Jak vypočítat spirálu | Jak vypočítat vzorec pro délku spirály | Vzdělávání | Ostatní

Výpočet neznámých rozměrů spirály pomocí známých rozměrů. Parametry spirály: vnější průměr, vnitřní průměr, tloušťka (rozteč spirály), délka spirály, počet závitů.

Tato stránka existuje díky následujícím lidem

Timur

• Článek: Spirálový výpočet – Autor
• Kalkulačka: Spirálová kalkulačka – Autor

Tato kalkulačka umožňuje vypočítat neznámé parametry spirály pomocí známých parametrů.

Parametrů spirály je pět: vnější průměr – D, vnitřní průměr – d, tloušťka (rozteč spirály) – t, délka spirály – L, počet závitů – n. Existují rovnice, které stanoví vztah mezi těmito parametry (vzorce jsou uvedeny pod kalkulačkou). Pomocí těchto rovnic, když znáte jakékoli tři parametry, můžete vypočítat dva zbývající neznámé parametry.

Kde se setkáváme se spirálou? Nejčastěji při nákupu jakýchkoli materiálů v rolích, ať už jsou to role tapety nebo role toaletního papíru. Pomocí níže uvedeného kalkulátoru si můžete spočítat např. počet délkových metrů v roli, tzn. délka spirály, znalost nebo měření tloušťky materiálu nebo počítání počtu závitů a měření vnitřního a vnějšího průměru válce. Kalkulačka může řešit i inverzní úlohy, například pomocí délky spirály a jejích průměrů zjistit tloušťku a počet závitů spirály. Teorie a vzorce jsou jako obvykle uvedeny pod kalkulačkou.

Při zadávání známých parametrů zkontrolujte, zda je správně uveden rozměr pro zadané hodnoty. 20 metrů není totéž jako 20 milimetrů.

Čtěte také: Tipy pro opravu domácích spotřebičů svépomocí

Kalkulačka nichromových a fechrálových spirál pro ohřívače

Elektrické ohřívače lze vyrábět s topnými spirálami z různých materiálů, ale nejoblíbenější jsou stále nichrom a fechral. Nichrom je slitina niklu a chromu a fechral je slitina železa, chromu a hliníku. Mají vysokou odolnost proti korozi a bod tání, proto se používají v elektrických zařízeních a ohřívačích.

Tento článek vám pomůže pochopit výpočty parametrů topné spirály

, a jednoduché a pohodlné kalkulačky rychle vypočítají požadovanou délku drátu a převedou délku na hmotnost a zpět. Použijte tyto online kalkulačky nichromového drátu k výpočtu odporu, plochy průřezu, proudu a délky nichromového a fechralového drátu jednoduše zadáním výkonu a napětí.

Průtokové ohřívače vody

Při výpočtu množství tepla pro ohřev tekoucí vody je nutné zohlednit rozdíl v napěťových normách v Rusku (220 V) a Evropě (230 V), protože významnou část elektrických ohřívačů vody vyrábějí západoevropské společnosti. Vzhledem k tomuto rozdílu bude jmenovitý výkon 10 kW v takovém zařízení při připojení k ruské síti 220 V o 8,5 % nižší – 9,15.

Maximální hydraulický průtok V (v litrech za minutu) při daných výkonových charakteristikách W (v kilowattech) se vypočítá pomocí vzorce: V= 14,3*(W/t2-t1), kde t1 a t2 jsou teploty na vstupu do ohřívače a v důsledku ohřevu.

Přibližné výkonové charakteristiky elektrických ohřívačů vody ve vztahu k potřebám domácnosti (v kilowattech):

• 4-6 – pouze pro mytí rukou a nádobí,
• 6-8 – na sprchování,
• 10–15 – na mytí a sprchování,
• 15-20 – pro kompletní zásobování vodou bytu nebo soukromého domu.

Doporučujeme prostudovat – Nepřímočinné elektrické regulátory

Výběr komplikuje skutečnost, že ohřívače se vyrábějí ve dvou variantách připojení: k jednofázové (220 V) a třífázové (380 V) síti. Ohřívače pro jednofázovou síť se však zpravidla nevyrábějí nad 10 kilowattů.

