電爐同煤氣燈一樣,是化驗(yàn)室中常用的加熱設(shè)備。電爐主要是靠一條電阻絲(常用的為鎳鉻合金絲)通上電流產(chǎn)生熱量的。這條電阻絲常稱為電爐絲。
電爐絲是一個導(dǎo)體,電流通過導(dǎo)體要克服導(dǎo)體的阻力(即電阻),這時電場力就要作功,這個功稱為電功。作功的過程就是能量轉(zhuǎn)換的過程。經(jīng)驗(yàn)證明電流通過導(dǎo)體時,導(dǎo)體溫度升高,說明電能轉(zhuǎn)化為導(dǎo)體的內(nèi)能,使導(dǎo)體內(nèi)分子運(yùn)動加劇,因而導(dǎo)致溫度上升。我們把電流通過導(dǎo)體使導(dǎo)體溫度升高的現(xiàn)象叫做電流的熱效應(yīng)。
實(shí)驗(yàn)證明電流通過導(dǎo)體所發(fā)放的熱量(Q)跟電流強(qiáng)度的平方(I2)、導(dǎo)體的電阻(R)和通電時間(t)成正比,即Q∝I2Rt。所以Q=KI2Rt。這個關(guān)系式叫做焦耳-楞次定律。
如果Q的單位用卡,I的單位用安培,R的單位用歐姆,t的單位用秒,則K的數(shù)值等于0.24,即1安培電流通過1歐姆電阻在1秒鐘內(nèi)放出的熱量為0.24卡。從焦耳-楞次定律看出,改變電流的大小,可以迅速改變電爐放出的熱量。
電爐的構(gòu)造是很簡單的,一條電爐絲嵌在耐火泥爐盤的凹槽中,爐盤固定在一個鐵盤座上,電爐絲兩頭套上多節(jié)小瓷管后連接到瓷接線柱上與電源線相連,即成為一個普通的圓盤式電爐。
有一種用鐵板蓋嚴(yán)的盤式電爐叫做暗式電爐,它可以用來加熱一些不能用明火加熱的試驗(yàn)。
電爐按功率大小分為不同的規(guī)格,如220伏的有500瓦、600瓦、800瓦、1000瓦、1500瓦等等。功率大小主要是因電爐絲的阻值不同而定,同樣成分同樣長短的爐絲,粗的發(fā)熱量大,細(xì)的發(fā)熱量小。例如電爐上標(biāo)明“220V,1000W”字樣,說明這個電爐的電壓為220伏時它的電功率為1000瓦。那末它的電阻有多大?通過的電流有多大?根據(jù)電功率公式,可以算出:
I=ρ/V=1000/220=4.54(安)
R=V/I=220/4.54=48.4(歐)
另有一種能調(diào)節(jié)不同發(fā)熱量的電爐,常稱為“萬用電爐”。其外形如圖11-26所示。爐盤在上方,爐盤下裝有一個單刀多位開關(guān),開關(guān)上有幾個接觸點(diǎn),每兩個接觸點(diǎn)間裝有一段附加電阻,附加電阻是用多節(jié)瓷管套起來的,避免相互接觸和跟電爐外殼接觸而發(fā)生短路或漏電傷人。借滑動金屬片的轉(zhuǎn)動來改變和爐絲串聯(lián)的附加電阻的大小,以調(diào)節(jié)通過爐絲的電流強(qiáng)度,達(dá)到調(diào)節(jié)電爐發(fā)熱量的目的。萬用電爐的線路如圖11-27所示。
當(dāng)滑動金屬片5處在接觸點(diǎn)8時,電路不通,電爐處于關(guān)閉位置。當(dāng)金屬片轉(zhuǎn)至接觸點(diǎn)6時,全部附加電阻與爐絲串聯(lián),這時總電阻最大,通過的電流最小,所以爐絲放出熱量最少。當(dāng)金屬片轉(zhuǎn)至接觸點(diǎn)4時,附加電阻減少ー半,電流強(qiáng)度中等,電爐放出熱量也是中等。當(dāng)金屬片轉(zhuǎn)至接觸點(diǎn)2時,附加電阻為零,電流強(qiáng)度達(dá)到最大,電爐放出熱量也最大。
如果化驗(yàn)室中沒有萬用電爐,也可以將普通電爐接上功率相當(dāng)或比它大的自耦調(diào)壓器。調(diào)節(jié)輸出電壓,這樣可以任意改變電流強(qiáng)度,亦即可任意改變電爐的發(fā)熱量。比萬用電爐更方便。
使用電爐時應(yīng)注意的事項(xiàng):
① 電源電壓應(yīng)與電爐本身規(guī)定的電壓相符,如110V的電爐接在220V電源上,爐絲很快燒斷。反之,如220V電爐接在110V電源上,爐絲燒不紅,發(fā)熱量小,達(dá)不到加熱要求。
② 加熱的容器如是金屬制的,應(yīng)墊一塊石棉網(wǎng),阻止金屬容器觸及電爐絲,發(fā)生短路和觸電事故。
③ 耐火磚爐盤凹槽中要經(jīng)常保持清潔,及時清除灼燒焦糊物(清除時必須斷電),保持爐絲導(dǎo)電良好。
④ 電爐連續(xù)使用時間不應(yīng)過長,過長會縮短爐絲使用壽命。