Elektriske opvarmningsmetoder

Grundlæggende metoder og metoder til omdannelse af elektrisk energi til varme klassificeret som følger. Der skelnes mellem direkte og indirekte elvarme.

Ved direkte elektrisk opvarmning sker omdannelsen af ​​elektrisk energi til termisk energi som et resultat af passage af elektrisk strøm direkte gennem det opvarmede legeme eller medium (metal, vand, mælk, jord osv.). Ved indirekte elektrisk opvarmning passerer en elektrisk strøm gennem en speciel varmeanordning (varmelegeme), hvorfra varmen overføres til et opvarmet legeme eller medium ved ledning, konvektion eller stråling.

Der er flere typer omdannelse af elektrisk energi til varme, som definerer metoder til elektrisk opvarmning.

Modstandsopvarmning

Strømmen af ​​elektrisk strøm gennem elektrisk ledende faste stoffer eller flydende medier er ledsaget af varmeudvikling. Ifølge Joule-Lenz-loven er mængden af ​​varme Q = I2Rt, hvor Q er mængden af ​​varme, J; I — silatok, A; R er modstanden af ​​et legeme eller medium, Ohm; t — flowtid, s.

Modstandsopvarmning kan udføres ved kontakt- og elektrodemetoder.

Kontaktmetode Den bruges til at opvarme metaller både ved princippet om direkte elektrisk opvarmning, for eksempel i elektriske kontaktsvejseapparater, og ved princippet om indirekte elektrisk opvarmning - i varmeelementer.

Elektrodemetode Den bruges til at opvarme ikke-metalliske ledende materialer og medier: vand, mælk, saftigt foder, jord osv. Det opvarmede materiale eller medium placeres mellem elektroder, hvortil der påføres en vekselspænding.

Den elektriske strøm, der passerer gennem materialet mellem elektroderne, varmer det op. Almindelig (ikke-destilleret) vand leder en elektrisk strøm, fordi det altid indeholder en vis mængde salte, baser eller syrer, som dissocierer til ioner, der bærer elektriske ladninger, altså en elektrisk strøm. Karakteren af ​​elektrisk ledningsevne af mælk og andre væsker, jord, sukkulentfoder osv. er ens.

Direkte elektrodeopvarmning udføres kun på vekselstrøm, da jævnstrøm forårsager elektrolyse af det opvarmede materiale og dets forringelse.

Elektrisk modstandsopvarmning har fundet bred anvendelse i produktionen på grund af dens enkelhed, pålidelighed, fleksibilitet og lave omkostninger til opvarmningsanordninger.

Elektrisk lysbue opvarmning

I en elektrisk lysbue, der opstår mellem to elektroder i et gasformigt medium, omdannes elektrisk energi til varme.

For at antænde lysbuen berøres de elektroder, der er tilsluttet strømkilden, kortvarigt og adskilles derefter langsomt. Modstanden af ​​kontakten i øjeblikket for adskillelse af elektroderne opvarmes kraftigt af strømmen, der passerer gennem den.Frie elektroner, der konstant bevæger sig i metallet, accelererer deres bevægelse med stigende temperatur ved elektrodernes kontaktpunkt.

Når temperaturen stiger, stiger hastigheden af ​​de frie elektroner så meget, at de bryder væk fra elektrodernes metal og flyver ud i luften. Når de bevæger sig, kolliderer de med luftmolekyler og adskiller dem i positivt og negativt ladede ioner. Luftrummet mellem elektroderne ioniseres og bliver elektrisk ledende.

Under påvirkning af kildespændingen skynder positive ioner til den negative pol (katode) og negative ioner til den positive pol (anode), hvilket danner en lang udladning - en elektrisk lysbue ledsaget af frigivelse af varme. Temperaturen af ​​buen er ikke den samme i dens forskellige dele og er ved metalelektroder: ved katoden - omkring 2400 ° C, ved anoden - omkring 2600 ° C, i midten af ​​buen - omkring 6000 - 7000 ° C .

Skelne mellem direkte og indirekte lysbueopvarmning. Den vigtigste praktiske anvendelse findes i direkte lysbueopvarmning i elektriske lysbuesvejsningsinstallationer. I indirekte varmeinstallationer bruges lysbuen som en kraftig kilde til infrarøde stråler.

Induktionsopvarmning

Hvis et stykke metal placeres i et vekslende magnetfelt, induceres et vekslende e i det. d. s, under påvirkning af hvilke hvirvelstrømme vil opstå i metallet. Passagen af ​​disse strømme ind i metallet vil få det til at varme op. Denne metode til opvarmning af metallet kaldes induktion. Designet af nogle induktionsvarmer er baseret på brugen af ​​overfladeeffektfænomenet og nærhedseffekten.

Industrielle (50 Hz) og højfrekvente (8-10 kHz, 70-500 kHz) strømme bruges til induktionsopvarmning. Induktionsopvarmning af metallegemer (dele, detaljer) er mest udbredt i maskinbygning og reparation af udstyr samt til hærdning af metaldele. Induktionsmetoden kan også bruges til at opvarme vand, jord, beton og pasteurisere mælk.

Dielektrisk opvarmning

Den fysiske essens af dielektrisk opvarmning er som følger. I faste og flydende medier med dårlig elektrisk ledningsevne (dielektrikum) placeret i et hurtigt skiftende elektrisk felt, omdannes elektrisk energi til varme.

Hvert dielektrikum indeholder elektriske ladninger bundet sammen af ​​intermolekylære kræfter. Disse afgifter kaldes bundne afgifter, i modsætning til gratis gebyrer i ledende materialer. Under påvirkning af et elektrisk felt bliver de tilhørende ladninger orienteret eller forskudt i feltets retning. Forskydningen af ​​de tilknyttede ladninger under påvirkning af et eksternt elektrisk felt kaldes polarisering.

I et vekslende elektrisk felt er der en kontinuerlig bevægelse af ladninger og derfor de intermolekylære kræfter af molekylerne forbundet med dem. Den energi, som kilden bruger på at polarisere molekylerne af ikke-ledende materialer, frigives i form af varme. Nogle ikke-ledende materialer har en lille mængde frie ladninger, der under påvirkning af et elektrisk felt skaber en lille ledningsstrøm, der bidrager til frigivelsen af ​​yderligere varme i materialet.

Ved opvarmning med et dielektrikum placeres materialet, der skal opvarmes, mellem metalelektroder - kondensatorplader, hvortil højfrekvent spænding (0,5 - 20 MHz og højere) fra en speciel højfrekvent generator. Det dielektriske varmelegeme består af en højfrekvent lampegenerator, en krafttransformator og en tørreanordning med elektroder.

Højfrekvent dielektrisk opvarmning er en lovende opvarmningsmetode og bruges hovedsageligt til tørring og varmebehandling af træ, papir, fødevarer og foder (tørring af korn, grøntsager og frugter), pasteurisering og sterilisering af mælk mv.

Elektronstrålevarme (elektronisk)

Når en strøm af elektroner (elektronstråle) accelereret i et elektrisk felt støder på et opvarmet legeme, omdannes den elektriske energi til varme. Et karakteristisk træk ved elektronisk opvarmning er en høj energikoncentrationstæthed på 5×108 kW/cm2, hvilket er flere tusinde gange højere end ved elektrisk lysbueopvarmning Elektronisk opvarmning bruges i industrien til svejsning af meget små dele og smeltning af ultrarene metaller.

Ud over de overvejede metoder til elektrisk opvarmning, bruges infrarød opvarmning (bestråling) i produktionen og hverdagen.