Что такое биметаллическая пластина

Что такое биметаллическая пластина

Термостаты и защитные устройства.

Биметаллическая пластина, используемая в реле защиты электродвигателя. Изгибающаяся биметаллическая пластина управляет электрическими контактами, замыкающими или размыкающими цепь подогревателя. (В случае защитных устройств — отключающие электропитание нагрузки).

Применяются как защитные устройства: для защиты от перегрева (например в электрочайнике) или от превышения силы тока (предохранители). Могут быть как самовосстанавливающимися, так и требующими вмешательства персонала (предполагается, что персонал найдёт и устранит причину неполадки, и только потом вернёт предохранитель во включённое состояние).

Генераторы импульсов и реле времени.

Биметаллическая пластина с контактом и с подогревателем (применяется обмотка из высокоомного провода либо сама пластина, по которой пропускают ток).

Применяется для переключения режимов работы устройств после их включения (например, в стартёрах люминесцентных ламп и электромоторов). В этом случае нагрев пластины продолжается всё время, пока устройство включено.

Разновидность биметаллического термометра с подогревателем. В зависимости от способа включения может быть вольтметром или амперметром. При работе потребляет много энергии, однако совершенно не содержит трущихся механических частей. Просты, вибростойки, мало чувствительны к загрязнениям, как правило, самовосстанавливаются при отсыревании. До сих пор широко применяются в автомобильной электронике.

Применяются для термокомпенсации хода часов. Могут изменять диаметр разрезного обода баланса, сделанного из биметаллической пластины, либо изменять действующую длину пружины баланса.

Схема биметаллического термометра.

Длинная свёрнутая спиралью лента из биметалла закрепляется в центре. Другой (внешний) конец спирали перемещается вдоль шкалы, размеченной в градусах. Такой термометр, в отличие от жидкостного (например, ртутного) совершенно нечувствителен к изменениям внешнего давления и механически более прочен.

В термографах биметаллическая пластина через систему рычагов управляет пером самописца, рисующим график изменения температуры (применяется в метеорологии).

Преобразование разности температур в механическую работу. Существуют простые игрушки для демонстрации возможности работы таких двигателей.

Биметаллические (а также триметаллические) пластины используются для сварки разнородных металлов в целях предотвращения контактной (гальванической) коррозии. В судостроении применяются как для стыковки алюминиевой надстройки со стальным корпусом, так и для соединения декоративных элементов из нержавеющей стали с алюминиевой конструкцией.

Муниципальное общеобразовательное учреждение

на тему

«Тепловое расширение металлов, или

Ученика 10а класса

Лунина Егора Андреевича.

г. Воскресенск 2014

«С миру по нитке…».

Исследование расширения металлов.

Все тайны биметаллической пластины.

Рецензия на работу.

В электротехнике много внимания уделяется вопросам безопасности использования электроэнергии, автоматизации процессов управления электрическими цепями. Для этого разрабатываются различные чувствительные элементы — датчики, которые способны реагировать на изменения различных параметров в электрических цепях. Одним из таких замечательных элементов является биметаллическая пластина.

Биметаллические пластины применяют в автоматических выключателях для разрыва электрических цепей при недопустимо больших токах в них. В электронагревательных приборах (например, электроутюгах, электрорадиаторах, чайниках) биметаллические пластины используют для автоматического отключения или регулирования температуры.

Электроприборы часто встречаются в нашей повседневной жизни, именно поэтому я решил посвятить свою работу раскрытию тайн биметаллической пластины.

Цель работы: изучение свойств металлов при нагревании и исследование области применения этих свойств в устройствах, содержащих биметаллическую пластину.

Для достижения данной цели я поставил следующие задачи:

Читайте также:  Сортировка чисел в массиве паскаль

1) изучить литературу и другие источники информации по проблеме исследования, дать их анализ;

2) исследовать и проанализировать основные свойства биметаллических пластин;

3) показать значение биметаллической пластины в связи с её использованием в различных приборах.

Актуальность темы исследования заключается в том, что изучение свойств биметаллической пластины позволит существенно расширить область знаний об устройствах её содержащих.

«С миру по нитке…»

Для того чтобы начать исследования в области свойств металлов при нагревании, необходимо систематизировать знания, полученные из различных источников информации.