Výpočet spirály vyrobené z nichromu a fechralu

Existuje několik způsobů, jak vypočítat topné spirály. Nejprve zvažme jednodušší metodu, která zohledňuje pouze odpor materiálu, a poté do výpočtu zahrneme i změnu odporu vlivem teploty.

Metoda výpočtu spirály podle odporu materiálu

Tato metoda je poměrně jednoduchá. Potřebujeme výchozí data, na jejichž základě budeme provádět výpočty. Patří mezi ně:

Výkon topného tělesa, kterého chcete dosáhnout

Napětí, při kterém bude cívka pracovat

Průměr a typ dostupného drátu

Čtěte také: Jak používat digitální multimetr. Část 3 (proud, diody, tranzistory, kapacita)

Předpokládejme, že máme elektrický spotřebič, který musí pracovat s výkonem 12 W při napětí 24 V. Použijeme nichromový drát s průřezem 0,2 mm.

Pro výpočty budeme potřebovat nejzákladnější vzorec z kurzu obecné fyziky:

Výkon (P) = Napětí (U) * Proud (I)

I = P: U = 12 = 24 A

Nyní použijeme Ohmův zákon k určení odporu:

Odpor (R) = Napětí (U) * Proud (I) = 24/0,5 = 48 Ohmů

Nyní potřebujeme vzorec pro určení délky vodiče:

Délka (L) = Plocha průřezu (S) * Odpor (R) / Hustota materiálu (ρ)

Jak zjistíme odpor nichromového drátu? Tabulky hustoty materiálu nebo vzorce pro výpočet hodnoty nám pomohou tento problém vyřešit. Pokud má tedy náš drát průměr 0,2, pak bude průřezová plocha podle vzorce 0,0314 mm2, podíváme se na odpor v tabulce a dostaneme délku drátu 1,3 m.

Ale to vše je čistě teoretické, protože nevíme, zda drát daného průměru vydrží takový proud. Podívejme se na tabulku, ta ukazuje maximální hodnoty proudu pro drát určitého průměru. V našem případě je to 0,65, což znamená, že naše hodnota 0,5 je v rámci povolených limitů.

Nezapomeňte také zvážit prostředí, ve kterém bude ohřívač fungovat. Pokud ohříváte kapalinu, můžete proud bezpečně zdvojnásobit, a pokud se jedná o uzavřený prostor, naopak jej snižte.

Metoda výpočtu spirály podle teploty

Metoda, kterou jsme popsali výše, není příliš přesná, protože jsme nezohlednili změnu odporu odporového drátu se zvyšující se teplotou. Proto ji lze použít pouze pro nepříliš vysoké teploty do 200-250 stupňů. U vysokoteplotních pecí bude tento výpočet zcela nepřesný, proto zvažme druhou metodu.

Výpočet výkonu elektrických topných těles

Optimálním zdrojem energie pro ohřev odpařovací nádrže je bytová elektrická síť o napětí 220 V. K těmto účelům jednoduše poslouží domácí elektrický sporák. Při topení na elektrickém sporáku se ale mnoho energie vynakládá na zbytečné topení samotných kamen a navíc je vyzařováno z topného tělesa do vnějšího prostředí, aniž by se odváděla nějaká užitečná práce. Tato promarněná energie může dosahovat slušných hodnot – až 30-50% z celkového výkonu vynaloženého na ohřev kostky. Proto je používání klasických elektrických sporáků z ekonomického hlediska iracionální. Koneckonců, za každý kilowatt energie navíc musíte zaplatit. Nejúčinnější je použít elektroniku zabudovanou do odpařovací nádrže. Topná tělesa. U této konstrukce je veškerá energie vynaložena pouze na ohřev krychle + záření z jejích stěn ven. Stěny krychle musí být tepelně izolovány, aby se snížily tepelné ztráty. Vždyť náklady na sálání tepla ze stěn samotné krychle mohou v závislosti na její velikosti dosahovat i 20 i více procent z celkového vynaloženého výkonu. Pro použití jako topná tělesa zapuštěná do nádoby jsou zcela vhodná topná tělesa z domácích varných konvic nebo jiných vhodných velikostí. Výkon takových topných prvků se liší. Nejčastěji používaná topná tělesa s výkonem vyraženým na tělese jsou 1.0 kW a 1.25 kW. Ale jsou i další.

