Sähkölämmitysmenetelmät

Perusmenetelmät ja -menetelmät sähköenergian muuttamiseksi lämmöksi luokitellaan seuraavasti. Tehdään ero suoran ja epäsuoran sähkölämmityksen välillä.

Suorassa sähkölämmityksessä sähköenergian muuntaminen lämpöenergiaksi tapahtuu sähkövirran kulkeutuessa suoraan kuumennetun kappaleen tai väliaineen (metalli, vesi, maito, maaperä jne.) läpi. Epäsuorassa sähkölämmityksessä sähkövirta kulkee erityisen lämmityslaitteen (lämmityselementin) läpi, josta lämpö siirtyy kuumennettuun kappaleeseen tai väliaineeseen johtamalla, konvektiolla tai säteilyllä.

Sähköenergian muuntamista lämmöksi on useita tyyppejä, jotka määrittelevät sähkölämmitysmenetelmiä.

Vastuslämmitys

Sähkövirran virtaamiseen sähköä johtavien kiinteiden aineiden tai nestemäisten väliaineiden läpi liittyy lämmön kehitystä. Joule-Lenzin lain mukaan lämmön määrä Q = I2Rt, missä Q on lämmön määrä J; I - silatok, A; R on kappaleen tai väliaineen vastus, Ohm; t — virtausaika, s.

Vastuslämmitys voidaan tehdä kosketus- ja elektrodimenetelmillä.

Kosketusmenetelmä Sitä käytetään metallien lämmittämiseen sekä suoran sähkölämmityksen periaatteella, esimerkiksi sähkökontaktihitsauslaitteissa, että epäsuoran sähkölämmityksen periaatteella — lämmityselementeissä.

Elektrodimenetelmä Käytetään ei-metallisten johtavien materiaalien ja väliaineiden lämmittämiseen: vesi, maito, mehukas rehu, maaperä jne. Kuumennettu materiaali tai väliaine asetetaan elektrodien väliin, joihin syötetään vaihtojännite.

Elektrodien välisen materiaalin läpi kulkeva sähkövirta lämmittää sen. Tavallinen (tislaamaton) vesi johtaa sähkövirtaa, koska se sisältää aina tietyn määrän suoloja, emäksiä tai happoja, jotka hajoavat ioneiksi, jotka kuljettavat sähkövarauksia eli sähkövirtaa. Maidon ja muiden nesteiden, maaperän, mehevän rehun jne. sähkönjohtavuuden luonne. on samanlainen.

Suora elektrodin lämmitys suoritetaan vain vaihtovirralla, koska tasavirta aiheuttaa kuumennetun materiaalin elektrolyysin ja sen huonontumisen.

Sähkövastuslämmitys on löytänyt laajan sovelluksen tuotannossa yksinkertaisuuden, luotettavuuden, joustavuuden ja lämmityslaitteiden alhaisten kustannusten ansiosta.

Sähkökaarilämmitys

Sähkökaaressa, joka tapahtuu kahden elektrodin välissä kaasumaisessa väliaineessa, sähköenergia muunnetaan lämmöksi.

Valokaari syttyy koskettamalla virtalähteeseen kytkettyjä elektrodeja hetken ja sitten ne erotetaan hitaasti. Koskettimen resistanssi elektrodien erotushetkellä kuumenee voimakkaasti sen läpi kulkevalla virralla.Vapaat elektronit, jotka liikkuvat jatkuvasti metallissa, kiihdyttävät niiden liikettä lämpötilan noustessa elektrodien kosketuspisteessä.

Lämpötilan noustessa vapaiden elektronien nopeus kasvaa niin paljon, että ne irtoavat elektrodien metallista ja lentävät ilmaan. Liikkuessaan ne törmäävät ilmamolekyyleihin ja erottavat ne positiivisesti ja negatiivisesti varautuneiksi ioneiksi. Elektrodien välinen ilmatila ionisoituu ja muuttuu sähköä johtavaksi.

Lähdejännitteen vaikutuksesta positiiviset ionit ryntäävät negatiiviseen napaan (katodi) ja negatiiviset ionit positiiviseen napaan (anodiin), jolloin muodostuu pitkä purkaus - sähkökaaren, johon liittyy lämmön vapautuminen. Kaaren lämpötila ei ole sama sen eri osissa ja se on metallielektrodeissa: katodilla - noin 2400 ° C, anodilla - noin 2600 ° C, kaaren keskellä - noin 6000 - 7000 ° C .