Начну, пожалуй, с первого тома «Элементарного учебника физики» под редакцией академика . Из этой книги я взял основные понятия по теме исследования. Простые опыты и наблюдения убеждают нас, что при повышении температуры размеры тел немного увеличиваются, а при охлаждении – уменьшаются до прежних размеров. Так, имея простую монету и шпильки, можно показать, что при нагревании монета увеличивается в размерах и не проходит между двумя шпильками. Тот же самый эффект получается при нагревании шара (шар не проходит через металлическое кольцо).(4) Изменение линейных размеров тела при нагревании называют линейным расширением. Если однородное тело нагревается одинаково во всех частях, то оно, расширяясь, сохраняет свою форму. Например, рассмотрим интересный опыт, представленный в первом томе «Курса физики для средних специальных учебных заведений» под редакцией и . Пусть имеется металлический лист, в котором пробито круглое отверстие. Опыт показывает, что размер отверстия при нагревании увеличивается. Такой результат может показаться странным. Однако если бы лист расширялся и наружу и внутрь отверстия, то атомы металла, расположенные по краю отверстия, должны были бы сблизиться, так как длина окружности края отверстия стала бы короче. Но расстояния между атомами металла при его нагревании должны возрастать, а не уменьшаться. Следовательно, отверстие в листе должно увеличиваться. (2)

Таким образом, отверстия и полости в твёрдых телах при нагревании увеличиваются, а при охлаждении сжимаются, и, при том так, как будто бы они сплошь заполнены тем веществом, из которого состоит твёрдое тело.

Иное происходит при неравномерном нагревании, при этом в них возникают напряжения, которые могут привести к разрушению, если напряжения сделаются слишком большими. Именно поэтому, если в стеклянную посуду наливать горячую воду, она может лопнуть. Существует, однако, специальные сорта стекла (так называемое кварцевое стекло), которые при нагревании расширяются настолько мало, что напряжения при неравномерном нагревании посуды, сделанной из такого стекла, не опасны.

Напряжения, появляющиеся в твёрдых телах вследствие теплового расширения, могут быть очень большими. Это необходимо принимать во внимание во многих областях техники. Бывали случаи, когда части железных мостов, склёпанные днём, охлаждаясь ночью, разрушались, срывая многочисленные заклёпки. Во избежание подобных явлений, принимают меры к тому, чтобы части сооружений при изменении температуры расширялись или сжимались свободно. Например, железные паропроводы снабжают пружинящими изгибами в виде петель, так называемыми компенсаторами.

Из учебного пособия «Физика» под редакцией и я узнал, что нагревание придает телам некоторые новые свойства. Найдено, что при нагревании на 1°С каждый метр железа удлиняется на 0,012 мм, алюминия — на 0,024 мм. Как ни малы эти величины, однако они всегда учитываются в технике.(7) Так, например, большие железнодорожные мосты закрепляют только с одного конца, а другой конец укладывают на катки. А если посмотреть на железнодорожные рельсы, то можно увидеть на месте соединения двух кусков промежуток. Если рельсы поставить вплотную, то летом, в сильную жару, они удлинятся и могут лопнуть. Благодаря одинаковому расширению железа и бетона стало возможным применять железобетонные постройки.

Читайте также:  Деление двоичных чисел примеры

Анализируя приобретённые знания, можно сделать вывод, что расширение металлических тел при нагревании связано с увеличением линейных размеров тела и его объёма, и это надо обязательно учитывать при термообработке и при термическом способе изготовления деталей и оборудования, при строительстве машин, трубопроводов, электрических линий, мостов, зданий, подверженных температурным изменениям.

Исследование расширения металлов

При расширении тела происходит увеличение его объема, в этом случае говорят об объемном расширении тела. Но иногда нас интересует лишь изменение одного размера, например длины железнодорожного рельса или металлического стержня. Тогда говорят о линейном расширении. Конструкторы автомобилей интересуются расширением поверхности листов металла, применяемых при постройке машины. Здесь вопрос стоит о поверхностном расширении.

Оказывается, что не одинаково расширяются тела при нагревании на одно и то же число градусов, так как у разных веществ молекулы имеют разные массы. Изменение температуры на одно то же число градусов характеризует одинаковую среднюю квадратичную скорость молекул. Средняя кинетическая энергия молекул с меньшей массой будет меньше, чем молекул с большой массой. Поэтому межмолекулярные пространства различных веществ изменяются различно при одинаковой температуре, что и приводит к неодинаковому расширению. (3)

Величина, характеризующая зависимость линейного расширения тел при нагревании от рода вещества, называется коэффициентом линейного расширения и обозначается α.

Коэффициент линейного расширения показывает, на какую часть своей величины при 0оС изменяется длина тела при нагревании на 1оС

Выведем единицу измерения коэффициента линейного расширения

Отмечу, что коэффициент α при повышении температура увеличивается. Однако это изменение столь мало, что при не слишком больших изменениях температуры им можно пренебречь. Поэтому в дальнейшем коэффициент α для каждого вещества считается постоянным.

В некоторых случаях необходимо учитывать расширение тел во всех направлениях, которое принято называть объёмным расширением. При нагревании кристаллов их расширение по различным направлениям неодинаково. Однако при нагревании изотропных веществ расширение по всем направлениям одинаково.

