалисты советуют воспользоваться бокорезом или пинцетом.
  3. Сложнее выкрутить пластмассовый саморез: его следует сдвинуть с места в сторону закручивания. Ещё один действенный метод – это нагрев самореза паяльником. Для этого жало прикладывается к головке, пластик у резьбы самореза размягчается, и он легко выкручивается.

Чаще всего, перечисленных методов достаточно, чтобы снять крышку. Но, бывает, что она дополнительно закреплена зажимами по всему диаметру. Для снятия такой крышки необходимо вставить плоское жало отвёртки в место стыка крышки и корпуса и аккуратно отвести защёлку от корпуса.

Электрочайник не греет воду, индикатор лампочка включения горит

Если лампочка-индикатор исправна и указывает на то, что прибор включён, но при этом не происходит нагрев воды, то проблема кроется в плохом контакте клемм с выводами ТЭНа или обрыве спирали внутри него.

Восстановление контакта в накидных клеммах

Если нет новой клеммы, то можно применить использованную ранее. Перед применением клемму освобождают от запрессованных в ней проводов. Затем нужные провода вправляют в хвостик клеммы и обжимают плоскогубцами. Клемма готова к работе и её можно подключать к ТЭНу. Далее мелкой наждачной бумагой зачищают контакт на выходе ТЭНа и надевают на него клемму.

Если возникла ситуация, что контакт ТЭНа и клемма покрыта окислом, необходимо удалить с контакта чёрный налёт. Делается это с помощью шлифовальной бумаги. Для удаления налёта внутри клемму следует несколько раз надеть и снять на плоский контакт ТЭНа.

Восстановление приваренных контактов

Восстановить приваренные контакты можно по следующей схеме:

  1. Плоские проводники подключить к электрической схеме чайника при помощи накидных клемм.
  2. Обвить плоские проводники вокруг выводов ТЭНа.
  3. Прижать плоские проводники с выводами металлическими планками с помощью винтов. При установке планок следует обратить внимание, чтобы детали не соприкасались с металлическим корпусом чайника.
  4. Проверить работоспособность чайника, убедиться в исправности техники.

Электрочайник не греет воду индикатор, включения не горит

При возникновении такой проблемы необходимо удостовериться в работоспособности вилки и наличии напряжения в розетке. Также причинами нефункционирования прибора могут быть неисправности выключателя или биметаллической пластины. Перечисленные поломки, вполне возможно исправить самостоятельно, нужно только точно найти проблемное место.

Ремонт контактной группы электрочайника с подставкой

Первым признаком неполадки в контактной паре считается появление необходимости вращать чайник на подставке, прежде чем он начнёт функционировать. Чтобы это исправить, нужно очистить контакты от нагара. Сделать это можно с помощью наждачной бумаги.

Если проблема состоит в недостаточном прижиме контактов или окисления, то следует восстановить форму пластины и зачистить наждачной бумагой поверхность контактной площадки. Затем установить пластину на её рабочее место и проверить прилегание контакта. Оно должно быть по центру, но при этом не цепляясь за стенки подставки.

Проверка контакта между разъемом и точками подключения электрошнура.

Ремонт кнопки выключателя электрочайника

Поломка кнопки «Выключение-Включение» – не приговор всему электрочайнику. Обычно ремонт оказывается несложным и возможным для человека, не обладающего специальными знаниями. Чаще всего для починки достаточно подчистить контакты с помощью наждачной бумаги.

Ремонт выключателя электрочайника

Если кнопка не фиксируется и попросту выключается сразу после включения, то причиной поломки, скорее всего, является выпадение фиксирующего элемента. Для ремонта следует разобрать блок, найти выпавшую деталь и вернуть её на место. Чаще всего этого достаточно для дальнейшей эксплуатации прибора.

Правила эксплуатации

Купив электрический чайник, перед его первым использованием необходимо ознакомиться с инструкцией. Чтобы прибор работал долго и качественно, требуется соблюдать несложные правила эксплуатации:

  • не включать прибор с малым количеством воды или её отсутствием;
  • использование для электроприбора индивидуальной розетки;
  • не накрывать чайник другими предметами и не ставить ничего сверху;
  • не включать прибор при видимом повреждении вилки, розетки или сетевого провода;
  • регулярный уход за бытовой техникой.

