آتش یکی از اولین و بهترین کشفیات نوع بشر بوده است – چیزی حدود یک یا دو میلیون سال پیش. در عصر مدرن موتورهای جت، موشک های فضایی، آسمان خراش های فولادی و پلاستیک های مصنوعی، ممکن است دود و آتش پدیده ای بسیار ماقبل تاریخی به نظر رسد. اما هر چهار مورد این اختراعات – و چند مورد دیگر – به شکلی بسیار حیاتی متکی به آتش هستند.

آتش به هیچ وجه کمتر از آن اختراعات هوشمندانه نیست، اما تولید آن چندان آسان نیست. گاهی ممکن است مدت بسیار زیادی طول بکشد تا آتش روشن شود. مثلا لکوموتیوهای بخاری که با نیروی زغال سنگ کار می کنند باید چند ساعت وقت صرف سوختن آن ها گردد تا آماده کشیدن قطار شوند. در موارد دیگری آتش زمانی که انتظار آن را ندارید گسترش پیدا می کند و ساختمان ها، جان انسان ها و هر چیزی که عزیز می شمارید را با تهدید روبرو می کند.

به نظر شما عالی نبود اگر این امکان وجود داشت که آتش را به همان آسانی الکتریسیته کنترل کنیم و در صورت نیاز آن را قطع و وصل کنید؟ این همان ایده اصلی المنت های حرارتی است. آن ها آتش موجود درون چیزهایی مثل بخاری های برقی، دوش ها، توستر، اجاق برقی، سشوار، خشک کن لباس، هویه و سایر انواع وسایل برقی پراستفاده خانگی هستند. المنت های حرارتی به ما نیروی آتش را با آسانی و راحتی الکتریسیته ارائه می کنند. اجازه دهید نگاهی نزدیک تر به ماهیت و نحوه کار آن ها بیندازیم!المنت

عکس: یک آتش الکتریکی معمولی روی سنگ کف اجاق. این نمونه دارای سه المنت (میله) حرارتی الکتریکی است که روی سرامیک سفید و پشت یک تور ایمنی نقره ای قرار داده شده است. می توانید المنت ها را دقیقا در میانه تصویر ببینید که با حرارت سرخ می درخشند. در قسمت بالا، چند زغال پلاستیکی هم قرار داده شده اند که هیچ کاربردی ندارند جز آن که به ما یادآوری کنند در قلب خود هنوز غارنشینان عصر حجر هستیم. هنوز حس عاشقانه آتش را دوست داریم، هر چند که راحتی الکتریسیته را ترجیح می دهیم!المنت

به دست آوردن حرارت از الکتریسیته

در مدرسه می آموزیم که برخی مواد الکتریسیته را به خوبی هدایت می کنند، در حالی که برخی دیگر این چنین نیستند. موادی که الکتریسته را به خوبی هدایت می کنند، رسانا نام دارند در حالی که موادی که الکتریسیته را به خوبی هدایت نمی کنند، عایق نام دارند. رساناها و عایق ها اغلب بدین شکل بهتر قابل توصیف خواهند بود که در مورد میزان مقاومت آن ها نسبت به جریان الکتریسته صحبت کنیم. رساناها مقاومت اندکی دارند (الکتریسیته به آسانی در آن ها جاری می شود) در حالی که عایق ها مقاومت زیادی نشان می دهند (الکتریسیته برای عبور از آن ها با دشواری روبرو است). در یک مدار الکتریکی یا الکترونیکی، می توانیم از ابزارهایی با عنوان «مقاومت» برای کنترل میزان جریان استفاده کنیم. برای مثال در بلندگوها از پیچی برای افزایش مقاومت و کم کردن جریان جهت کم کردن حجم صدا استفاده می شود.

عکس: تصویری نزدیک از رشته تنگستن کویل دار در یک لامپ رشته ای، که نور را با تولید میزان زیادی حرارت به وجود می آورد. میزان نوری که رشته تولید می کند در ارتباط مستقیم با طول آن است. هر چه طول رشته بیشتر باشد، نور بیشتری تولید می شود. به همین دلیل است که کویل دار شده است. کویل طول (و نور) بیشتری را فضایی واحد جای می دهد.المنت

مقاومت ها با تبدیل انرژی الکتریکی انرژی گرمایی کار می کنند؛ به عبارت دیگر، آن ها زمانی که الکتریسیته از آن ها عبور می کند، گرم می شوند. اما فقط مقاومت ها نیستند که این گونه می شوند. حتی یک سیم نازک هم در صورتی که میزان برق زیادی را با فشار از آن عبور دهید، داغ می شود. این همان ایده اصلی مربوط به لامپ های رشته ای است (چراغ های حباب شکل قدیمی). درون حباب شیشه ای، کویل بسیار نازکی از سیم وجود دارد که به آن رشته می گویند. زمانی که الکتریسیته کافی از آن عبور کند، با حرارت روشن شروع به درخشندگی می کند – بنابراین در حقیقت نور را با تولید حرارت به وجود می آورد. حدود 95 درصد برقی که لامپ های این چنینی مصرف می کنند صرف تولید حرارت شده و در واقع هدر می رود (استفاده از چراغ کاهنده مصرف فلئورسانتی بسیار کارآمدتر خواهد بود، زیرا بیشتر برقی که چراغ مصرف می کند به روشنایی تبدیل می شود و هدررفت حرارتی چندانی وجود ندارد).

