Elektriska uppvärmningsmetoder

Grundläggande metoder och metoder för att omvandla elektrisk energi till värme klassificerade enligt följande. Man skiljer på direkt och indirekt elvärme.

Vid direkt elektrisk uppvärmning sker omvandlingen av elektrisk energi till termisk energi som ett resultat av passagen av elektrisk ström direkt genom den uppvärmda kroppen eller mediet (metall, vatten, mjölk, jord, etc.). Vid indirekt elektrisk uppvärmning passerar en elektrisk ström genom en speciell värmeanordning (värmeelement), från vilken värmen överförs till en uppvärmd kropp eller medium genom ledning, konvektion eller strålning.

Det finns flera typer av omvandling av elektrisk energi till värme, som definierar metoder för elektrisk uppvärmning.

Motståndsuppvärmning

Flödet av elektrisk ström genom elektriskt ledande fasta ämnen eller flytande medier åtföljs av värmeutveckling. Enligt Joule-Lenz-lagen är mängden värme Q = I2Rt, där Q är mängden värme, J; I — silatok, A; R är motståndet för en kropp eller medium, Ohm; t — flödestid, s.

Motståndsuppvärmning kan göras med kontakt- och elektrodmetoder.

Kontaktmetod Den används för att värma metaller både enligt principen om direkt elektrisk uppvärmning, till exempel i elektriska kontaktsvetsanordningar, och enligt principen om indirekt elektrisk uppvärmning - i värmeelement.

Elektrodmetod Den används för att värma icke-metalliska ledande material och media: vatten, mjölk, saftigt foder, jord, etc. Det uppvärmda materialet eller mediet placeras mellan elektroder på vilka en växelspänning appliceras.

Den elektriska strömmen som passerar genom materialet mellan elektroderna värmer upp det. Vanligt (icke-destillerat) vatten leder en elektrisk ström, eftersom det alltid innehåller en viss mängd salter, baser eller syror, som dissocierar till joner som bär elektriska laddningar, det vill säga en elektrisk ström. Karaktären av elektrisk ledningsförmåga hos mjölk och andra vätskor, jord, suckulentfoder etc. är liknande.

Direktelektroduppvärmning utförs endast på växelström, eftersom likström orsakar elektrolys av det uppvärmda materialet och dess försämring.

Elektrisk motståndsuppvärmning har fått bred användning i produktionen på grund av dess enkelhet, tillförlitlighet, flexibilitet och låga kostnad för uppvärmningsanordningar.

Elbågsvärme

I en ljusbåge som uppstår mellan två elektroder i ett gasformigt medium omvandlas elektrisk energi till värme.

För att tända ljusbågen, vidrörs de elektroder som är anslutna till strömkällan kort och separeras sedan långsamt. Motståndet hos kontakten i ögonblicket för separation av elektroderna värms kraftigt upp av strömmen som passerar genom den.Fria elektroner, som ständigt rör sig i metallen, accelererar deras rörelse med ökande temperatur vid kontaktpunkten för elektroderna.

När temperaturen ökar ökar hastigheten på de fria elektronerna så mycket att de bryter sig loss från elektrodernas metall och flyger upp i luften. När de rör sig kolliderar de med luftmolekyler och separerar dem i positivt och negativt laddade joner. Luftrummet mellan elektroderna joniseras och blir elektriskt ledande.

Under påverkan av källspänningen rusar positiva joner till den negativa polen (katoden) och negativa joner till den positiva polen (anoden), vilket bildar en lång urladdning - en elektrisk båge åtföljd av frigöring av värme. Temperaturen på ljusbågen är inte densamma i dess olika delar och är vid metallelektroder: vid katoden - ca 2400 ° C, vid anoden - ca 2600 ° C, i mitten av bågen - ca 6000 - 7000 ° C .

Skilj mellan direkt och indirekt ljusbågsvärme. Den huvudsakliga praktiska tillämpningen finns i direktbågsvärmning i elektriska ljusbågssvetsinstallationer. I indirekta värmeinstallationer används ljusbågen som en kraftfull källa för infraröda strålar.

Induktionsvärme

Om en metallbit placeras i ett alternerande magnetfält, induceras ett alternerande e i det. d. s, under påverkan av vilka virvelströmmar kommer att uppstå i metallen. Passagen av dessa strömmar in i metallen kommer att göra att den värms upp. Denna metod för att värma metallen kallas induktion. Utformningen av vissa induktionsvärmare är baserad på användningen av yteffektfenomenet och närhetseffekten.

Industriella (50 Hz) och högfrekventa (8-10 kHz, 70-500 kHz) strömmar används för induktionsvärme. Induktionsuppvärmning av metallkroppar (delar, detaljer) är mest utbredd vid maskinbyggnad och reparation av utrustning, samt för härdning av metalldelar. Induktionsmetoden kan även användas för att värma vatten, jord, betong och pastörisera mjölk.

Dielektrisk uppvärmning

Den fysiska essensen av dielektrisk uppvärmning är som följer. I fasta och flytande medier med dålig elektrisk konduktivitet (dielektrikum) placerade i ett snabbt föränderligt elektriskt fält omvandlas elektrisk energi till värme.

Varje dielektrikum innehåller elektriska laddningar bundna av intermolekylära krafter. Dessa avgifter kallas bundna avgifter, i motsats till gratis avgifter i ledande material. Under inverkan av ett elektriskt fält är de tillhörande laddningarna orienterade eller förskjutna i fältets riktning. Förskjutningen av de tillhörande laddningarna under inverkan av ett yttre elektriskt fält kallas polarisering.

I ett växlande elektriskt fält sker en kontinuerlig rörelse av laddningar och därför de intermolekylära krafterna hos molekylerna som är associerade med dem. Energin som förbrukas av källan för att polarisera molekylerna av icke-ledande material frigörs i form av värme. Vissa icke-ledande material har en liten mängd fria laddningar som under påverkan av ett elektriskt fält skapar en liten ledningsström som bidrar till frigörandet av ytterligare värme i materialet.

Vid uppvärmning med ett dielektrikum placeras materialet som ska värmas mellan metallelektroder - kondensatorplattor, till vilka högfrekvent spänning (0,5 - 20 MHz och högre) från en speciell högfrekvensgenerator. Den dielektriska värmekroppen består av en högfrekvent lampgenerator, en krafttransformator och en torkanordning med elektroder.

Högfrekvent dielektrisk uppvärmning är en lovande uppvärmningsmetod och används främst för torkning och värmebehandling av trä, papper, livsmedel och foder (torkning av spannmål, grönsaker och frukter), pastörisering och sterilisering av mjölk, etc.

Elektronstråleuppvärmning (elektronisk)

När en ström av elektroner (elektronstråle) som accelereras i ett elektriskt fält möter en uppvärmd kropp, omvandlas den elektriska energin till värme. Ett karakteristiskt kännetecken för elektronisk uppvärmning är en hög energikoncentrationstäthet på 5×108 kW/cm2, vilket är flera tusen gånger högre än vid ljusbågsuppvärmning.Elektronisk uppvärmning används inom industrin för svetsning av mycket små delar och smältning av ultrarena metaller.

Förutom de övervägda metoderna för elektrisk uppvärmning, används infraröd uppvärmning (bestrålning) i produktion och vardagsliv.