Phương pháp sưởi ấm bằng điện

Các phương pháp cơ bản và phương pháp chuyển đổi năng lượng điện thành nhiệt được phân loại như sau. Một sự khác biệt được thực hiện giữa sưởi ấm điện trực tiếp và gián tiếp.

Trong hệ thống sưởi điện trực tiếp, sự biến đổi năng lượng điện thành năng lượng nhiệt xảy ra do dòng điện chạy trực tiếp qua cơ thể hoặc môi trường được làm nóng (kim loại, nước, sữa, đất, v.v.). Trong sưởi ấm bằng điện gián tiếp, một dòng điện đi qua một thiết bị sưởi ấm đặc biệt (bộ phận làm nóng), từ đó nhiệt được truyền đến vật thể hoặc môi trường được làm nóng bằng cách dẫn, đối lưu hoặc bức xạ.

Có một số loại chuyển đổi năng lượng điện thành nhiệt, xác định các phương pháp sưởi ấm bằng điện.

sưởi ấm điện trở

Dòng điện chạy qua chất rắn dẫn điện hoặc chất lỏng dẫn điện đi kèm với sự phát triển của nhiệt. Theo định luật Joule-Lenz, lượng nhiệt Q = I2Rt, trong đó Q là lượng nhiệt, J; Tôi — silatok, A; R là điện trở của vật thể hoặc môi trường, Ohm; t - thời gian chảy, s.

Làm nóng điện trở có thể được thực hiện bằng phương pháp tiếp xúc và điện cực.

Phương pháp tiếp xúc Nó được sử dụng để làm nóng kim loại theo cả nguyên tắc đốt nóng điện trực tiếp, ví dụ như trong các thiết bị hàn tiếp xúc điện và theo nguyên tắc đốt nóng điện gián tiếp - trong các bộ phận làm nóng.

Phương pháp điện cực Nó được sử dụng để làm nóng các vật liệu và phương tiện dẫn điện phi kim loại: nước, sữa, thức ăn gia súc ngon ngọt, đất, v.v. Vật liệu hoặc môi trường được nung nóng được đặt giữa các điện cực có đặt điện áp xoay chiều.

Dòng điện đi qua vật liệu giữa các điện cực làm nó nóng lên. Nước thông thường (không chưng cất) dẫn điện, vì nó luôn chứa một lượng muối, bazơ hoặc axit nhất định, các chất này phân ly thành các ion mang điện tích, tức là tạo ra dòng điện. Đặc tính dẫn điện của sữa và các chất lỏng khác, đất, thức ăn mọng nước, v.v. là tương tự.

Làm nóng điện cực trực tiếp chỉ được thực hiện trên dòng điện xoay chiều, vì dòng điện một chiều gây ra sự điện phân của vật liệu được làm nóng và làm hỏng vật liệu.

Hệ thống sưởi điện trở đã được ứng dụng rộng rãi trong sản xuất do tính đơn giản, độ tin cậy, tính linh hoạt và chi phí thấp của các thiết bị sưởi ấm.

Làm nóng bằng hồ quang điện

Trong một hồ quang điện xảy ra giữa hai điện cực trong môi trường khí, năng lượng điện được chuyển thành nhiệt.

Để đốt cháy hồ quang, các điện cực kết nối với nguồn điện được chạm nhẹ và sau đó từ từ tách ra. Điện trở của tiếp điểm tại thời điểm tách các điện cực được làm nóng mạnh bởi dòng điện chạy qua nó.Các electron tự do, liên tục di chuyển trong kim loại, tăng tốc chuyển động của chúng khi tăng nhiệt độ tại điểm tiếp xúc của các điện cực.

Khi nhiệt độ tăng, tốc độ của các electron tự do tăng lên nhiều đến mức chúng bứt ra khỏi kim loại của các điện cực và bay vào không khí. Khi di chuyển, chúng va chạm với các phân tử không khí và phân tách chúng thành các ion mang điện tích dương và âm. Không gian giữa các điện cực bị ion hóa và trở nên dẫn điện.

Dưới tác động của điện áp nguồn, các ion dương chạy về cực âm (cực âm) và các ion âm chạy về cực dương (cực dương), do đó tạo thành sự phóng điện dài - hồ quang điện kèm theo sự giải phóng nhiệt. Nhiệt độ của hồ quang không giống nhau ở các phần khác nhau của nó và ở các điện cực kim loại: ở cực âm - khoảng 2400 ° C, ở cực dương - khoảng 2600 ° C, ở tâm hồ quang - khoảng 6000 — 7000 ° C .