Výkon 1. topného tělesa tedy nemusí odpovídat parametrům pro ohřev kostky a může být více či méně. V takových případech můžete pro získání požadovaného topného výkonu použít několik topných těles zapojených sériově nebo sériově paralelně. Přepínáním různých kombinací připojovacích topných těles přechod od domácí el. desky, můžete získat různý výkon. Například s osmi zabudovanými topnými tělesy, každý o výkonu 1.25 kW, v závislosti na kombinaci spínání, můžete získat následující výkon.

Čtěte také: Termoelektrické generátory svépomocí

Tento rozsah je zcela dostačující pro nastavení a udržení požadované teploty během destilace a rektifikace. Další výkon ale můžete získat přidáním počtu spínacích režimů a použitím různých kombinací spínání.

Sériové zapojení 2 topných těles po 1.25 kW a jejich připojení k síti 220 V dává celkem 625 W. Paralelní připojení dává celkem 2.5 kW.

Můžete vypočítat pomocí následujícího vzorce.

Aktuální napětí v síti známe, je 220V. Dále také známe výkon topného tělesa, vyraženého na jeho povrchu, řekněme 1,25 kW, což znamená, že potřebujeme znát proud protékající tímto okruhem. Když známe napětí a výkon, zjistíme sílu proudu z následujícího vzorce.

Doporučujeme prostudovat – Řízení a regulace hlavních technologických parametrů: průtok, hladina, tlak a teplota

Proud = výkon dělený napětím sítě.

Píše se to takto: I = P / U.

Kde I je aktuální síla v ampérech.

P je výkon ve wattech.

U je napětí ve voltech.

Při výpočtu je třeba převést výkon uvedený na tělese topného tělesa v kW na watty.

1,25 kW = 1250W. Do tohoto vzorce dosadíme známé hodnoty a získáme aktuální sílu.

I = 1250 W / 220 = 5,681 A

Dále, když známe sílu proudu, vypočítáme odpor topného článku pomocí následujícího vzorce.

R – odpor v Ohmech

U – napětí ve voltech

I – proud v ampérech

Známé hodnoty dosadíme do vzorce a zjistíme odpor 1 topného tělesa.

R = 220/5.681 = 38,725 Ohm.

Dále vypočítáme celkový odpor všech sériově zapojených topných těles. Celkový odpor je roven součtu všech odporů zapojených do série s topnými články

Rtotal = R1+ R2 + R3 atd.

Dvě sériově zapojené topné články mají tedy odpor 77,45 Ohmů. Nyní je snadné vypočítat výkon uvolněný těmito dvěma topnými články.

Čtěte také: Jak si sami připojit pračku

P – výkon ve wattech

U² — napětí na druhou, ve voltech

R je celkový odpor všech vedení. spoj. topné prvky

P = 624,919 W, zaokrouhleno na 625 W.

V případě potřeby pak můžete vypočítat výkon libovolného počtu sériově zapojených topných těles nebo se podívat do tabulky.

V tabulce 1.1 jsou uvedeny hodnoty pro sériové zapojení topných těles.

Výsledky

Online kalkulačka pro výpočet spirály vám pomůže s rychlými předběžnými výpočty, ale pro přesné zohlednění všech funkcí nemusí stačit ani druhá metoda výpočtu s ohledem na teplotu. V praxi je stále třeba při výpočtu parametrů ohřívače zohlednit mnoho faktorů.

Pokud potřebujete pomoc s výpočtem topení, kontaktujte nás.

Naši specialisté mají rozsáhlé zkušenosti s návrhem topných těles pro různá průmyslová zařízení. Pomůžeme vám s výpočty optimálních parametrů topných těles pro vaše zařízení a vyrobíme pro vás jakýkoli typ ohřívačů.