Заключение

Электрический чайник давно везде популярен, он прочно занял своё место на рынке бытовой техники. Да, устройство электрического чайника элементарно, но всё же стоит помнить, что ремонт следует проводить предельно аккуратно и соблюдая меры предосторожности.

Предыдущая

ЧайникиДорогой электрический чайник: топ 5 премиум моделей

Следующая

ЧайникиПрозрачный чайник из стекла для газовой плиты: как выбрать и правильно использовать

Как работает электрический чайник? Как устроен чайник?

Чтобы техника служила как можно дольше, необходимо правильно за ней ухаживать. Это возможно только в том случае, если человек понимает, как она работает. В частности, необходимо понимать, как устроен электрический чайник, чтобы он прослужил долгие годы и сохранял вкус напитков.

Электрический чайник — это необходимая техника на каждой кухне. На рынке представлено огромное количество моделей с различными характеристиками и функциями. Чтобы выбрать среди них нужный вариант, необходимо знать назначение каждого варианта. К сожалению, невозможно полностью оценить рынок представленных товаров, однако необходимо знать основные характеристики, которые помогут выбрать нужную модель. В частности, информационная статья о том, на что стоит обратить внимание при покупке электрочайника, поможет каждому покупателю.

Как устроен электрический чайник?

Чтобы новый электрочайник исправно работал и качественно подогревал воду, необходимо правильно ухаживать за ним при эксплуатации. В свою очередь, это возможно только при понимании того, как работает электрический чайник.

Современные чайники состоят из трех основных элементов:

  • чайник;
  • основа;
  • шнур от электророзетки.

Шнур от электророзетки крепиться к съемному основанию чайника. Это позволяет снять чайник после закипания и удобно разлить воду по чашкам или стаканам.

Основным элементом каждого электрочайника является нагревательный элемент. В зависимости от его расположения, различают чайники двух типов: с открытой нагревательной пластиной и с закрытым нагревательным элементом. В случае открытого варианта, нагревательный элемент можно увидеть на дне чайника. Обычно это круглая или S-образная пластина, покрытая нержавеющей сталью.

Закрытый тип нагревательный поверхностей располагается в нижней части чайника. Он полностью изолирован от воды тем материалом, из которого выполнено дно чайника (металл, пластик, стекло, керамика).

Устанавливая чайник с водой на основу, и нажимая кнопку включения, электрический ток распространяется от розетки до нагревательного элемента. При этом вода начинает закипать. Если снять чайник с основы до конца кипячения, он моментально отключится — вода сразу же перестанет нагреваться.

Задумываясь о том, как работает электрический чайник, нельзя упустить процесс закипания воды. Вначале, от установленного нагревательного элемента нагреваются нижние слои воды. Затем, в результате конвекционного движения, нижние слои поднимаются вверх, а холодная вода из верхней части чайника опускается вниз и нагревается. Так происходит постоянно, вплоть до полного закипания воды и отключения чайника.

Отключение чайника происходит автоматически через несколько секунд после закипания. Это связанно с определенным количеством пара, который выделяется при достижении водой 100°С. Пластина, на которую установлен выключатель, реагирует на пар, в следствии чего чайник сам, автоматически, отключается.

Сохранению температуры воды в чайнике способствует прочный корпус. Необходимо помнить, что металлические чайники расходуют наибольшее количество электроэнергии, а керамические — дольше сохраняют тепло. Это свойство чайника полезно для тех, кто любит сначала заварить чай, а потом доливать теплую воду в кружки.

Современные дорогие электрические чайники оборудованы специальной функцией, которая не дает чайнику нагреваться, если в нем нет воды. Однако в более дешевых моделях такая функция отсутствует. Кроме того, нет чайников, которые включаются только при достижении минимальной отметки уровня воды.

Если налить в чайник воду, менее минимальной отметки, электроприбор может сгореть. Равно, как и при включении абсолютно пустого чайника, без воды.

Если же налить воды больше максимально разрешенного объема, чайник начнет двигаться и может упасть, в том случае, если он стоит на краю стола. Это особенно характерно для чайников, которые крутятся на подставке во время закипания. Также, горячая вода может выливаться, что приведет к порче деревянного стола или самого корпуса пластмассового электрочайника.

