Prinsip Pemanasan Selimut Listrik

Prinsip Pemanasan Selimut Listrik

1. Pengaruh Termal Arus Listrik

Ketika arus listrik melewati konduktor logam, konduktor tersebut menghasilkan panas karena adanya hambatan listrik sehingga menyebabkan suhu konduktor meningkat. Fenomena ini disebut efek termal arus listrik. Selimut listrik adalah alat pemanas yang menggunakan kabel pemanas listrik untuk menghasilkan panas melalui listrik, yang merupakan aplikasi spesifik dari efek termal.

2. Resistansi Konduktor

Ketika elektron mengalir sepanjang konduktor, mereka terus-menerus bertabrakan dan bergesekan dengan atom, menghasilkan semacam hambatan. Hambatan ini disebut hambatan listrik. Pada bahan penghantar yang berbeda, hambatan yang dialami oleh arus listrik tidak sepenuhnya sama. Bahkan untuk bahan yang sama, hambatan terhadap arus listrik juga berhubungan dengan suhu, panjang, dan luas penampang konduktor. Jika luas penampangnya sama, maka semakin panjang penghantarnya, semakin besar hambatannya. Jika panjangnya sama, semakin kecil-luas penampangnya, semakin besar hambatannya. Hal ini biasa dikatakan: hambatan listrik sebanding dengan panjang konduktor yang membawa arus dan berbanding terbalik dengan luas penampangnya. Biasanya dinyatakan dengan rumus berikut:

Di mana
R - resistansi konduktor, satuan: ohm;
L - panjang konduktor, satuan: meter;
ρ - resistivitas (lihat Tabel 1 untuk resistivitas material yang umum digunakan);
S - luas penampang konduktor-, satuan: meter persegi.

Tabel 1

Bahan yang digunakan untuk kabel pemanas selimut listrik umumnya adalah kabel nikel-kromium atau kabel konstantan, dan sebagian kecil juga menggunakan kabel paduan manganin.

3. Tenaga Pemanas Listrik

Daya pemanas listrik mengacu pada jumlah panas yang dilepaskan oleh resistor per satuan waktu. Jika jumlah kalor yang dilepaskan per satuan waktu besar, maka benda tersebut dikatakan mempunyai daya pemanasan yang tinggi. Ketika daya pemanasan kecil, jumlah panas yang dilepaskan juga kecil. Selimut listrik sebenarnya adalah pembangkit panas-berkekuatan kecil,-bersuhu rendah. Kekuatannya dapat ditentukan berdasarkan luas permukaan selimut listrik. Karena selimut listrik menggunakan resistansi internal kabel nikel-kromium untuk menghasilkan panas sebagai pemanasan, metode penghitungan dayanya dapat mengikuti metode rangkaian resistif murni. Biasanya, kekuatan rangkaian seperti itu dapat dihitung dengan rumus berikut:

Di mana
P - daya selimut listrik, satuan: watt;
U - tegangan catu daya selimut listrik, satuan: volt;
I - arus listrik yang melewati konduktor selimut listrik, satuannya: ampere.

Misalnya selimut listrik disambungkan ke sumber listrik 220 volt dan arus yang melewatinya adalah 0,45 A, maka dayanya adalah 100 watt.

4. Konversi Energi

Selimut listrik mengubah energi listrik menjadi energi panas. Hukum Joule adalah hubungan proporsional tetap antara energi listrik dan energi panas, memberikan dasar untuk analisis kuantitatif di antara keduanya. Kalor Q yang dilepaskan ketika arus listrik melewati suatu penghantar sebanding dengan kuadrat arus I, hambatan R penghantar, dan waktu t selama arus mengalir. Yaitu:

Di mana
0.24 - koefisien;
Q - melepaskan panas, satuan: kalori;
t - waktu, satuan: detik.

Arti dari rumus ini adalah ketika arus melewati suatu penghantar yang hambatannya R, dalam waktu t dapat menghasilkan panas sebesar I²Rt. Misalnya, selimut listrik 100 watt dapat melepaskan 86,400 kalori panas dalam satu jam, yang dihitung berdasarkan rumus ini.

Karena kawat pemanas menghasilkan panas secara merata, maka hanya perlu diatur secara merata di dalam kain atau selimut yang ukurannya sama dengan tempat tidur. Panas yang dihasilkan oleh kawat pemanas akan menghangatkan permukaan kain, memberikan permukaan suhu tertentu untuk pemanasan manusia. Artinya, kawat pemanas mengubah energi listrik menjadi energi panas, membentuk suhu permukaan melalui konduksi panas, dan terdapat perbedaan suhu antara suhu permukaan dan kawat pemanas. Karena arah utama perpindahan panas adalah dari bawah ke atas, maka wajar jika selimut elektrik digunakan sebagai selimut di bawah tempat tidur atau alas kasur.