نحوه ی ساخت المنت حرارتی
سیم المنت چطور کار می کند؟
آتش یکی از اولین و بزرگ ترین کشف های بشر است. این کشف حدود یک و یا دو میلیون سال پیش اتفاق افتاد. در دنیای امروزی که موتورهای جت، راکت ها، برج های فلزی، سازه ها و محصولات پلاستیکی در هر گوشه و کناری دیده می شوند، تماشای دود و شعله های آتش امری عجیب و قدیمی به نظر می رسد. با این حال، آتش اهمیت و نقش خود را هرگز از دست نداده، بلکه علم امروزی فقط راه هایی را جهت جایگزین کردن آن پیدا کرده است.
استفاده از انواع المنت های گرمایی مانند المنت استخری تلاشی در همین راستا است. مدل های مختلفی از المنت اختراع و تولید شده اند، با این حال، یک عنصر در بین تمام آن ها مشترک است و به عنوان مهم ترین بخش یک المنت شناخته می شود و آن سیم المنت است.
این سیم المنت باید دارای کیفیت بالا و استاندارد های ویژه ای باشد تا المنت ما کارایی خوبی از خود به جا بگذارد. سیم المنت ها، کنترل جریان و نیز دمای المنت را بر عهده دارند. این سیم به دو شکل تخت و گرد روانه بازار می شود. کیفیت و فرم سیم المنت در بالا بردن کیفیت یک المنت بسیار تاثیر گذار می باشند. کیفیت سیم المنت با ظرفیت المنت در تحمل حرارت نسبت مستقیم دارد.
بر اساس این تغییرات سیم المنت، تا دمای 1250 درجه می تواند حرارت قابل تحمل المنت را افزایش دهد. این افزایش دما به معنای کاربرد بیشتر المنت ها می باشد، که در نتیجه این عمل، صنایع بیشتری می توانند از المنت ها استفاده کنند. سیم المنت دارای آلیاژ های مهمی می باشد که خزش بالایی را برای آن به همراه دارد. همچنین سیم المنت های با کیفیتی مانند کروم نیکل فنر شده در مقایسه با آرم کروم و آهن، ماندگاری بالایی دارند و از نظر اقتصادی یک صرفه جویی در هزینه های پس از خرید ما می باشند
ایده ساخت سیم المنت
چه شد که بشر به فکر اختراع سیم المنت افتاد؟ آتش کشفی خارق العاده بود و کمک های زیادی به بشر کرده است. ولی ساخت و استفاده از آتش چندان آسان نیست. گاهی اوقات استفاده طولانی مدت از آتش بسیار دشوار است، مانند استفاده از لوکوموتیوهایی با استفاده از زغال سنگ کار می کردند. گاهی اوقات آتش ممکن است خارج از کنترل بشر شده و آسیب های جبران ناپذیری به دارایی های ما وارد کند. مانند زمانی که منازل و ساختمان ها دچار آتش سوزی می شوند.
در چنین شرایطی، دانشمندان و مخترعان به این فکر افتادند که اگر کنترل آن ها روی آتش نیز همانند کنترل الکتریسیته بود و به راحتی می توانستند آن را خاموش و یا روشن کنند، بسیار مفید و فوق العاده‌تر بود. ایده ساخت المنت و سیم المنت از اینجا شروع شد. در حقیقت، این تجهیزات گویی در درون خود آتش دارند. امروزه از سیم المنت در بسیاری از وسایل و تجهیزات خانگی شما نیز استفاده می شود.
آبگرمکن ها، توسترها، اجاق ها، سشوارها، خشک کن های لباس، اتوها و بسیاری از لوازم دیگر، همگی را می توان جزو وسایلی دانست که از سیم المنت بهره می برند. در حقیقت، سیم المنت توانایی ها و ویژگی های استفاده از آتش را همراه با راحتی استفاده از وسایل برقی برای ما به ارمغان می آورند.
سیم المنت چطور کار می کند؟
احتمالاً در مورد قابلیت رسانایی (هادی) بودن مواد چیزهایی بدانید. در یک دسته بندی ساده، مواد را به دو دسته رسانا و غیر رسانا تقسیم بندی می کنند. رسانا ها (مواد هادی) قادر هستند تا جریان الکتریکی را به خوبی و به آسانی از خود عبور دهند. در سوی دیگر، غیررسانا ها قرار می گیرند. برای توصیف مواد هادی، از اصطلاح مقاومت استفاده می شود. مقاومت همان سختی و آسانی حرکت الکتریسیته در داخل آن ماده هست. بنابراین، رساناها مقاومت پایینی دارند و جریان به راحتی از آن ها عبور می کند.