Výpočet nichromové spirály

Metoda výpočtu odporu

Nejprve se blíže podíváme na výpočet délky nichromového drátu na základě výkonu a elektrického odporu. Nejprve je třeba se rozhodnout, jaký výkon topné spirály bude potřeba. Řekněme, že potřebujeme vyrobit malý ohřívač pro zařízení s výkonem 10 W a napětím 12 voltů. Řekněme, že máme nichromový drát s průměrem průřezu 0,1 mm.

Nejzákladnější výpočet bez započítání zahřívání se provádí pomocí vzorce, který je nám známý ze školního kurzu fyziky:

Р=U∙І → І = Р/ U = 10/12 = 0,83 A

R = U / I = 12 / 0,83 = 14,5 ohmů.

Pokud známe plochu průřezu drátu (S) a měrný odpor nichromu (ρ), můžeme vypočítat délku drátu, kterou budeme potřebovat k výrobě spirály:

Pro zjištění specifického odporu nichromového drátu určitého průměru můžete použít vzorce nebo hotovou tabulku hodnot. Pro nichrom o průměru 0,1 mm bude odpor 14,4 Ohm a plocha průřezu 0,008 mm2, dosazením hodnot do vzorce získáme délku drátu 10 cm.

Zásobníkové ohřívače vody (bojlery)

Bez fyzikálních a matematických vzorců je výpočet domácnosti popsán následovně: za 1 hodinu ohřeje 1 kW 860 litrů při 1 K. Pro přesnější stanovení doby ohřevu, výkonových charakteristik a objemu se používá univerzální vzorec, ze kterého se poté odvozují zbývající výsledky:

Tento vzorec se skládá z několika a odráží celou řadu parametrů, s přihlédnutím k faktoru tepelných ztrát. (Při nízkých energetických charakteristikách a velkém objemu se tento faktor stává významnějším, ale u domácích ohřívačů se tato účetní hodnota často zanedbává):

N full – výkonové charakteristiky topného tělesa,

Q c – tepelná ztráta ohřívače vody.

1. c = Q/m*(tк-tн)
   C – měrná tepelná kapacita,
2. Q – množství tepla,
3. m – hmotnost v kilogramech (nebo objem v litrech),
4. tк a tн (ve °C) – konečná a počáteční teplota.
5. N=Q/t
   N – charakteristiky topného výkonu.
6. t — doba ohřevu v sekundách.
7. N = N plných — (1000/24)*Q c

Zjednodušené vzorce s konstantním koeficientem:

• Výpočet výkonu topného tělesa pro ohřev vody na požadovanou teplotu: W= 0,00117*V*(tк-tн)/T
• Určení doby potřebné k ohřevu vody v ohřívači vody: T= 0,00117*V*(tк-tн)/W

• W (v kW) – výkonová charakteristika topných těles,
• T (v hodinách) – doba ohřevu vody,
• V (v litrech) – objem nádrže,
• tк a tн (ve °C) – konečná a počáteční teplota (konečná – obvykle 60 °C).

Objem se často přirovnává k hmotnosti (m). Výkon topného tělesa se pak určí pomocí vzorce: W = 0,00117*m*(tк-tн)/T. Vzorce se považují za zjednodušené, a to i proto, že nezohledňují:

• skutečný výkon elektrické sítě,
• teplota okolí,
• konstrukční vlastnosti a potenciální tepelné ztráty nádrže,
• doporučení některých výrobců ohledně tн (kolem 5–8 °C v létě a 15–18 °C v zimě).

Při nákupu zařízení je nutné vzít v úvahu, že relativně nízké energetické charakteristiky akumulačních ohřívačů vody ve srovnání s průtokovými nezaručují finanční úspory. Akumulační „berou“ méně, ale protože pracují déle, také spotřebovávají více. Pro finanční úspory by spolehlivější strategií bylo obecné snížení spotřeby vody instalací různých typů ekonomizérů (https://water-save.com/) a přísná evidence spotřeby vody.

