8/2/2019 Efectul_termic

1/7

Circuite de incalzire prin efect Joule

Vilcu GeorgianaEPA I

8/2/2019 Efectul_termic

2/7

Transferul caldurii prin conductie:

Cum se propag cldura prin conducie? Atunci cnd nclzim captulunei bare

metalice, cldura se propag cu repeziciune ctre cellalt capt.Vibraia

moleculelor de la captul fierbinte al barei devine din ce n ce maiputernic pe

msur ce temperatura crete, iar n timp ce moleculele se ciocnesccu altele

aflate n vecintate, o parte din energia lor cinetic este transferatacestora

care la rndul lor o transfer altora i aa mai departe. Astfel energiamicrii

termice este transferat de la o molecul la urmtoarea, moleculelermnnd

n poziia lor iniial. Electronii liberi joac, de asemenea, un rolimportant n

conducia cldurii. Acetia, n deplasarea lor, vor ajunge n prilemai reci ale

metalului, unde i vor transfera energia electronilor de aici saureeleiatomice. Aceasta este i motivul pentru care metalele sunt att de

buneconductoare de cldur. Alte substane solide (ca de exemplu lemnul,

sticla,plasticul nu conduc att de bine cldura, ele numindu-se izolatoare

termice.Vasele de buctrie sunt adesea fcute din metal, tocmai datorit

faptului cmetalul propag bine cldura de la sursa de foc ctre alimente, n

timp cemnerele vaselor sunt din materiale izolante care l feresc pe cel ce

utilizeazvasele s se ard la mini.Schimbul de cldur poate fi studiat att n regim de variabil ct i nregim

permanent sau staionar. n regim variabil, temperatura n diferite puncteale

corpului variaz cu timpul, iar n regim staionar (permanent)

temperaturacorpului ntr-un punct oarecare nu mai variaz. n acest ultim caz,

cantitatea decldur ce vine dintr-un elemant de volum este egal cu cea care

pleac din acelelement.Din legea Fourier se poate constata c cu ct crete

conductivitateatermic, schimbul de cldur se mrete, ceilali factori

neschimbai. De aceea osubstan pentru care K este mare este un bun

conductor de cldur, iar pentruK mic, substana este slab conductoare de

cldur sau un bun izolator. Nuexist un conductor de cldur perfect (K=)

sau un izolator termic perfect(K=0).

8/2/2019 Efectul_termic

3/7

Termenul de convecie este asociat transferului de cldur provocat

dedeplasarea unei poriuni calde a substanei n interiorul acesteia, avnd ca

efectformarea unor cureni.Corpurile nu intr n contact, spre deosebire de

transferul cldurii princonducie. Fenomenul de convecie are loc ntr-un

mediu fluid.Exemple n care este implicat convecia pot fi: curgerea sngelui

princorp, sistemul de nclzire cu ap cald sau cu aer cald (tirajul sobelor

saufuncionarea caloriferelor). De ce se nclzete tot coninutul unui vas pus

pe foc,dei numai fundul acestuia este n contact direct cu sursa de cldur?

Aceastase explic prin curenii de convecie ce transport cldura dinspre

regiunile caldespre cele reci. Aceti cureni apar i circul n toate fluidele n

care existdiferene de temperatur.Convecia este determinat de dou

cauze, corespunznd la dou tipuride procese:1) Diferena de densitate afluidului, provocat de diferena detemperatur dintre diferitele puncte ale

acestuia conduce la apariiaunei micri libere (naturale) i atunci are loc

convecia liber saunatural.2) Efectul unei aciuni mecanice exterioare

(pomp, ventilator) asuprafluidului ce determin apariia unei micri forate

conduce la oconvecie forat.Regimul de curgere este caracterizat prin

numrul lui Reynolds. n funciede valoarea acestui numr (Re) se disting

urmtoarele categorii de procese detransfer termic prin convecie:

Convecie n regim laminar, cnd 0

8/2/2019 Efectul_termic

4/7

n regim turbulent convecia are loc prin conducie termic n stratullimit

(stratul de fluid din vecintatea peretelui) i prin transfer de mas iimpuls n

zona central a curgerii

n figura din stnga se prezint distribuia de viteze a fluidului dintr-o conduct

circular dreapt n cazul micrii fluidului ideal.

Nu exist frecri i ca urmare distribuia de viteze este constant.

n figura din dreapta se prezint distribuia de viteze a fluidului dintr-o

conduct circular dreapt n cazul micrii laminare a fluidului real.

Particulele de fluid curg n straturi paralele cu axa conductei.

Distribuia de viteze este parabolic, avnd un maxim n axul conductei.