Чайник(электрочайник).Устройство и работа.Выбрать.Плюсы и минусы

В непрерывном течении нашей повседневной рутины многим людям часто приходится кипятить воду. Если вы заядлый любитель чая, или вам нравится время от времени выпить чашечку растворимого кофе, вам обязательно пригодится электрический чайник. Он имеет несколько преимуществ перед просто кипящей водой в кастрюле на плите, в том числе легкость наполнения и сокращение времени нагрева. Эти бытовые приборы бывают всех форм и размеров, от простых и утилитарных до тех, которые выглядят, как произведения искусства. В настоящее время они имеют множество функций и изготавливаются из самых разных материалов, каждый из которых имеет свои достоинства и недостатки.

Устройство и принцип работы

Чайник относится к числу простейших бытовых приборов. В нижней части находится герметичный электрический нагревательный элемент. Над ним расположена емкость, содержащая воду. Этот резервуар может быть как съемным, так и встроенным. Элементы управления находятся снаружи корпуса. Как правило, есть кнопка (включения / выключения), термостат (автоматический выключатель) и шнур питания для подключения к электрической розетке.

Нагревательный элемент

Когда вы вставляете шнур питания в розетку и нажимаете на кнопку включения, электрический ток течет в нагревательный элемент. Сопротивление элемента (тенденция, при которой любой материал должен прекратить протекание потока электричества) превращает электрическую энергию в тепло. Другими словами, когда электричество втекает в нагреватель, он становится горячим. И, поскольку он находится в прямом контакте с холодной водой, тепло проходит в воду и быстро ее нагревает.

Термостат

Нагревательный элемент управляется термостатом. Самый простой, механический термостат, он находится чаще всего под дном емкости с водой. Он состоит из пластин двух разных металлов (склеенных друг с другом), один из которых расширяется быстрее, чем другой, при повышении температуры. Термостат изогнут в одном направлении, но когда горячая вода достигает точки кипения, пар по каналу достигает термостата, пластины выгибаются в другую сторону и толкают рычаг, который отключает чайник.

Сегодня существуют термостаты, позволяющие нагревать воду только до определенной температуры, не доводя до кипения. Такой термостат имеет переменное сопротивление внутри. Чем выше вы устанавливаете температуру, тем ниже сопротивление. Небольшой ток проходит через термостат, обычно управляя электронным переключателем, называемым терморегулятором.

Терморегулятор, в свою очередь, управляет нагревательным элементом. Когда в термостате сопротивление возрастает, протекает меньше тока, что приводит к уменьшению потока тока через нагревательный элемент. Это сохраняет нагревательный элемент и емкость с водой от перегревания. Когда сопротивление уменьшается, ток через термостат увеличивается, что приводит к тому, что терморегулятор увеличивает поток электричества через нагревательный элемент. Это повышает температуру воды.

Достоинства и недостатки электрических чайников
Плюсы
  • Это универсальное устройство, которое можно использовать для кипячения воды, приготовления чая и даже для варки яиц. Такое многоцелевое использование, безусловно, делает его вашим незаменимым помощником для ежедневного использования дома и в офисе.
  • В большинстве случаев вскипятить воду в таком чайнике можно намного быстрее, чем на обычной плите, экономя ваше время. Время, затрачиваемое на наблюдение за плитой, можно использовать для других важных вещей, которые есть в вашей жизни. Несомненно, это одно из главных преимуществ таких устройств.
  • Благодаря улучшенной технологии эти приборы более энергоэффективны, что снижает нагрузку на ваш бюджет. Однако, самые крупные модели могут вносить существенный вклад в счета за электричество, поскольку они тратят больше времени, чтобы нагреть воду и потребляют больше электроэнергии.
  • Они удобны в использовании и достаточно мобильны. И даже беспроводные, доступные для путешествий, призваны облегчить вам жизнь. Также имеются модели, которые могут работать от разъема автомобильного зарядного устройства.
  • Имеющиеся датчики автоматически выключают нагревание при достижении желаемой температуры, позволяя вам кипятить воду, не беспокоясь о перегреве или выкипании.
Минусы
  • Электрические чайники часто изготовлены из пластика, что дает повод для некоторых людей сомневаться, что они обеспечивают полную пожаробезопасность, и не чувствовать себя комфортно с прибором из нагревающегося пластика и электричеством.
  • Та же причина заставляет некоторых избегать микроволновых печей. Они могут восприниматься как вредные для здоровья. В некоторых частях мира люди по-прежнему предпочитают бронзу или сталь для нагрева воды.
  • Пластмасса может расплавиться или вызвать изменение вкуса из-за вымывания. А ржавчина на нагревательном элементе может сделать изменение цвета и вкуса очевидным.
  • Несмотря на то, что сам прибор относительно недорог, в процессе работы он использует электричество и может значительно увеличить ваш счет за электроэнергию.
  • И, хотя у этих электрических приборов есть много преимуществ, они все-таки дороже по сравнению с традиционными печными чайниками. Вам ни к чему тратить на них деньги, если вы хотите только время от времени кипятить воду. Возможно, металлическая посуда сделает такую работу лучше. Сегодня люди во многих странах по-прежнему не используют чайник в качестве предмета для ежедневного использования.
Как выбрать чайник