Doporučujeme prostudovat – Zlepšení elektromotorů v automatizovaných systémech elektrických pohonů

Topným prvkem v konvicích, žehličkách a elektrických sporácích je elektrická spirála. Je vyrobena z nichromového nebo fechralového drátu, který má vysokou tepelnou odolnost a vysoký měrný elektrický odpor. Množství tepla uvolněného ve vodiči závisí na fyzikálních vlastnostech drátu a velikosti spirály. Proto je před instalací spirály do elektrického zařízení nutné vypočítat její parametry.

• Jak vypočítat spirálu
• Jak najít měrný odpor
• Jak funguje antikoncepční spirála?

• Spirála, posuvné měřítko, pravítko. Je nutné znát materiál spirály, hodnoty proudu I a napětí U, při kterých bude spirála fungovat, a z jakého materiálu je vyrobena.

Zjistěte, jaký by měla mít vaše cívka odpor R. K tomu použijte Ohmův zákon a dosadte do vzorce R=U/I hodnotu proudu I v obvodu a napětí U na koncích cívky.

Pomocí posuvného měřidla změřte průměr drátu d v milimetrech a převeďte ho na metry vynásobením výsledné hodnoty číslem 0,001.

Určete plochu průřezu drátu pomocí vzorce: S=πd²/4 v metrech na druhou. π≈3,14.

Pomocí referenční příručky určete měrný elektrický odpor ρ materiálu, ze kterého bude cívka vyrobena. ρ by mělo být vyjádřeno v Ohm•m. Pokud je hodnota ρ v referenční příručce uvedena v Ohm•mm²/m, vynásobte ji číslem 0,000001. Například: měrný odpor mědi ρ = 0,0175 Ohm•mm²/m, po převodu na SI máme ρ = 0,0175•0,000001 = 0,0000000175 Ohm•m.

Délku drátu určete pomocí vzorce: Lₒ=R•S/ρ.

Změřte na spirále libovolnou délku l pomocí pravítka (například: l=10 cm=0,1 m). Vypočítejte počet závitů n, které tvoří tuto délku. Určete stoupání spirály H=l/n nebo jej změřte posuvným měřítkem.

Pomocí posuvného měřidla určete vnější průměr spirály D v metrech.
Vypočítejte, kolik závitů N lze vyrobit z drátu o délce Lₒ: N= Lₒ/(πD+H).
Určete délku samotné spirály pomocí vzorce: L=Lₒ/N.
Poznámka

Měrný elektrický odpor materiálu se v příručkách nejčastěji uvádí při teplotě tₒ=20ₒC. Když se teplota vodiče zvyšuje nebo snižuje, mění se i jeho měrný odpor. Velikost jeho změny je vyjádřena teplotním součinitelem odporu α. Pokud se teplota vodiče t liší od referenční teploty, pak vzorec pro délku drátu na str. 6 bude následující: Lₒ=Rₒ•S/ρ, kde Rₒ=R/(α(t-tₒ)+1).

Standardní napětí v domácí elektrické síti je U=220V. Proud je omezen pojistkami v elektrickém rozvaděči a obvykle se rovná I=16A.

• Tabulky fyzikálních veličin, I. K. Kikoin, 1976
• vzorec pro délku spirály

Je rada užitečná?
Související články:

• Jak vypočítat indukčnost cívky
• Jak vypočítat pákový efekt
• Jak vypočítat kladku

Přidejte komentář k článku
Podobné tipy

• Kolik energie je v blesku
• Proč se námořní míle liší od pozemních mil?
• Co je to balistická trajektorie
• Jak plést se spirálovými jehlicemi
• Jak určit světové strany v bytě bez kompasu
• Jak najít délku oblouku
• Proč se objevuje rosa?
• Jak převést gcal na krychlové metry
• Jak zjistit průměr při znalosti obvodu
• Jak vypočítat plochu průřezu
• Intrauterinní systém “Mirena”: instrukce
• Co se stane s vodou, když se zahřeje
• Berdnikov Sergej Nikolajevič: biografie, kariéra, osobní život

Nové tipy od KakProsto
Doporučený článek
Jaké bude zaměření závěrečné eseje v akademickém roce 2017-2018?

V prosinci budou muset jedenáctáci napsat dnes již tradiční závěrečnou esej. A to pouze ti, kteří ji úspěšně zvládnou.