Нагревательный элемент и закон Джоуля-Ленца.

[Бубоник]

Всем привет! На днях задумался об интересной штуковине. Судь дела вот в чем. Что сильнее нагреется (от электричества) метр стальной проволоки или метр нихромовой? Толщина у 1-ой и 2-ой одинаковая.

[bmc938]

При одинаковом напряжении - стальной, а при одинаковом токе - нихромовой.

[Бубоник]

Так допустим по питанию ставим стабилизатор напряжения. Ток делаем одинаковым. Получается тепловая и электрическая мощность у этих проводников будет одинаковая?

[bmc938]

При одинаковом напряжении и разном сопротивлении нагрузки ток одинаковым быть никак не может - закон Ома, однако.

[Бубоник]

Пардон туплю... Забыл что при одинаковой длине сопротивление у них разное. Имхо стальной провод не ставят в нагревательные элементы в связи их не долговечности?

[Vasilii]

Нет,

в связи их

малого удельного сопротивления.

[Андрей СШ]

Малое удельное сопротивление конечно важно, но с учётом цены железа вряд ли определяюще. Иногда нагреватели даже из меди делают.

Наверное всё же дело в том, что чистого железа нет, а сталь постоянно меняет внутреннюю структуру при изменении температуры.

[Brigadir]

Наверное всё же дело в том, что чистого железа нет, а сталь постоянно меняет внутреннюю структуру при изменении температуры.

Дело не в чистоте железа, а в компактности нагревательного элемента для той же мощности теплового излучения, здесь важно и удельное электрическое сопротивление (у нихрома в десять раз выще, нежели у стали) и температура нагрева до раскаленного состояния (около раскаленного...) Вот, например у вольфрама удельное сопротивление ниже, нежели у железа - 0,055 (у железа 0,1) , зато температура плавления намного выше! То есть намного выше запас стабильности в раскаленном состоянии. Что это? А вот представьте: напряжение чуть превысило критическое и железная проволока = пых и развалилась на расплавленные капельки, а вольфрам = выдержал. Ибо, чтобы расплавить вольфрамовую проволоку напряжение придется увеличивать не на 10%, а раза в полтора!
Нихром имеет удельное сопротивление 1,1 - в десять раз выше , нежели у железа. Теперь представьте себе фен, где сопло раз в 10 больше по размерам (спираль из стали). при той же мощности.... Для открытого нагревательного элемента очень важна характеристика окисляемости в раскаленном состоянии: нихром (никель + хром - сплав, то есть нержавейка) = плохо взаимодействует с кислородом, зато железо моментально покрывается окалиной (окисел железа). Все эти свойства учитывают.

[Андрей СШ]

Габариты нагревательных элементов (воздушных) ограничены снизу теплопроводностью воздуха поэтому железный фен больше не будет. Неустойчивость к газовой коррозии весомая причина не использовать железо в фенах. Но это не актуально для чайников.

Хотя возможно мы просто не знаем из чего сделаны современные чайники.

[Brigadir]

Андрей, давай более подробно рассмотрим этот вопрос: для получения тепловой мощности например в один кВт нужен метр нихромовой проволоки диаметром в 2 мм. (я к примеру, без расчетов). Если делать ТЭН на основе железной проволоки, то понадобится не метр, а 10 метров при том же диаметре или метр, но диаметром в 10 раз меньше...(представляешь?). При этом железная проволока при нагреве моментально покрывается окислом (окалина) и окалина осыпается. три включения и проволока отгорела!
А в чайнике - обычный ТЭН: внутри трубки (не важно форма трубки, она бывает и плоской) проходит проволока из нихрома и заполнено кварцевым песком - для теплопередачи и защиты проволоки от замыкания на корпус ТЭНа.

[Андрей СШ]

не метр, а 10 метров при том же диаметре или метр, но диаметром в 10 раз меньше

Оптимально взять в три раза тоньше и намотать в три раза длиннее.
Получается, что железную проволоку сложнее намотать (не на много), но она дешевле. Тут нет препятствий для использования железа в качестве нагревательного элемента.

при нагреве моментально покрывается окислом

Да, это проблема для открытых нагревателей, но часто используются и герметизированные нагреватели.

А в чайнике - обычный ТЭН ... проволока из нихрома

Я например не разбираю каждый купленный чайник на предмет из чего у него нагреватель. Часть из них может быть и не нихромовая вовсе.

[Vasilii]

Намотать железную, конечно, не сложнее. Сложнее поместить столько провода (имеется в виду железного) в ограниченный объем при сохранении: желаемой мощности, рабочего напряжения, ну и тугоплавкость сказывается.
Не цепляйтесь к одному нюансу, вырваному из контекста!

[Brigadir]

Так я ранее всё это подробно разжевал.

[rw2000]

Ну от окалины спасет легирование, а вот от низкого удельного сопротивления только увеличенная длина и уменьшенная толщина, как сказали коллеги выше. Но вот что действительно является проблемой, так это большое количество углерода в металле.

[sstvov]

Ещё не нужно забывать что сопротивление металлов от температуры зависит и у разных металлов эта зависимость разная. У вольфрама например очень сильно зависит, если подключить омметр к лапочке от фонарика и взять эту лампочку в руки то можно будет заметить как сопротивление начинает увеличиваться даже от тепла рук.

[Андрей СШ]

Сложнее поместить столько провода

Так я ранее всё это подробно разжевал.

Скучные вы все. С таким подходом никакого прогресса не будет.

[Brigadir]

Андрей, а какие КОНКРЕТНЫЕ предложения от тебя, заметно повышающие КПД электрического нагревателя? Что тут осуждать то?

[Vasilii]

Скучные вы все.

Ну, для желающих можно посоветовать мотать тонюсеньким серебряным проводом, лишь-бы в рассчетное сопротивление уложиться. Мало-мало прогресс, однако!

[Андрей СШ]

Можно конечно и поржать не понимая проблемы, а можно и задуматься.

Лом нихрома 700 р/кг
Лом железа 300 р/кг
Лом серебра 31000 р/кг

Где смысл мотать нагреватели серебром?

[Vasilii]

Скучные вы все. С таким подходом никакого прогресса не будет.

Андрей, вот я не могу понять: ты задаешь вопрос, получаешь на него ответ почему так не делает промышленность и начинаешь все отрицать! Теперь я, в свою очередь, задам тебе твою задачу: посчитай диаметр и длину стального провода для нагревателя 220 В.\ 1 кВт. и длину спирали ф5мм. из него. Экономический эффект оставим на десерт!