Разберем сегодня, как работает электрический чайник. Казалось бы, вещь банальная: ток бежит, вода греется. Это знает любой школьник. Но как, например, чайник сам выключается, когда вода закипает, или как современные чайники могут нагреть жидкость с точностью до градуса. Об этом сейчас и поговорим.
Принципиальная схема работы электрического чайника, действительно проста. Есть нагревательный элемент, на который подается напряжение, и энергия электрического тока, превращаясь в тепловую, нагревает воду в баке.
Нагревательные элементы бывают открытого и закрытого типа. Сейчас почти все чайники имеют второй тип нагревательного элемента.
В элементах закрытого типа трубка спрятана снизу площадки и изогнута по радиусу.
Деталь, которая непосредственно нагревается от прохождения электрического тока – это трубчатый электронагреватель (ТЭН).
По центру идет проводник, его окружает электроизолирующий слой, и всё это находится в металлической оболочке. В случае нагревателя закрытого типа оболочка и пластина являются одной деталью.
Проводник выбирается специального сопротивления, обычно для его производства используют нихром или фехраль. По своей сути спираль является обычным резистором, на котором выделяется тепловая энергия. В электронике с таким выделением тепла от проводников пытаются бороться, ведь это дополнительные затраты. Но в электрочайнике, наоборот, это явление идет на благо.
С нагревательным элементом разобрались. Теперь рассмотрим, что к нему крепится дополнительно. Зеленой рамкой обозначен корпус коннектора для соединения с подставкой. Благодаря тому, что контакты цилиндрической формы, то не важно в какую сторону вы поставите чайник на подставку. Далее, в красной рамке, блок переключателя с биметаллической пластиной. В синей рамке язычок переключателя со встроенным светодиодом.
Перед тем, как мы перейдем к блоку переключателя, скажу пару слов о подставке. Это примитивная вещь, однако с ней бывают трудности при эксплуатации. Есть у площадки контактная группа (см картинку)
Вблизи это выглядит так
Как видно контакты на самой площадке – это просто отогнутые пластины, а не такие же цилиндрические как у нагревательного элемента. Когда вы ставите чайник на подставку, эти контакты чуть отгибаются вниз. Они как бы подпружинены, но только не с помощью настоящих пружин, а благодаря упругости материала. Так вот со временем эти лапки перестают разгибаться, и обыватель говорит, что чайник сломался или работает через раз. Так что знайте. Но только не лезьте в подставку пальцами, когда она подключена к сети.
Вернемся к блоку переключателя. Когда вы нажимаете на язычок включения, замыкаются контакты, все как в обычном выключателе освещения. Однако, как эти контакты размыкаются сами во время закипания воды? Магии здесь нет, и они это делают не сами. Ранее уже было упомянуто про биметаллическую пластину. Настало время разобраться что это.
Биметаллическая пластина на самом деле не однородна, она состоит из двух пластин различных металлов. Отсюда и название. У разных металлов различные коэффициенты расширения, поэтому, если их жестко скрепить, то итоговое изделие при изменении температуры будет искривляться
Теперь рассмотрим, как это используется на практике
Вот так выглядит биметаллическая пластина
Такая форма сделана специально, чтобы изгибание произошло резко. А металлы подобраны так, чтобы выключение произошло как раз при достижении температуры кипения.
Пластины в чайнике используют для двух целей: во-первых, для непосредственно выключения при закипании; во-вторых, в качестве предохранителя. Блок выключения для второго типа располагается так, что пластина касается нагревательной площадки. Такие элементы размыкают цепь, если в чайнике нет воды. Для штатного выключения биметаллическую пластину с ее блоком располагают снизу под нагревательным элементом или сверху в ручке корпуса. Она срабатывает уже не от непосредственного контакта с ТЭНом, а от попадания на нее пара. Если такой выключатель располагают снизу, то для подвода к нему пара используют трубку, которая может находится как прямо в баке для воды, так и спрятана в ручку
Какие бы блоки выключения не были, принцип работы у них одинаков. При достижении определенной температуры пластина изгибается и давит на керамический стержень, который рассоединяет контакты.
Вышеприведенная схема описывает физическую система контроля, но сейчас существует и электронные системы, в основе которых для выключения при закипании используется не пластина, а небольшой электронный датчик температуры. Именно благодаря ему в современных приборах можно задавать температуру, до которой требуется нагреть воду. Простые и надежные биметаллические пластины все равно применяют, но уже только в качестве предохранителей
Таким образом, принцип работы и основные узлы электрических чайников одинаковы несмотря на то, что производители предлагают различные корпусы и декоративные элементы, представляющие лишь оболочку для интересного механизма. Остается лишь добавить, что уму непостижимо как много идей и гениальных решений скрыто в, казалось бы, банальных вещах вокруг нас.