Phân biệt đốt nóng hồ quang điện trực tiếp và gián tiếp. Ứng dụng thực tế chính được tìm thấy trong việc đốt nóng hồ quang trực tiếp trong các cơ sở hàn hồ quang điện. Trong các thiết bị sưởi ấm gián tiếp, hồ quang được sử dụng như một nguồn tia hồng ngoại mạnh.

Nhiệt cảm ứng

Nếu đặt một miếng kim loại trong từ trường xoay chiều thì trong nó xuất hiện dòng điện cảm ứng. đ. s, dưới ảnh hưởng của dòng điện xoáy sẽ phát sinh trong kim loại. Việc truyền các dòng điện này vào kim loại sẽ làm cho nó nóng lên. Phương pháp làm nóng kim loại này được gọi là cảm ứng. Thiết kế của một số lò sưởi cảm ứng dựa trên việc sử dụng hiện tượng hiệu ứng bề mặt và hiệu ứng lân cận.

Dòng điện công nghiệp (50 Hz) và tần số cao (8-10 kHz, 70-500 kHz) được sử dụng để sưởi ấm cảm ứng. Gia nhiệt cảm ứng các thân kim loại (bộ phận, chi tiết) phổ biến nhất trong chế tạo máy và sửa chữa thiết bị, cũng như để làm cứng các bộ phận kim loại. Phương pháp cảm ứng cũng có thể được sử dụng để đun nóng nước, đất, bê tông và thanh trùng sữa.

sưởi ấm điện môi

Bản chất vật lý của quá trình đốt nóng điện môi như sau. Trong môi trường rắn và lỏng có độ dẫn điện kém (điện môi) được đặt trong điện trường thay đổi nhanh chóng, năng lượng điện được chuyển thành nhiệt.

Mọi chất điện môi đều chứa các điện tích liên kết với nhau bằng lực liên phân tử. Các điện tích này được gọi là điện tích ràng buộc, trái ngược với điện tích tự do trong vật liệu dẫn điện. Dưới tác dụng của điện trường, các điện tích liên kết định hướng hoặc dịch chuyển theo hướng của điện trường. Sự dịch chuyển các điện tích liên kết dưới tác dụng của điện trường ngoài gọi là sự phân cực.

Trong điện trường xoay chiều, có sự chuyển động không ngừng của các điện tích và do đó có các lực liên phân tử của các phân tử liên kết với chúng. Năng lượng mà nguồn tiêu hao để phân cực các phân tử của vật liệu không dẫn điện được giải phóng dưới dạng nhiệt. Một số vật liệu không dẫn điện có một lượng nhỏ điện tích tự do, dưới tác dụng của điện trường sẽ tạo ra dòng dẫn điện nhỏ góp phần giải phóng thêm nhiệt trong vật liệu.

Khi gia nhiệt bằng chất điện môi, vật liệu cần gia nhiệt được đặt giữa các điện cực kim loại - các bản tụ điện, điện áp tần số cao (0,5 - 20 MHz trở lên) từ một máy phát tần số cao đặc biệt. Thân nhiệt điện môi bao gồm một máy phát đèn tần số cao, một máy biến áp nguồn và một thiết bị sấy khô với các điện cực.

Gia nhiệt điện môi tần số cao là một phương pháp gia nhiệt đầy hứa hẹn và chủ yếu được sử dụng để sấy khô và xử lý nhiệt gỗ, giấy, thực phẩm và thức ăn chăn nuôi (sấy khô ngũ cốc, rau và trái cây), thanh trùng và khử trùng sữa, v.v.

Gia nhiệt bằng tia điện tử (điện tử)

Khi một dòng điện tử (chùm điện tử) được gia tốc trong điện trường gặp một vật thể nóng lên, năng lượng điện được chuyển thành nhiệt. Một tính năng đặc trưng của gia nhiệt điện tử là mật độ tập trung năng lượng cao 5×108 kW / cm2, cao hơn vài nghìn lần so với gia nhiệt bằng hồ quang điện. Gia nhiệt điện tử được sử dụng trong công nghiệp để hàn các bộ phận rất nhỏ và nấu chảy các kim loại siêu tinh khiết.

Ngoài các phương pháp sưởi ấm bằng điện được xem xét, sưởi ấm hồng ngoại (chiếu xạ) được sử dụng trong sản xuất và cuộc sống hàng ngày.