حال به توصیف سیم المنت کمی نزدیک تر می شویم. در دستگاه های الکتریکی، از قطعه ی بنام مقاومت استفاده می شود تا میزان مقاومت را تعیین کند. مقاومت شدت جریان را می تواند تنظیم کند و این کار را از طریق تبدیل انرژی الکتریسیته به انرژی گرمایی انجام می دهد.
به عبارت دیگر، وقتی جریان الکتریسیته از مقاومت عبور می کند، مقاومت داغ می شود. ولی این ویژگی تنها مخصوص مقاومت نیست، چراکه اگر حتی از یک قطعه سیم نیز جریان بالایی عبور دهید، داغ می شود، چراکه بر اساس جنس خود، مقدار مقاومت مشخصی دارد. ایده استفاده از سیم المنت از همین‌جا شکل گرفت. به بیانی بسیار ساده، در این المنت ها، جریان الکتریسیته بسیار قوی به سیم المنت وارد می شود (سیم المنت از فلزات مختلف ساخته می شود) تا آن ها داغ شده و حرارت را به محیط منتقل کنند.
جنس سیم المنت از چیست؟
اگرچه المنت های مختلف و متنوعی تولید می شود، ولی سازوکار تمام آن ها به یک شکل است. همان‌طور که در بخش پیشین بیان شد، در تمام این موارد جریان الکتریسیته وارد سیم المنت می شود و گرمای حاصل به محیط منتقل می شود. با این حال، انتخاب فلز مناسب جهت ساخت سیم المنت بسیار اهمیت دارد.
سیم های المنت عموماً از جنس نیکل و یا آهن هستند. مدل های ساخته شده بر اساس نیکل عموماً نیکروم هستند و نیکروم محبوب ترین فلز برای ساخت المنت است. نیکروم آلیاژی است که برای ساخت آن از 80 درصد نیکل و 20 درصد کرومیوم استفاده شده است.
دلایل مختلفی برای محبوبیت استفاده از نیکروم در المنت وجود دارد. نقطه ذوب نیکروم بسیار بالا است. این فلز در حدود دمای 1400 الی 2550 درجه سانتی گراد ذوب می شود. این فلز اکسیده نمی شود (حتی در دماهای بسیار بالا)، در دمای بالا انبساط شدید پیدا نمی کند (تغییر حجم آن در دمای اتاق و حداکثر دمای قابل تحمل تنها 10درصد است) و همچنین اینکه مقاومت قابل قبولی دارد (مقاومت نیکروم نه چندان زیاد و نه چندان کم است).
سیم المنت باید مقاومت بالایی داشته باشد یا مقاومت ناچیز بهتر است؟
ممکن است تصور کنید که [سیم المنت باید مقاومت بالایی داشته باشد. چراکه حرارت و گرمای ایجاد شده در واقع بر اثر مقاومت این سیم است. ولی در حقیقت، این تفکر صحیح نیست. چیزی که باعث ایجاد حرارت می شود، مقدار جریان الکتریسیته ای است که در داخل سیم المنت جابجا می شود، نه اینکه مقاومت باعث ایجاد گرما شود. وارد شدن حداکثر جریان به داخل سیم المنت اهمیتی بیشتری از ایجاد مقاومتی بزرگ و سنگین در داخل آن دارد .
در واقع، اگرچه از مقاومت به عنوان یکی از اصلی‌ترین عوامل در کارکرد و ایجاد حرارت در سیم المنت یاد می شود، ولی مقاومت تنها عامل نیست و عوامل مختلف دیگری باید در هنگام طراحی المنت نظر گرفته شوند. مقاومت نیز مقدار مشخص و ثابتی ندارد و کنترل میزان مقاومت در داخل یک سیم المنت تنها از طریق انتخاب جنس فلز مقدور است. هنگام خرید المنت کویل هیتر باید به این نکته توجه کنید و بخاطر قیمت پایینتر، جنس نامرغوب و بی کیفیت نخرید.