Материал корпуса
  • Пластик. Это самые дешевые. Однако, они недостаточно прочны, а пластмассовый корпус может оставлять послевкусие в воде.
  • Нержавеющая сталь. Такие приборы самые прочные, и прослужат вам, по крайней мере, несколько лет. По этой же причине они очень легко чистятся, не впитывая химические очистители в поверхность резервуара.
  • Стекло. Очень красиво смотрятся пузырьки закипающей воды внутри прозрачной емкости. Кроме того, стекло — экологически чистый материал. Но он также и достаточно хрупкий, поэтому часто трескается. А если у вас жесткая питьевая вода, то следы от осадка солей на прозрачных стенках придется очень часто счищать.
  • Керамика. Эти достаточно дорогие подойдут для любителей классического дизайна и традиционного сырья для изготовления корпуса.
Мощность.

Одним из наиболее важных параметров является то, как быстро закипает вода. Самые медленные устройства могут занимать почти в два раза больше времени, чем самые быстрые. Соответственно, и мощность средних моделей объемом 1,5-1,7 л может колебаться от 1500 до 2500 Вт. Кроме того, самый маленький объем означает и наименьшую мощность, и наоборот — чем больше емкость, тем мощнее чайник. Надо помнить, что чем мощнее электроприбор, тем более он потребляет электричества, и, следовательно, становится дороже в эксплуатации.

Объем.

Объем варьируется в диапазоне от кипячения в нем воды только для двух чашек чая (0,5 литра), до больших термопотов объемом 3л, чтобы иметь возможность приготовить до 12 чашек. Подходящий для вас размер зависит от количества членов семьи и того, насколько часто вы пьете чай в течение дня.

Мобильность.

Наличие отдельного от корпуса основания с электрическим шнуром дает возможность перемещать чайник из одного места в другое и обслуживать его, не таская шнур за собой. Кроме того, база-основание может иметь центральное крепление к корпусу, что дает возможность вращения резервуара с водой на 360 градусов.

Уровень шума.

Громкий шум при кипячении может быть настоящим раздражителем — некоторые устройства могут очень сильно нарушить тишину и покой в вашем доме.

Размер и вес.

Чайник вы, вероятно, будете использовать каждый день, поэтому он не должен вызывать чрезвычайного напряжения, чтобы удержать его в руках. Кроме того, если вы найдете чайник громоздким, когда он пуст, его, вероятно, можно оставить на полке.

Простота использования.
  • Модели, которые можно заполнить через носик, избавят вас от необходимости открывать крышку.
  • Если вы хотите использовать крышку, ищите ее, широко открывающуюся простым нажатием кнопки.
  • Убедитесь, что ручка удобна для захвата и удержания, а также защищает руку от пара, который может подниматься из желоба.
  • Вертикальное прозрачное окошко на непрозрачном корпусе поможет контролировать уровень воды, не заглядывая внутрь.
Похожие темы:

Как работают электрические чайники?

Как работают электрические чайники? — Объясните этот материал Реклама

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).

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 другом 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 быстрее повышаться давлению (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 надо! Удивительно то, что ваш чайник закипает так же быстро, как и Зачем.

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 затратить для кипячения воды, точно такое же.

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.

Таинственный «4.2» — 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), так что это заняло бы 37 800 секунд — около 10.5 часов — использовать столько энергии, сколько наш чайник использует за одно кипячение!

Иллюстрация: 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.Делить 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 гораздо 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).

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 ты 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 аварийной 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: 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: Крупный план биметаллического термостата (показан оранжевой точкой на другом фото).

«Механический эквивалент тепла»

Работа: Эксперимент Джоуля по поиску 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) был одним из первых, кто докопался до ее сути.

