Elektriske oppvarmingsmetoder

Grunnleggende metoder og metoder for å konvertere elektrisk energi til varme klassifisert som følger. Det skilles mellom direkte og indirekte elektrisk oppvarming.

Ved direkte elektrisk oppvarming skjer transformasjonen av elektrisk energi til termisk energi som et resultat av passasje av elektrisk strøm direkte gjennom den oppvarmede kroppen eller mediet (metall, vann, melk, jord, etc.). Ved indirekte elektrisk oppvarming går en elektrisk strøm gjennom en spesiell varmeanordning (varmeelement), hvorfra varmen overføres til et oppvarmet legeme eller medium ved ledning, konveksjon eller stråling.

Det finnes flere typer konvertering av elektrisk energi til varme, som definerer metoder for elektrisk oppvarming.

Motstandsoppvarming

Strømmen av elektrisk strøm gjennom elektrisk ledende faste stoffer eller flytende medier er ledsaget av utviklingen av varme. I henhold til Joule-Lenz-loven er varmemengden Q = I2Rt, hvor Q er varmemengden, J; I — silatok, A; R er motstanden til et legeme eller medium, Ohm; t — flyttid, s.

Motstandsoppvarming kan gjøres ved kontakt- og elektrodemetoder.

Kontaktmetode Den brukes til å varme metaller både ved prinsippet om direkte elektrisk oppvarming, for eksempel i elektriske kontaktsveiseapparater, og etter prinsippet om indirekte elektrisk oppvarming - i varmeelementer.

Elektrodemetode Den brukes til å varme ikke-metalliske ledende materialer og medier: vann, melk, saftig fôr, jord, etc. Det oppvarmede materialet eller mediet plasseres mellom elektroder som påføres en vekselspenning.

Den elektriske strømmen som går gjennom materialet mellom elektrodene varmer det opp. Vanlig (ikke-destillert) vann leder en elektrisk strøm, fordi det alltid inneholder en viss mengde salter, baser eller syrer, som dissosieres til ioner som bærer elektriske ladninger, det vil si en elektrisk strøm. Karakteren av elektrisk ledningsevne til melk og andre væsker, jord, saftig fôr, etc. er lik.

Direkte elektrodeoppvarming utføres bare på vekselstrøm, siden likestrøm forårsaker elektrolyse av det oppvarmede materialet og dets forringelse.

Elektrisk motstandsoppvarming har funnet bred anvendelse i produksjonen på grunn av sin enkelhet, pålitelighet, fleksibilitet og lave kostnader for oppvarmingsenheter.

Elektrisk lysbueoppvarming

I en elektrisk lysbue som oppstår mellom to elektroder i et gassformig medium, omdannes elektrisk energi til varme.

For å tenne lysbuen blir elektrodene koblet til strømkilden kort berørt og deretter sakte separert. Motstanden til kontakten i øyeblikket for separasjon av elektrodene blir sterkt oppvarmet av strømmen som går gjennom den.Frie elektroner, som stadig beveger seg i metallet, akselererer deres bevegelse med økende temperatur ved kontaktpunktet for elektrodene.

Når temperaturen øker, øker hastigheten til de frie elektronene så mye at de bryter seg løs fra metallet i elektrodene og flyr opp i luften. Når de beveger seg, kolliderer de med luftmolekyler og skiller dem i positivt og negativt ladede ioner. Luftrommet mellom elektrodene ioniseres og blir elektrisk ledende.

Under påvirkning av kildespenningen skynder positive ioner til den negative polen (katode), og negative ioner til den positive polen (anode), og danner dermed en lang utladning - en elektrisk lysbue ledsaget av frigjøring av varme. Temperaturen på lysbuen er ikke den samme i de forskjellige delene og er ved metallelektroder: ved katoden - ca 2400 ° C, ved anoden - ca 2600 ° C, i midten av buen - ca 6000 - 7000 ° C .

Skille mellom direkte og indirekte lysbueoppvarming. Den viktigste praktiske anvendelsen finnes i direkte lysbueoppvarming i elektriske lysbuesveiseinstallasjoner. I indirekte varmeinstallasjoner brukes lysbuen som en kraftig kilde til infrarøde stråler.

Induksjonsoppvarming

Hvis et stykke metall er plassert i et vekslende magnetfelt, induseres en vekslende e i det. d. s, under påvirkning av hvilke virvelstrømmer vil oppstå i metallet. Passasjen av disse strømmene inn i metallet vil føre til at det varmes opp. Denne metoden for oppvarming av metallet kalles induksjon. Utformingen av noen induksjonsvarmer er basert på bruken av overflateeffektfenomenet og nærhetseffekten.

Industrielle (50 Hz) og høyfrekvente (8-10 kHz, 70-500 kHz) strømmer brukes til induksjonsoppvarming. Induksjonsoppvarming av metalllegemer (deler, detaljer) er mest utbredt innen maskinbygging og utstyrsreparasjon, samt for herding av metalldeler. Induksjonsmetoden kan også brukes til å varme opp vann, jord, betong og pasteurisere melk.

Dielektrisk oppvarming

Den fysiske essensen av dielektrisk oppvarming er som følger. I faste og flytende medier med dårlig elektrisk ledningsevne (dielektrikk) plassert i et raskt skiftende elektrisk felt, omdannes elektrisk energi til varme.

Hvert dielektrikum inneholder elektriske ladninger bundet sammen av intermolekylære krefter. Disse avgiftene kalles bundne avgifter, i motsetning til gratis kostnader i ledende materialer. Under påvirkning av et elektrisk felt blir de tilhørende ladningene orientert eller forskjøvet i feltets retning. Forskyvningen av de tilhørende ladningene under påvirkning av et eksternt elektrisk felt kalles polarisering.

I et vekslende elektrisk felt er det en kontinuerlig bevegelse av ladninger og derfor de intermolekylære kreftene til molekylene knyttet til dem. Energien som brukes av kilden for å polarisere molekylene til ikke-ledende materialer frigjøres i form av varme. Noen ikke-ledende materialer har en liten mengde frie ladninger som, under påvirkning av et elektrisk felt, skaper en liten ledningsstrøm som bidrar til frigjøring av ekstra varme i materialet.

Ved oppvarming med et dielektrikum plasseres materialet som skal varmes opp mellom metallelektroder - kondensatorplater, til hvilken høyfrekvent spenning (0,5 - 20 MHz og høyere) fra en spesiell høyfrekvent generator. Det dielektriske varmelegemet består av en høyfrekvent lampegenerator, en krafttransformator og en tørkeanordning med elektroder.

Høyfrekvent dielektrisk oppvarming er en lovende oppvarmingsmetode og brukes hovedsakelig til tørking og varmebehandling av tre, papir, mat og fôr (tørking av korn, grønnsaker og frukt), pasteurisering og sterilisering av melk, etc.

Elektronstrålevarme (elektronisk)

Når en strøm av elektroner (elektronstråle) akselerert i et elektrisk felt møter et oppvarmet legeme, omdannes den elektriske energien til varme. Et karakteristisk trekk ved elektronisk oppvarming er en høy energikonsentrasjonstetthet på 5×108 kW/cm2, som er flere tusen ganger høyere enn ved elektrisk lysbueoppvarming Elektronisk oppvarming brukes i industrien for sveising av svært små deler og smelting av ultrarene metaller.

I tillegg til de vurderte metodene for elektrisk oppvarming, brukes infrarød oppvarming (bestråling) i produksjon og hverdagsliv.