Чи думали ви колись про те, як вимикається чайник, коли він скипів? Чи коли ви забули налити в нього воду? Там є якийсь термометр?
Не зовсім.
Щоб зрозуміти, що саме там клацає, візьмемо дві окремі пластини одного розміру, але вироблених з різних металів. Одну з латуні, а іншу — зі сталі:
… та нагріємо їх:
В чому причина того, що вони збільшилися різною мірою?
Розгадка у коефіцієнті лінійного теплового розширення. Він складає 19×10-6 K-1 для латуні та близько 12×10-6 для сталі. Це означає, що якщо обидві пластини нагріти на те саме число градусів, латунна розшириться у 1,5 рази сильніше, ніж стальна.
Тепер з’єднаємо пластини докупи та знову нагріємо їх. Латунна частина так само буде прагнути розширитися сильніше. І, оскільки вони з’єднані, ми побачимо наступну картину:
Ми спостерігаємо, як проявляється властивість біметалів — вони змінюють свою форму при нагріванні. Йому знайшлося безліч застосувань — наприклад, у механічних годинниках, термометрах, термостатах тощо.
Але повернемося до нашого чайника. З чого він складається?
Корпус, нагрівальний елемент, та … якась електроніка? Але ми вже знаємо про біметали, тож напівпровідники не потрібні. Він керується лише двома невеликими пластинками:
Ця вступає в дію, коли скипає вода:
Як ви бачите, коли ви натискаєте кнопку, пластинка вигинається та замикає контакти. Коли вона достатньо нагрівається, то розгинається назад і розриває електричне коло.
Але немає потреби ретельно добирати характеристики пластини, щоб вона вимикала чайник саме на 100 °C, адже вона не торкається води. Вона нагрівається парою, що проходить крізь отвір під кришкою.
Температура не має значення, бо пара виникає тільки тоді, коли вода кипить. Доволі розумно, чи не так? Пристрій буде чудово працювати й на Евересті, де вода скипає при 68 °C.
Друга пластинка контактує з нагрівальним елементом. Вона запобігає перегріву елемента, коли ви забуваєте налити воду у чайник, і там самим уберігає вашу кухню від пожежі.
Ось чому в такому разі чутно клацання, а чайник протягом декількох секунд не можна увімкнути — біметалічній пластині треба час, щоб охолонути та відновити форму.
І хоча цим світлинам вже 15 років, будьте певні — ваш новенький блискучий Wi-Fi чайних працює так само, навіть якщо його термостат інший на вигляд.