Джоуля 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, подтверждающие его идеи 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

Рекламные ссылки

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 сайте

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

Артикул

  • Жгучее стремление к эффективности, Том 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. Нью-Йорк Таймс, 9 августа 2009 г.Почему чайники кажутся такими плохо спроектированными? Этот писатель задается вопросом об эстетике, но, может быть, ей было бы лучше подумать о том, как наука и техника ограничивают конструкцию машины, которая может быстро и эффективно кипятить воду?

Книги

  • Чайник: признание 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 Джона К. Тейлора. 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 ноября 1986 г.

Видео

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, 2020. Все права защищены. Полное уведомление об авторских правах и условия использования.

Подписывайтесь на нас

Сохранить или поделиться этой страницей

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

Цитировать эту страницу

Вудфорд, Крис.(2011/2020) Электрочайники. Получено с https://www.explainthatstuff.com/how-electric-kettles-work.html. [Доступ (вставьте дату здесь)]

Подробнее на нашем сайте…

Как работают электрические чайники?

Как работают электрические чайники? — Объясните этот материал Реклама

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).

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 другом 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 быстрее повышаться давлению (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 надо! Удивительно то, что ваш чайник закипает так же быстро, как и Зачем.

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 затратить для кипячения воды, точно такое же.

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.

Таинственный «4.2» — 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), так что это заняло бы 37 800 секунд — около 10.5 часов — использовать столько энергии, сколько наш чайник использует за одно кипячение!

Иллюстрация: 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.Делить 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 гораздо 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).

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 ты 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 аварийной 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: 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: Крупный план биметаллического термостата (показан оранжевой точкой на другом фото).

«Механический эквивалент тепла»

Работа: Эксперимент Джоуля по поиску 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) был одним из первых, кто докопался до ее сути.

Джоуля 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, подтверждающие его идеи 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

Рекламные ссылки

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 сайте

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

Артикул

  • Жгучее стремление к эффективности, Том 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. Нью-Йорк Таймс, 9 августа 2009 г.Почему чайники кажутся такими плохо спроектированными? Этот писатель задается вопросом об эстетике, но, может быть, ей было бы лучше подумать о том, как наука и техника ограничивают конструкцию машины, которая может быстро и эффективно кипятить воду?

Книги

  • Чайник: признание 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 Джона К. Тейлора. 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 ноября 1986 г.

Видео

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, 2020. Все права защищены. Полное уведомление об авторских правах и условия использования.

Подписывайтесь на нас

Сохранить или поделиться этой страницей

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

Цитировать эту страницу

Вудфорд, Крис.(2011/2020) Электрочайники. Получено с https://www.explainthatstuff.com/how-electric-kettles-work.html. [Доступ (вставьте дату здесь)]

Подробнее на нашем сайте…

Как работают электрические чайники?

Как работают электрические чайники? — Объясните этот материал Реклама

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).

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 другом 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 быстрее повышаться давлению (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 надо! Удивительно то, что ваш чайник закипает так же быстро, как и Зачем.

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 затратить для кипячения воды, точно такое же.

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.

Таинственный «4.2» — 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), так что это заняло бы 37 800 секунд — около 10.5 часов — использовать столько энергии, сколько наш чайник использует за одно кипячение!

Иллюстрация: 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.Делить 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 гораздо 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).

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 ты 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 аварийной 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: 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: Крупный план биметаллического термостата (показан оранжевой точкой на другом фото).

«Механический эквивалент тепла»

Работа: Эксперимент Джоуля по поиску 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) был одним из первых, кто докопался до ее сути.

Джоуля 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, подтверждающие его идеи 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

Рекламные ссылки

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 сайте

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

Артикул

  • Жгучее стремление к эффективности, Том 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. Нью-Йорк Таймс, 9 августа 2009 г.Почему чайники кажутся такими плохо спроектированными? Этот писатель задается вопросом об эстетике, но, может быть, ей было бы лучше подумать о том, как наука и техника ограничивают конструкцию машины, которая может быстро и эффективно кипятить воду?

Книги

  • Чайник: признание 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 Джона К. Тейлора. 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 ноября 1986 г.

Видео

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, 2020. Все права защищены. Полное уведомление об авторских правах и условия использования.

Подписывайтесь на нас

Сохранить или поделиться этой страницей

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

Цитировать эту страницу

Вудфорд, Крис.(2011/2020) Электрочайники. Получено с https://www.explainthatstuff.com/how-electric-kettles-work.html. [Доступ (вставьте дату здесь)]

Подробнее на нашем сайте…

Как это работает: ваш чайник

Нет ничего проще и приятнее, чем поставить чайник и сесть за чашку горячего чая. Наука о том, как это работает, тоже довольно проста.

