طرق التسخين الكهربائي

تصنف الطرق والأساليب الأساسية لتحويل الطاقة الكهربائية إلى حرارة على النحو التالي. يتم التمييز بين التسخين الكهربائي المباشر وغير المباشر.

في التسخين الكهربائي المباشر ، يحدث تحول الطاقة الكهربائية إلى طاقة حرارية نتيجة لمرور التيار الكهربائي مباشرة عبر الجسم أو الوسيط الساخن (معدن ، ماء ، حليب ، تربة ، إلخ). في التسخين الكهربائي غير المباشر ، يمر تيار كهربائي عبر جهاز تسخين خاص (عنصر تسخين) ، تنتقل منه الحرارة إلى جسم أو وسيط ساخن عن طريق التوصيل أو الحمل الحراري أو الإشعاع.

هناك عدة أنواع من تحويل الطاقة الكهربائية إلى حرارة ، والتي تحدد طرق التسخين الكهربائي.

مقاومة التسخين

يترافق تدفق التيار الكهربائي عبر المواد الصلبة الموصلة كهربائيًا أو الوسائط السائلة مع تطور الحرارة. وفقًا لقانون جول لينز ، كمية الحرارة Q = I2Rt ، حيث Q هي مقدار الحرارة ، J ؛ أنا - silatok ، A ؛ R هي مقاومة الجسم أو الوسط ، أوم ؛ تي - وقت التدفق ، ثانية.

يمكن إجراء تسخين المقاومة عن طريق طرق الاتصال والإلكترود.

طريقة الاتصال يتم استخدامه لتسخين المعادن من خلال مبدأ التسخين الكهربائي المباشر ، على سبيل المثال في أجهزة اللحام بالتلامس الكهربائي ، ومن خلال مبدأ التسخين الكهربائي غير المباشر - في عناصر التسخين.

طريقة القطب الكهربائي تستخدم لتسخين المواد والوسائط غير المعدنية الموصلة: الماء ، الحليب ، العلف العصير ، التربة ، إلخ. يتم وضع المادة أو الوسيط المسخن بين الأقطاب الكهربائية التي يتم تطبيق جهد متناوب عليها.

يسخن التيار الكهربائي الذي يمر عبر المادة بين الأقطاب الكهربائية. يقوم الماء العادي (غير المقطر) بتوصيل تيار كهربائي ، لأنه يحتوي دائمًا على كمية معينة من الأملاح أو القواعد أو الأحماض ، والتي تنفصل إلى أيونات تحمل شحنات كهربائية ، أي تيار كهربائي. طبيعة التوصيل الكهربائي للحليب والسوائل الأخرى ، والتربة ، والأعلاف النضرة ، إلخ. إنه متشابه.

يتم إجراء تسخين القطب الكهربائي المباشر فقط على التيار المتردد ، حيث يتسبب التيار المباشر في التحليل الكهربائي للمادة الساخنة وتدهورها.

وجد تسخين المقاومة الكهربائية تطبيقًا واسعًا في الإنتاج نظرًا لبساطته وموثوقيته ومرونته وتكلفة أجهزة التسخين المنخفضة.

تسخين القوس الكهربائي

في قوس كهربائي يحدث بين قطبين في وسط غازي ، يتم تحويل الطاقة الكهربائية إلى حرارة.

لإشعال القوس الكهربائي ، يتم لمس الأقطاب الكهربائية المتصلة بمصدر الطاقة لفترة وجيزة ثم فصلها ببطء. يتم تسخين مقاومة التلامس في لحظة فصل الأقطاب الكهربائية بقوة بواسطة التيار الذي يمر عبره.تعمل الإلكترونات الحرة ، التي تتحرك باستمرار في المعدن ، على تسريع حركتها مع زيادة درجة الحرارة عند نقطة ملامسة الأقطاب الكهربائية.

مع ارتفاع درجة الحرارة ، تزداد سرعة الإلكترونات الحرة بشكل كبير بحيث تنفصل عن معدن الأقطاب الكهربائية وتطير في الهواء. أثناء تحركها ، فإنها تصطدم بجزيئات الهواء وتفصلها إلى أيونات موجبة وسالبة الشحنة. يتأين الفضاء الجوي بين الأقطاب الكهربائية ويصبح موصلاً للكهرباء.

تحت تأثير مصدر الجهد ، تندفع الأيونات الموجبة إلى القطب السالب (الكاثود) ، والأيونات السالبة إلى القطب الموجب (الأنود) ، وبالتالي تشكل تفريغًا طويلًا - قوس كهربائي مصحوبًا بإطلاق الحرارة. درجة حرارة القوس ليست هي نفسها في أجزائه المختلفة وهي في أقطاب معدنية: عند الكاثود - حوالي 2400 درجة مئوية ، عند القطب الموجب - حوالي 2600 درجة مئوية ، في مركز القوس - حوالي 6000-7000 درجة مئوية .