Erota suora ja epäsuora sähkökaarilämmitys. Pääasiallinen käytännön sovellus löytyy suorasta kaarilämmityksestä sähkökaarihitsauslaitteistoissa. Epäsuorassa lämmitysasennuksessa kaaria käytetään tehokkaana infrapunasäteen lähteenä.

Induktiolämmitys

Jos metallipala asetetaan vaihtuvaan magneettikenttään, siihen indusoituu vaihtuva e. d. s, jonka vaikutuksesta metalliin syntyy pyörrevirtoja. Näiden virtojen kulku metalliin aiheuttaa sen kuumenemisen. Tätä metallin lämmitysmenetelmää kutsutaan induktioksi. Joidenkin induktiolämmittimien suunnittelu perustuu pintailmiön ja läheisyysilmiön käyttöön.

Induktiolämmitykseen käytetään teollisuusvirtoja (50 Hz) ja korkeataajuisia (8-10 kHz, 70-500 kHz) virtoja. Metallirunkojen (osien, yksityiskohtien) induktiolämmitys on yleisin koneenrakennuksessa ja laitekorjauksessa sekä metalliosien karkaisussa. Induktiomenetelmää voidaan käyttää myös veden, maan, betonin ja maidon pastöroimiseen.

Dielektrinen lämmitys

Dielektrisen lämmityksen fyysinen olemus on seuraava. Kiinteissä ja nestemäisissä väliaineissa, joiden sähkönjohtavuus on huono (dielektrit), jotka on sijoitettu nopeasti muuttuvaan sähkökenttään, sähköenergia muuttuu lämmöksi.

Jokainen eriste sisältää sähkövarauksia, jotka ovat sitoutuneet toisiinsa molekyylien välisillä voimilla. Näitä varauksia kutsutaan sidotuiksi varauksiksi, toisin kuin johtavien materiaalien ilmaismaksut. Sähkökentän vaikutuksesta siihen liittyvät varaukset suuntautuvat tai siirtyvät kentän suuntaan. Liittyvien varausten siirtymistä ulkoisen sähkökentän vaikutuksesta kutsutaan polarisaatioksi.

Vaihtelevassa sähkökentässä tapahtuu jatkuvaa varausten liikettä ja siten niihin liittyvien molekyylien molekyylien välisiä voimia. Lähteen käyttämä energia johtamattomien materiaalien molekyylien polarisoimiseen vapautuu lämmön muodossa. Joissakin johtamattomissa materiaaleissa on pieni määrä vapaita varauksia, jotka sähkökentän vaikutuksesta muodostavat pienen johtamisvirran, joka edistää lisälämmön vapautumista materiaalissa.

Dielektrillä lämmitettäessä lämmitettävä materiaali sijoitetaan metallielektrodien - kondensaattorilevyjen väliin, joihin korkeataajuinen jännite (0,5 - 20 MHz ja enemmän) erityisestä suurtaajuusgeneraattorista. Dielektrinen lämmitysrunko koostuu suurtaajuuslamppugeneraattorista, tehomuuntajasta ja kuivauslaitteesta elektrodeilla.

Suurtaajuinen dielektrinen lämmitys on lupaava lämmitysmenetelmä ja sitä käytetään pääasiassa puun, paperin, elintarvikkeiden ja rehujen kuivaamiseen ja lämpökäsittelyyn (viljan, vihannesten ja hedelmien kuivaamiseen), maidon pastörointiin ja sterilointiin jne.

Elektronisädelämmitys (elektroninen)

Kun sähkökentässä kiihdytetty elektronivirta (elektronisuihku) kohtaa kuumennetun kappaleen, sähköenergia muuttuu lämmöksi. Elektroniikkalämmitykselle on ominaista korkea energiapitoisuustiheys 5×108 kW/cm2, joka on useita tuhansia kertoja suurempi kuin sähkökaarilämmityksessä.Elektronista lämmitystä käytetään teollisuudessa erittäin pienten osien hitsaukseen ja ultrapuhtaiden metallien sulattamiseen.

Tarkasteltavien sähkölämmitysmenetelmien lisäksi tuotannossa ja jokapäiväisessä elämässä käytetään infrapunalämmitystä (säteilytystä).