ویژگی های سیم المنت :
سیم المنت ، ساختاری ساده از یک مقاومت سیمی و آلیاژ های مهم می باشد. نوع سیم المنت ها متنوع می باشد و سیم کروم نیکل یکی از مهم ترین سیم المنت ها می باشد. پس ممکن است در یک سیم المنت مقدار آلیاژ ها با مقدار آلیاژ ها در یک سیم المنت دیگر متفاوت باشد. اما در یک تعریف کلی تقریبا اکثر ویژگی ها بین آن ها مشترک است. این سیم ها باید خوردگی بسیار پایینی داشته باشند.
ضد خوردگی برای یک سیم فنر به معنای واقعی کلمه فوق العاده می باشد. این ضد خوردگی در اثر وجود ماده ای به وجود می آید. زمانی که سیم المنت در آب قرار بگیرد به طبع باید با آب واکنش دهد، اما روی سیم المنت، دیواره نازکی از اسید نیکروم قرار می گیرد. این دیواره بعد از قرار گرفتن سیم داخل آب تشکیل می شود و از هرگونه فرآیند شیمیایی بین آب و سیم جلوگیری می کند و خوردگی در سیم ایجاد نمی شود.
یکی از مهم ترین ویژگی های این سیم ها می تواند بالا بودن بیش از حد مقدار مقاومت آنان باشد. اگر مقاومت سیم المنت در برابر حرارت و سایر موارد بالا باشد، کارایی آن بالا می رود. زیرا در این صورت حتی اگر الکتریسیته عبوری از آن بسیار پایین باشد، کارایی المنت ثابت خواهد بود. از این رو در ساخت المنت ها از سیم های با کیفیت استفاده می کنند.
به عنوان یک ویژگی منحصر به فرد دیگر برای سیم المنت ها می توان شکل پذیری آن ها را نام برد. این سیم ها در هر شرایط، حتی مدت ها پس از اولین استفاده، باید تغییر شکل دهند. تغییر شکل این سیم ها به علت تنوع در فرم های المنت ها بسیار حائز اهمیت است.
ویژگی بعدی که بسیار مهم است، خاصیت غیر آهن ربایی این سیم ها می باشد. در برخی موارد و صنایع ما به سیم های المنت خاصی نیاز داریم که خاصیت آهن ربایی نداشته باشند. در این صورت سیم المنت مورد نظر بسیار مهم است. بسیاری از سیم ها در دمای بالای 500 تا 600 درجه خاصیت آهن ربایی خود را از دست می دهند.
مقاومت در برابر زنگ زدگی نیز از ویژگی های بسیار حیاتی این سیم ها هستند. در المنت هایم مختلف پایداری کیفیت این سیم ها بسیار مهم می باشد. از این جهت سیم های کروم و نیکل بسیار قوی می باشند. ویژگی گسیلندگی یکی از نقاط مثبت این سیم المنت ها می باشد. سیم المنت هایی مانند کروم نیکل در مقایسه با رقبای خود تشعشع سطحی بیشتری دارند.
در تولید انوع بخاری های خانگی، وسایل آشپزی و… به منظور تولید وسایلی امن و پر کاربرد، از این المنت ها استفاده می شود. چرا که این المنت ها به دلیل داشتن سیم المنت های درجه یک، خاصیت جذب گرمای بسیاری دارند و در طولانی مدت، بخاری و وسایل پخت و پز را گرم نگه می دارند و از یخ بستن آن ها در فصول سرد نیز جلو گیری می کنند. این المنت ها ذخیره ساز الکتریسیته و گرما هستند به همین علت از محبوبیت بالایی برخوردار هستند.
از آن جایی که ترکیب آلیاژ های مختلف در سیم المنت متغیر است، کاربرد های خاصی برای درصد های خاصی از این آلیاژ ها وجود دارد. البته گاهی هم در ترکیب آن ها، مقداری هم آهن به کار برده می شود. این موضوع به مقاومت و پایداری این سیم ها می افزاید.
آموزش ساخت المنت کویل حرارتی
در حالی که ریخته گری الکتریکی می ساختم متوجه شدم به المنت های کویل حرارتی مقاومتی، موارد فنری مانند چیزهایی که در بخاری های برقی قدیمی می بینید نیاز دارم . اینها در حال حاضر در اینترنت به اندازه کافی ارزان هستند اما من معتقدم که هرچقدر بپردازید همانقدر دریافت می کنید و می خواستم از سیم برتر کانتال استفاده کنم. به این ترتیب ، من با یک جیگ بسیار ساده که هر کس می تواند از چند تکه چوب بسازد، آمدم.