يميز بين تسخين القوس الكهربائي المباشر وغير المباشر. تم العثور على التطبيق العملي الرئيسي في التسخين المباشر للقوس في تركيبات اللحام بالقوس الكهربائي. في منشآت التدفئة غير المباشرة ، يتم استخدام القوس كمصدر قوي للأشعة تحت الحمراء.

التدفئة التعريفي

إذا تم وضع قطعة من المعدن في مجال مغناطيسي متناوب ، فيتم تحريض e بالتناوب فيها. د. ق ، تحت تأثير التيارات الدوامة التي ستنشأ في المعدن. سيؤدي مرور هذه التيارات إلى المعدن إلى تسخينه. هذه الطريقة لتسخين المعدن تسمى الحث. يعتمد تصميم بعض السخانات الحثية على استخدام ظاهرة تأثير السطح وتأثير القرب.

تستخدم التيارات الصناعية (50 هرتز) وعالية التردد (8-10 كيلو هرتز ، 70-500 كيلو هرتز) للتدفئة التعريفي. التسخين التعريفي للأجسام المعدنية (الأجزاء والتفاصيل) هو الأكثر انتشارًا في بناء الآلات وإصلاح المعدات ، وكذلك لتصلب الأجزاء المعدنية. يمكن أيضًا استخدام طريقة الحث لتسخين الماء والتربة والخرسانة وبسترة الحليب.

التسخين العازل

الجوهر المادي للتدفئة العازلة على النحو التالي. في الوسائط الصلبة والسائلة ذات الموصلية الكهربائية السيئة (العوازل) الموضوعة في مجال كهربائي سريع التغير ، يتم تحويل الطاقة الكهربائية إلى حرارة.

يحتوي كل عازل على شحنات كهربائية مرتبطة ببعضها البعض بواسطة قوى بين الجزيئات. تسمى هذه الاتهامات بالرسوم المقيدة ، على عكس الرسوم المجانية في إجراء المواد. تحت تأثير المجال الكهربائي ، يتم توجيه الشحنات المرتبطة أو إزاحتها في اتجاه المجال. يُطلق على إزاحة الشحنات المرتبطة تحت تأثير مجال كهربائي خارجي الاستقطاب.

في مجال كهربائي متناوب ، هناك حركة مستمرة للشحنات وبالتالي القوى الجزيئية للجزيئات المرتبطة بها. يتم إطلاق الطاقة التي ينفقها المصدر لاستقطاب جزيئات المواد غير الموصلة في شكل حرارة. تحتوي بعض المواد غير الموصلة على كمية صغيرة من الشحنات المجانية التي ، تحت تأثير المجال الكهربائي ، تخلق تيارًا صغيرًا للتوصيل يساهم في إطلاق حرارة إضافية في المادة.

عند التسخين باستخدام عازل كهربائي ، يتم وضع المادة المراد تسخينها بين أقطاب معدنية - ألواح مكثف ، ذات جهد عالي التردد (0.5 - 20 ميجاهرتز وما فوق) من مولد خاص عالي التردد. يتكون جسم التسخين العازل للكهرباء من مولد مصباح عالي التردد ومحول طاقة وجهاز تجفيف مزود بأقطاب كهربائية.

التسخين العازل عالي التردد هو طريقة تسخين واعدة ويستخدم بشكل أساسي في تجفيف ومعالجة الخشب والورق والأغذية والأعلاف (تجفيف الحبوب والخضروات والفواكه) ، وبسترة وتعقيم الحليب ، إلخ.

تسخين شعاع الإلكترون (إلكتروني)

عندما يصادف تيار من الإلكترونات (شعاع الإلكترون) المتسارع في مجال كهربائي جسمًا ساخنًا ، يتم تحويل الطاقة الكهربائية إلى حرارة. السمة المميزة للتدفئة الإلكترونية هي كثافة تركيز عالية للطاقة تبلغ 5 × 108 كيلو وات / سم 2 ، وهي أعلى بعدة آلاف من المرات من تسخين القوس الكهربائي.تستخدم التدفئة الإلكترونية في الصناعة لحام الأجزاء الصغيرة جدًا وصهر المعادن عالية النقاوة.

بالإضافة إلى طرق التدفئة الكهربائية المدروسة ، يتم استخدام التسخين بالأشعة تحت الحمراء (التشعيع) في الإنتاج والحياة اليومية.