Если объём тела при 0оС и при tоС соответственно обозначить V0 и Vt, то объёмное расширение тела будет Изменение объёма тела при нагревании прямо пропорционально первоначальному объёму V0 и приросту температуры, т. е.

Коэффициент пропорциональности β в данной формуле выражает зависимость объёмного расширения от рода вещества.

Величина, характеризующая зависимость объёмного расширения тел при нагревании от рода вещества, называется коэффициентом объёмного расширения.

Коэффициент объёмного расширения показывает, на какую часть своей величины при 0оС изменяется объём тела при нагревании на 1оС

Читайте также:  Как подключить teamspeak 3

Как и в случае линейного расширения, коэффициент β для каждого вещества постоянен.

Выведем единицу измерения β.

Обычно в таблицах даются только коэффициенты линейного расширения твёрдых тел, а коэффициенты объёмного расширения не приводятся. Объясняется это тем, что величину β легко вычислить по величине α, пользуясь приближенной формулой

Покажем, как выводится эта формула. Возьмём твёрдое тело в форме куба, длина ребра которого l. Обозначим через l0 – длину ребра при 0оС и через V0–объём тела при 0оС. Тогда при температуре toCдлина ребра будет , а объём тела.Так как объём куба равен l3, то можно написать

Учитывая, что после сокращения получим

Поскольку α для всех веществ – малое число, можно пренебречь членами, содержащими α во второй и третьей степенях. Тогда приближенно

А теперь давайте посмотрим на коэффициенты линейного расширения для некоторых металлов, а также получим коэффициент линейного расширения для железа, по экспериментальным данным. (5)

Термостаты и защитные устройства.

Биметаллическая пластина, используемая в реле защиты электродвигателя. Изгибающаяся биметаллическая пластина управляет электрическими контактами, замыкающими или размыкающими цепь подогревателя. (В случае защитных устройств — отключающие электропитание нагрузки).

Применяются как защитные устройства: для защиты от перегрева (например в электрочайнике) или от превышения силы тока (предохранители). Могут быть как самовосстанавливающимися, так и требующими вмешательства персонала (предполагается, что персонал найдёт и устранит причину неполадки, и только потом вернёт предохранитель во включённое состояние).

Генераторы импульсов и реле времени.

Биметаллическая пластина с контактом и с подогревателем (применяется обмотка из высокоомного провода либо сама пластина, по которой пропускают ток).

Применяется для переключения режимов работы устройств после их включения (например, в стартёрах люминесцентных ламп и электромоторов). В этом случае нагрев пластины продолжается всё время, пока устройство включено.

Разновидность биметаллического термометра с подогревателем. В зависимости от способа включения может быть вольтметром или амперметром. При работе потребляет много энергии, однако совершенно не содержит трущихся механических частей. Просты, вибростойки, мало чувствительны к загрязнениям, как правило, самовосстанавливаются при отсыревании. До сих пор широко применяются в автомобильной электронике.

Применяются для термокомпенсации хода часов. Могут изменять диаметр разрезного обода баланса, сделанного из биметаллической пластины, либо изменять действующую длину пружины баланса.

Схема биметаллического термометра.

Длинная свёрнутая спиралью лента из биметалла закрепляется в центре. Другой (внешний) конец спирали перемещается вдоль шкалы, размеченной в градусах. Такой термометр, в отличие от жидкостного (например, ртутного) совершенно нечувствителен к изменениям внешнего давления и механически более прочен.

В термографах биметаллическая пластина через систему рычагов управляет пером самописца, рисующим график изменения температуры (применяется в метеорологии).

Преобразование разности температур в механическую работу. Существуют простые игрушки для демонстрации возможности работы таких двигателей.

Биметаллические (а также триметаллические) пластины используются для сварки разнородных металлов в целях предотвращения контактной (гальванической) коррозии. В судостроении применяются как для стыковки алюминиевой надстройки со стальным корпусом, так и для соединения декоративных элементов из нержавеющей стали с алюминиевой конструкцией.

Ссылка на основную публикацию
Что случилось с facebook
На форумах и в поисковых запросах часто встречается вопрос, почему не работает Фейсбук сегодня, и что делать в такой ситуации....
Читы для вар тандер на орлы
Данный чит носит название Орлы чит для War Thunder 3.0. Это обновление для игры вышло совсем недавно, но для него...
Что больше мегабит или килобит
В эпоху оптоволокна и накопителей объемом в десятки терабайт считать в битах не принято. Мы бы совсем забыли, чем отличается...
Что смотрят в интернете больше всего
Наверное, многим интересно, что чаще всего запрашивают люди в поисковиках, какие поисковые запросы самые популярные и востребованные. Ошибки и опечатки...
Adblock detector