ما در مقاله ای دیگر با عنوان در رابطه با ساخت المنت ها صحبت کرده ایم. صادقانه بگویم شرح این مطلب پیچیده تر از نشان دادن آن است، بنابراین این یکی از موقعیت هایی است که من تماشای فیلم همراه را به شدت توصیه می کنم زیرا این ساخت و استفاده ساده آن را فقط در دو دقیقه شرح خواهد داد.
کویل های مقاومتی چگونه کار می کنند؟
بنابراین کویل مقاومتی چیست و چگونه کار می کند؟ خوب سرنخ ها در نام آن هستند.
کویل : یک کویل سیم بلندی پیچیده شده در دایره های محکم است. هدف کویل کاهش طول ظاهری سیم است. سیم مقاومتی درگیر در کویل ممکن است به طرز شگفت آوری بلند باشد اما با سیم پیچ کردن آن، طول نهایی را می توان به طور چشمگیری کوتاه کرد. برای مثال ، من سیم پیچی شامل 7 متر (23 فوت) سیم ساختم ، اما خود کویل کاملاً کوتاه ، شاید 15 سانتی متر (6 اینچ) بود. این صرفه جویی در فضا است و اجازه می دهد اثرات سیم در یک منطقه کوچکتر متمرکز باشد.
مقاومت : طول و ضخامت سیم میزان مقاومت الکتریکی حامل های سیم را مشخص می کند. به طور کلی هرچه سیم نازک تر یا بلند تر باشد ، مقاومت آن نیز بالاتر است. به همین ترتیب ، هرچه سیم کوتاه تر و ضخیم تر باشد ، مقاومت آن نیز پایین تر است. مقاومت الکتریکی که در سیم رخ می دهد ، گرما ایجاد می کند. اگر سیم قادر به تحمل گرما برای مدت طولانی بوده و شرایط کاملاً درست باشد، قرمز درخشان و گرم شدن آن ممکن است و این همان المنت کویل حرارتی مقاومتی است.
توان : قدرت کویل حرارتی با مقاومت ، جریان الکتریکی و ولتاژ آن تعیین می شود. این قدرت “توان” نامیده شده و در واحد وات اندازه گیری می شود (یا کیلووات برای هر هزار وات ، بنابراین 1000 وات یک کیلو وات است). ترفند این است که مشخص کنیم که طول سیم مورد نیاز برای تعیین این شرایط ایده آل چقدر است و این به ریاضیات بر می گردد.
ریاضیات به کار رفته…
در حالی که ساخت و استفاده از جیگ بسیار ساده است ، برخی ملاحظات ریاضی وجود دارند که باید مورد بررسی قرار گیرند. اما برای شروع ، به اطلاعاتی نیاز داریم …
ولتاژ : این ولتاژ اصلی در ناحیه شما یا ولتاژی است که می دانید برای کویل های خود اعمال خواهید کرد. برای نمونه ، من در بریتانیا زندگی می کنم و در اینجا ولتاژ اصلی 230 ولت است ، اگرچه این ولتاژ می تواند در بین مناطق و تأمین کنندگان تا اندازه ای اندک تغییر کند. در صورت نیاز به دقت ، خواندن مطالب مفید است
حداکثر جریان : این حداکثر جریان است که احساس می کنید خروجی (و کویل حرارتی) شما می تواندبا ایمنی کار کند. در بریتانیا ، متوسط خروجی حداکثر 13 آمپر است و این جریان زیاد است. من شخصاً نمی خواهم میزان مصرف برق خود را به حد مجاز برسانم ، بنابراین کمی آن راکاهش داده و برای حداکثر استفاده از 10 آمپر تنظیم می کنم.
مقاومت هر متر : سیم مورد استفاده برای ساخت سیم پیچ و کویل شما باید سیم مقاومت اختصاصی باشد که برای استفاده در تولید المنت کویل در نظر گرفته شده است. به همین ترتیب باید توسط سازنده رتبه بندی شده و مقاومت سیم ارائه شود که معمولاً در واحد اهم در هر متر است. به عنوان مثال ، من سیم کانتال را خریداری کردم که قطر آن 1.02 میلی متر (18 AWG) و مقاومت آن 1.73 اهم در هر متر است.