Teoria stratului limit

Stratul limit este stratul de fluid din imediata vecintate a unui corp solid n

care se manifest foarte intens efectul eforturilor tangeniale i n care se

produce o variaie accentuat a vitezei fluidului.

1-zona curentului exterior

8/2/2019 Efectul_termic

5/7

2-zona stratului limit

Grosimea stratului limit este dat de distana msurat la suprafaa

exterioar a corpului solid, perpendicular pe acesta, pn la care viteza

difer cu 1% fa de viteza curentului exterior.

Desprinderea stratului limit i formarea vrtejurilor (cazul unui cilindru

circular drept orizontal).

Figura a corespunde curgerii fluidului ideal.

Fluidul care vine iniial cu o energie cinetic spre punctul A, pe msura

apropierii de acest punct i transform energia cinetic n energie de presiune.

Apoi fluidul alunec fr frecri pe conturul solid pn n B, unde are din nou o

energie cinetic maxim i energie de presiune nul. Lucrurile se petrec n

continuare simetric iar la deprtarea de corp energia de presiune se transform

din nou n energie cinetic.

Fluidul evolueaz fr frecri pe contur astfel nct energia i menine

valoarea maxim iniial.

Figura b corespunde curgerii fluidului real.

Energia cinetic se transform n energie de presiune ctre punctul A; sedeplaseaz fluidul cu frecri pn n B, n care viteza scade i apoi ctre D,

astfel nct n D nu mai are vitez suficient pentru a urma conturul solid al

corpului. Fluidul ntlnete o zon de presiune ridicat i ca urmare se produce

desprinderea fluidului de corpul solid.

8/2/2019 Efectul_termic

6/7

Ca urmare particula fluid este mpins ctre curentul de fluid exterior.

Acesta reintroduce particula fluid n stratul limit i se formeaz astfel un

vrtej care evolueaz ctre aval, formndu-se aa numitele dre hidrodinamice

sau aerodinamice (care se mai numesc i dre turbionare).

n mod practic, pentru a obine corpuri cu coeficieni de rezisten la

naintare mici, se determin experimental repartiia de presiuni pe suprafaa

exterioar a corpului, se calculeaz integrala presiunii pe ntreaga suprafa i

se determin n final coeficientul de rezisten la naintare.

Se modeleaz suprafaa exterioar, experimental sau prin simulare

numeric cu calculatorul, pn la obinerea coeficientului de rezisten la

naintare minim

Efectul termic (denumit i efect Joule-Lenz) este reprezentat de disiparea

cldurii ntr-un conductor traversat de un curent electric. Aceasta se datoreaz

interac iunii particulelor curentului (de regul electroni) cu atomii

conductorului, interac iuni prin care primele le cedeaz ultimilor din energia

lor cinetic, contribuind la mrirea agita iei termice n masa conductorului..

Aplica ii industriale

Produsele folosite la nclzirea industrial, precum i pentru uzul casnic,

func ioneaz pe baza efectului Joule-Lenz. Elementul de circuit comun n

construc ia acestor produse este un rezistor (sau mai multe, grupate adecvat)

n care se dezvolt efectul Joule al curentului electric. Rezistorul su

(elementul rezistiv care disip cldura) este realizat din nicrom, feronicrom,

fecral, kanthal, cromal .a. Aceste materiale sunt rezistente la temperaturi

mari, au rezistivitate electric ridicat i un coeficient mare de temperatur alrezistivit ii.

Efectul termic al curentului electric are multiple aplica ii industriale:

cuptoarele nclzite electric, tierea metalelor, sudarea cu arc electric etc.

http://ro.wikipedia.org/wiki/Electronhttp://ro.wikipedia.org/wiki/Energie_cinetic%C4%83http://ro.wikipedia.org/wiki/Energie_cinetic%C4%83http://ro.wikipedia.org/wiki/Energie_cinetic%C4%83http://ro.wikipedia.org/wiki/Energie_cinetic%C4%83http://ro.wikipedia.org/wiki/Electron

8/2/2019 Efectul_termic

7/7

O alta aplicatie al acestor dispozitive de incalzire ar putea fi incalzirea prin

pardoseala. incalzirea prin pardoseala isi are originea in sistemul de incalzire

roman, denumit hypocaust. Acesta se realizeaza fie prin introducerea unui

sistem de incalzire cu apa calda ce trece prin serpentinele inglobate in sapa de

beton, fie prin inglobarea unor rezistente elecrice sub pardoseala caramica.

Spre deosebire de incalzirea prin radiatoare, acest sistem elimina corpurile de

incalzit de pe pereti, economisind spatiul, insa prezinta acelasi dezavantaj: al

uscarii aerului..

Pentru a optimiza randamentul se pune si un termostat.