В третьей части нашей серии статей о том, как это работает, мы рассмотрим, как электричество питает наши чайники.

Краткая история

Когда около 100 лет назад газовые варочные панели стали широко доступны, чайник со свистком, также известный как паровой чайник, стал популярным кухонным прибором. Предпосылка была проста, вода в чайнике кипела, создавалось давление, которое нагнеталось через крышку, издавая высокий свист 1 .

К 1922 году паровые чайники были заменены электрическими чайниками, изобретенными Артуром Лесли.

Затем в 1959 году Рассел Хоббс изготовил чайник K2 с прохладной ручкой и крышкой, чтобы люди не обожгли руки.

Как это работает

Если вы когда-нибудь задумывались, как работают чайники, мы расскажем вам об этом.

Внутри каждого Чайника находится металлическая катушка. Электрическая энергия проходит через змеевик, превращаясь в тепло и нагревая холодную воду внутри него.

Процесс выглядит примерно так:

  1. Когда чайник включен, через катушку или «нагревательный элемент» протекает сильный электрический ток.
  2. Катушка имеет электрическое сопротивление (показатель трудности прохождения через нее электрического тока). Это сопротивление превращает электрическую энергию в тепло при прохождении через катушку.
  3. Тепло доводит воду внутри до точки кипения.
  4. В некоторых чайниках используется термостат, который выключает их, когда вода достигает нужной температуры.

Как экономить электроэнергию за счет более эффективного использования чайника

Чайники уже на 50 % более эффективны, чем плиты, когда речь идет о кипячении воды, но вы можете сэкономить еще больше энергии, избегая этих трех распространенных ошибок:

Знаете ли вы, что чайники работают эффективнее, если их чистить раз в месяц?


Каталожные номера
  1. https://www.bestelectrickettles.net/history-of-kettles/

Как работает электрический чайник?

В нашем современном обществе многое воспринимается как должное, но электричество должно быть на высоте. 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 также оснащены функцией автоматического отключения, которая отключает ток, 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 как можно быстрее нагреть воду, 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.

Мы могли бы добиться большего успеха, если бы вместо этого использовали плиту для кипячения воды. 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 такие эффективные 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.

Электрические чайники в значительной степени безопасны в использовании, и большинство из них оснащены функцией автоматического отключения, которая отключает ток, когда вода закипает. Многие электрические чайники также имеют таймер простоя, который выключает весь блок по истечении заданного периода времени, что снижает риск того, что вы забудете выключить его перед тем, как отправиться на работу.

СМОТРИТЕ ТАКЖЕ:  Как почистить электрический чайник (с иллюстрациями)


Авторы избранных изображений: Halfpoint, Shutterstock

Ingenia — КАК ЭТО РАБОТАЕТ

Ежедневно используемые миллионами людей по всему миру, электрические чайники используют удивительно простой метод решения давней проблемы: как выключить себя.

Когда чайник подключен к электрической розетке и включен, электрический ток протекает через металлическую катушку, которая находится либо внутри, либо под водой. Катушка, по сути, является нагревательным элементом, и ее сопротивление (усилия материала по прекращению прохождения электричества через нее) превращает электрическую энергию в тепло.

Поскольку чайник является герметичным устройством, температура в нем быстро повышается, и вскоре вода закипает. Пока так просто. Основная проблема с концепцией электрического чайника всегда заключалась в том, как заставить его выключаться самостоятельно.В прошлом этого не было, и многие отели были эвакуированы, когда левый чайник закипел и закипел и сработал детектор дыма в номере.

Теперь все электрические чайники имеют автоматическое отключение, которое прекращает нагрев воды при достижении точки кипения.

(слева) В зеленой области показан нагревательный элемент, когда вода закипает, пар проходит по паровой трубке (красная), приводя в действие биметаллический диск (справа) в синей зоне безопасности, который отключает электропитание © Strix Ltd

Многие из устройств, которые делают это возможным, основаны на изобретении британского инженера Джона Кроушоу Тейлора OBE FREng.Проблема, с которой он столкнулся, заключается в том, что простой термостат не даст наилучшего результата и не обеспечит полного закипания воды.