قطر داخلی کویل یا سیم پیچ : آخرین نکته در هنگام ساخت کویل اندازه هر دایره کویل است. این اطلاعات مهم است زیرا به تعیین طول مورد نیاز کویل کمک می کند. بدیهی است کویل های بزرگتر از سیم بیشتری استفاده می کنند و بنابراین طول کلی سیم پیچ را کاهش می دهند و برعکس.
محاسبات
برای ساده سازی ، یک کویل سازنده ماشین حساب ایجاد کرده ام که بیشتر محاسبات ریاضی زیر را برای شما انجام می دهد. اما برای علاقمندان به عملیات روی اعداد ، اجازه دهید با توان شروع کنیم.
توان
فیزیک فرمول P = IV (ولت X جریان=توان ) را به ما می دهد. بنابراین اجازه دهید بگوییم ولتاژ 230 و جریان 10 آمپر است. این به ما توان بالقوه(230 x 10) 2300 وات (2.3 KW) را می دهد.
فیزیک فرمول توان مفید دیگری را به ما می دهد که P = I²R (مقاومت x مربع جریان=توان) است. بنابراین اجازه دهید بگوییم جریان ما هنوز 10 آمپر و مقاومت ما 23 اهم است. این به ما توان بالقوه (10² x 23) وات (2.3 KW)می دهد.
ولتاژ
اگر ولتاژ را نمی دانیم ، می توانیم به فرمول قانون اهم برگردیم V = IR ) مقاومت x جریان=ولتاژ). بنابراین با جریان 10 آمپر و مقاومت 23 اهم در این مثال ، می توانیم ، یک ولتاژ (10 x 23) 230 ولت برقرار کنیم.
مقاومت
اگر مقاومت یک مدار ناشناخته باشد ، می توانیم مجددا به قانون اهم برگردیم و فرمول را دوباره تنظیم کنیم تا R = V / I (مقاومت/ولت=جریان) داشته باشیم. بنابراین به عنوان نمونه ، ولت 230 تقسیم بر جریان 10 آمپر (230 / 10) 23 اهم به ما می دهد.
جایی که می توان فرمول توان را نیز مجددا برای محاسبه مقاومت نوشت، به عبارتی ، R = P / I² (مربع جریان/=مقاومت). به عنوان نمونه ، توان 2300 وات تقسیم بر یک جریان 10 آمپر به توان دو برابر است با (2300 / 10²) 23 اهم.
جریان
درست مانند مقاومت ، می توانیم از قانون اهم استفاده کنیم و فرمول را مجدداً با I = V / R(مقاومت/ولت=جریان ). به عنوان نمونه ، ولتاژ 230 تقسیم بر مقاومت 23 اهم برابر است با 10 آمپر (230 / 23).
فرمول توان را مجددا برای محاسبه جریان با I² = P / R تنظیم کنید (مقاومت/توان=مربع جریان ). به عنوان نمونه ، توان 2300 وات تقسیم بر مقاومت 23 اهم برابر است با 100 آمپر (2300 / 23) و هنگامی که ریشه مربع آن را می گیریم 10 آمپر بدست می آید.
طول سیم
آخرین چیزی که باید در نظر بگیریم طول سیم است. اگر یک کویل می سازید ، باید مقاومت مورد نیاز را محاسبه کنید که یک مسئله ساده برای محاسبه طول است. L = R / r (که یک فرمول ساختگی سخت به معنی طول هر واحد/مقاومت=طول است). به عنوان مثال ، می دانیم که مقاومت ما 23 اهم است و قبلاً ذکر کردم مقاومت معین هر متر روی سیم من 1.73 اهم (23 / 1.73 23) است که طول سیم مورد نیاز 13.2 متر را می دهد.
ماشین حساب آنلاین
برای ساده سازی ، یک کویل سازنده ماشین تهیه کرده ام که بخش زیادی از این ریاضیات را برای شما انجام خواهد داد. برای استفاده از آن ، اینجا کلیک کنید.
کشش سیم پیچ و کویل
آخرین مورد ، قبل از استفاده از کویل باید کشیده شدن باشد. اگر نتوانید آن را بکشید ، اساساً یک طول سخت فلزی بدون مقاومت دارید.
کشش به اندازه کافی آسان است. به راحتی هر انتهای آن را بگیرید و بکشید. ممکن است لازم باشد این کار را چند بار تکرار کنید. معمولاً کشش کویل بیش از سه برابر طول اصلی (بدون کشش) ایده بدی محسوب می شود.