اکنون روشنایی را فراموش کنید – اگر آن چه به دنبال آن هستیم حرارت باشد، وضعیت چطور خواهد بود؟ در این جا به ناگاه در می یابیم لامپ رشته ای پر مصرف ما در حقیقت بسیار کارآمد است زیرا 95 درصد انرژی دریافتی خود را به حرارت تبدیل می کند. بسیار عالی! فقط یک مشکل وجود دارد. اگر تا به حال به یک لامپ رشته ای نزدیک شده باشید، متوجه هستید لامپ به اندازه ای داغ می شود که اگر به آن دست بزنید دست شما را می سوزاند (چنین کاری را امتحان نکنید). اما اگر حتی در فاصله یک متری از آن قرار گیرید، حرارت به دست آمده از یک لامپ 100 وات به اندازه ای ضعیف است که به شما نمی رسد.

پس چطور می شود اگر بخواهیم یک بخاری الکتریکی را تقریبا مشابه با یک لامپ الکتریکی بسازیم؟ در این صورت به چیزی مثل یک رشته لامپ اما در مقیاس بزرگ تر نیاز داریم – شاید 20 تا 30 برابر قوی تر تا بتوانیم واقعا حرارت آن را حس کنیم. ما به ماده نسبتا قوی نیاز داریم (ماده ای که ذوب نشود و برای مدت طولانی طی دوره های مداوم حرارت یافتن و سرد شدن ماندگاری داشته باشد) و همین طور نیاز داریم که میزان بسیار زیادی حرارت را با دمایی معقول ارائه کند (شاید بهتر باشد این دما را با درخشش سرخ ارائه کند نه درخشش سفید تا چشممان را آزار ندهد). آن چه این جا در حال صحبت از آن هستیم، مبانی یک المنت حرارتی است: یک ماده قوی الکتریکی که به گونه ای طراحی شده باشد که با عبور جریان قوی برق از آن حرارت بدهد.

عکس: المنت حرارتی پنهان شده درون یک کوکتاپ سرامیکی. این یک المنت پیوسته است، که از نقطه آبی شروع می شود، انحنا یافته و شکل ماز می یابد تا این که به نقطه قرمز می رسد. دلیل ندارد که این المنت شکل دیگری داشته باشد چرا که باید حرارت را دقیقا زیر یک ماهی تابه متمرکز کند – و این شکل، کارآمدترین راه دستیابی به چنین هدفی است.

المنت حرارتی چیست؟

یک المنت معمول حرارتی معمولا کویل، باریکه (راست یا چین دار) یا سیمی است که حرارت را مانند رشته یک لامپ ارائه می کند. زمانی که جریان الکتریکی از آن عبور می کند، با رنگ سرخ می درخشد و انرژی الکتریکی عبوری را به حرارت تبدیل می کند که آن را از همه جهات بازتاب می دهد.

المنت های حرارتی معمولا مبتنی بر نیکل یا آهن هستند. المنت های مبتنی بر نیکل معمولا نیکروم هستند، یعنی آلیاژی (ترکیبی از فلزات و گاهی سایر عناصر شیمیایی) که تقریبا از 80 درصد نیکل و 20 درصد کرومیوم تشکیل شده است (نسبت های دیگری از این ترکیب نیز وجود دارد اما نسبت 80 به 20 از همه رایج تر است). دلایل خوب مختلفی وجود دارد که نیکروم را به محبوب ترین ماده برای المنت های حرارتی تبدیل کرده است: این آلیاژ دارای نقطه ذوب بسیار بالایی است (حدود 1400 درجه سانتی گراد یا 2550 درجه فارنهایت)، اکسید نمی شود (حتی در دماهای بالا)، وقتی حرارت می یابد چندان منبسط نمی شود، و دارای مقاومت نسبتا معقولی است (نه چندان کم و نه چندان زیاد اما به شکل معقولی ثابت) (این آلیاژ بین دمای اتاق و حداکثر دمای کار خود تنها به اندازه 10 درصد انبساط می یابد).المنت

انواع المنت های حرارتی

انواع بسیار زیادی از المنت های حرارتی وجود دارد. گاهی نیکروم به صورت ساده به همان شکلی که هست استفاده می شود؛ اما گاهی هم آن را در مواد سرامیکی جای می دهند تا آن را محکم تر و ماندگارتر سازند (سرامیک در خصوص دماهای بالا بسیار خوب عمل می کند و حرارت یافتن و سرد شدن مداوم تاثیری روی آن ندارد). اندازه و شکل یک المنت حرارتی تا حد زیادی تحت تاثیر ابعاد وسیله الکتریکی است که باید در آن جای گیرد و همین طور مساحتی که باید در آن حرارت تولید کند. فرکننده های مو دارای المنت های کویل دار کوتاهی هستند زیرا باید حرارتی را در یک لوله باریک تولید کنند که مو بتواند پیرامون آن پیچیده شود. رادیاتورهای الکتریکی دارای المنت های میله ای بلندی هستند چرا که باید حرارت در ناحیه گسترده ای از اتاق ارائه کنند. اجاق های الکتریکی دارای المنت های حرارتی کویل دار دقیقا با اندازه مناسب برای حرارت دادن ظرف پخت و پز هستند (اغلب المنت های اجاق با فلز، شیشه یا صفحات سرامیکی پوشش داده شده اند تا پاک کردن آن ها آسان تر باشد).المنت