Точка кипения воды меняется в зависимости от высоты над уровнем моря или количества примесей в воде, поэтому термостат, который перестает кипятить воду ровно при 100°C, представляет проблему. На уровне моря вода кипит при 100°C, но на каждые 150 метров высоты температура кипения воды понижается примерно на 0,5°C. Если бы вам захотелось выпить чашку чая на берегу Мертвого моря, ваш чайник отключился бы до того, как вода закипит, а если бы вам представилось, что вы пьете чай на вершине горы, ваш чайник никогда не отключится и будет кипятить всю воду. вода прочь.

Гениально простое решение проблемы представлено в виде двухслойного биметаллического (металл с двумя разными тепловыми расширениями) диска, который «переворачивается» при определенной температуре, подобно металлической крышке от варенья, которая «выскакивает» когда открываешь новую банку с вареньем.

Диск с большим тепловым расширением соединен с диском с меньшим тепловым расширением, так что при повышении температуры комбинированный диск изгибается так, что диск с более быстрым расширением оказывается снаружи, и наоборот при охлаждении.Скалывающая форма диска обеспечивает дешевый и эффективный термостат, который внезапно срабатывает при определенной температуре, а не просто медленно изгибается при нагревании.

Еще одна умная особенность заключается в том, что термостат вообще не находится в воде чайника и, таким образом, не срабатывает при температуре воды, которая, как было установлено ранее, не всегда может быть 100°C. Вместо этого он находится вне воды и срабатывает из-за быстрого повышения температуры, вызванного паром, который образуется только при кипении чайника.

Канал внутри чайника, как правило, внутри ручки, подает пар от верхней части внутреннего пространства кипячения вниз к термостату (часто у основания), где температура очень быстро повышается от температуры окружающей среды до почти 100°C, как только происходит закипание. начинается. Это приводит к разрыву диска и отключению питания. Теперь можно настроить термостат на срабатывание всякий раз, когда вода закипает, даже если это происходит при разных температурах. Если после того, как чайник закончился, вы некоторое время прислушиваетесь к тому, как он остывает, вы можете услышать, как диск переворачивается.

Как работает электрический чайник

Может быть очень приятно наблюдать, как электрический чайник кипятит воду, пока вы ждете, чтобы расслабиться и насладиться своим временем с чашкой чая. Но задумывались ли вы когда-нибудь, как работает электрический чайник? Ну, наука на самом деле довольно проста. Но прежде чем мы познакомимся с работой электрического чайника, давайте разберемся, как люди кипятили воду до появления электрических чайников.

 

 

История чайников

До появления электрических чайников люди пользовались паровыми чайниками. Приходилось ставить чайники на газовую плиту и кипятить воду. Нарастающее давление пара толкало крышку, издавая свистящий звук, предупреждающий пользователя о том, что вода закипела. Все изменилось, когда в 1922 году был изобретен электрический чайник. Это было дополнительно улучшено за счет добавления ручки и крышки с прохладным прикосновением, чтобы люди не обожгли руки.

 

Процесс электрочайника

1. Когда электрический чайник подключен к электрической розетке и включен, электричество проходит через скрытый нагревательный элемент, содержащий металлическую спираль. Электричество проходит через змеевик, превращаясь в тепло и нагревая воду внутри него.

 

2. Поскольку электрочайник является герметичным устройством, температура в нем быстро повышается, и вскоре вода закипает.

 

3.Раньше у электрочайников была проблема — в них не было функции автоотключения. Это было воспринято как опасность поражения электрическим током.

 

4. Современные электрические чайники, такие как электрические чайники Kutchina, оснащены функцией автоматического отключения, которая останавливает прибор после закипания воды.

Экономьте энергию за счет эффективного использования электрических чайников 

Электрические чайники более эффективны, чем паровые. Тем не менее, вы можете сэкономить больше энергии, используя ее эффективно.Вот несколько способов эффективного использования электрического чайника:

  • Не наполняйте его полностью: Электрические чайники оснащены индикаторами уровня воды. Вместо того, чтобы наполнять весь чайник, кипятите ровно столько воды, сколько вам нужно.

 

  • Выключать после каждого использования: Как и любой другой электроприбор, рекомендуется выключать электрический чайник, когда он не используется.

 

  • Очищайте не реже одного раза в месяц: Регулярная очистка электрического чайника важна для обеспечения его оптимальной работы и предотвращения образования накипи.

0 comments on “Как работает электрический чайник: Схема устройства и принцип работы электрочайника

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.