Metode električnog grijanja

Osnovne metode i metode pretvaranja električne energije u toplinu klasificirane kako slijedi. Razlikuju se izravno i neizravno električno grijanje.

Kod izravnog električnog zagrijavanja transformacija električne energije u toplinsku nastaje kao rezultat prolaska električne struje izravno kroz zagrijano tijelo ili medij (metal, voda, mlijeko, tlo itd.). Kod neizravnog električnog zagrijavanja električna struja prolazi kroz poseban grijaći uređaj (grijaće tijelo), s kojeg se toplina prenosi na zagrijano tijelo ili medij kondukcijom, konvekcijom ili zračenjem.

Postoji nekoliko vrsta pretvorbe električne energije u toplinu, koje definiraju načine električnog grijanja.

Otporno grijanje

Protjecanje električne struje kroz električki vodljiva čvrsta tijela ili tekuće medije popraćeno je razvijanjem topline. Prema Joule-Lenzovom zakonu količina topline Q = I2Rt, gdje je Q količina topline, J; I — silatok, A; R je otpor tijela ili medija, Ohm; t — vrijeme protoka, s.

Otporno zagrijavanje može se izvesti kontaktnim i elektrodnim metodama.

Kontaktna metoda Koristi se za zagrijavanje metala kako na principu izravnog električnog zagrijavanja, na primjer u uređajima za električno kontaktno zavarivanje, tako i na principu neizravnog električnog zagrijavanja - u grijaćim tijelima.

Metoda elektroda Koristi se za zagrijavanje nemetalnih vodljivih materijala i medija: vode, mlijeka, sočne krme, zemlje itd. Zagrijani materijal ili medij postavlja se između elektroda na koje se dovodi izmjenični napon.

Električna struja koja prolazi kroz materijal između elektroda ga zagrijava. Obična (nedestilirana) voda provodi električnu struju, jer uvijek sadrži određenu količinu soli, baza ili kiselina, koje disociraju na ione koji nose električni naboj, odnosno električnu struju. Karakter električne vodljivosti mlijeka i drugih tekućina, tla, sočne krme i dr. je sličan.

Izravno zagrijavanje elektroda provodi se samo na izmjeničnoj struji, jer istosmjerna struja uzrokuje elektrolizu zagrijanog materijala i njegovo kvarenje.

Električno otporno grijanje našlo je široku primjenu u proizvodnji zbog svoje jednostavnosti, pouzdanosti, fleksibilnosti i niske cijene uređaja za grijanje.

Grijanje električnim lukom

U električnom luku koji se javlja između dviju elektroda u plinovitom mediju električna energija se pretvara u toplinu.

Kako bi se zapalio luk, elektrode spojene na izvor struje kratko se dodiruju, a zatim se polako odvajaju. Otpor kontakta u trenutku odvajanja elektroda snažno se zagrijava strujom koja prolazi kroz njega.Slobodni elektroni, koji se neprestano kreću u metalu, ubrzavaju svoje kretanje s povećanjem temperature na mjestu kontakta elektroda.

Kako temperatura raste, brzina slobodnih elektrona se toliko povećava da se otrgnu od metala elektroda i odlete u zrak. Dok se kreću, sudaraju se s molekulama zraka i razdvajaju ih na pozitivno i negativno nabijene ione. Zračni prostor između elektroda je ioniziran i postaje električki vodljiv.

Pod utjecajem napona izvora, pozitivni ioni hrle prema negativnom polu (katodi), a negativni ioni prema pozitivnom polu (anodi), tvoreći tako dugo pražnjenje - električni luk praćen oslobađanjem topline. Temperatura luka nije ista u različitim dijelovima i kod metalnih elektroda je: na katodi - oko 2400 ° C, na anodi - oko 2600 ° C, u središtu luka - oko 6000 - 7000 ° C. .

Razlikovati izravno i neizravno zagrijavanje električnim lukom. Glavna praktična primjena nalazi se u izravnom lučnom zagrijavanju u instalacijama za elektrolučno zavarivanje. U instalacijama neizravnog grijanja, luk se koristi kao snažan izvor infracrvenih zraka.

Indukcijsko grijanje

Ako se komad metala stavi u izmjenično magnetsko polje, tada se u njemu inducira izmjenično e. d. s, pod utjecajem kojih će u metalu nastati vrtložna strujanja. Prolaz tih struja u metal uzrokovat će njegovo zagrijavanje. Ova metoda zagrijavanja metala naziva se indukcija. Dizajn nekih indukcijskih grijača temelji se na korištenju fenomena površinskog učinka i učinka blizine.

Za indukcijsko zagrijavanje koriste se industrijske (50 Hz) i visokofrekventne (8-10 kHz, 70-500 kHz) struje. Indukcijsko zagrijavanje metalnih tijela (dijelova, detalja) najraširenije je u gradnji strojeva i popravcima opreme, kao i za kaljenje metalnih dijelova. Indukcijska metoda također se može koristiti za zagrijavanje vode, zemlje, betona i pasterizaciju mlijeka.

Dielektrično grijanje

Fizička bit dielektričnog zagrijavanja je sljedeća. U krutim i tekućim medijima slabe električne vodljivosti (dielektrici) koji se nalaze u brzo promjenjivom električnom polju električna energija se pretvara u toplinu.

Svaki dielektrik sadrži električne naboje povezane međumolekularnim silama. Ti se naboji nazivaju vezani naboji, za razliku od slobodnih naboja u vodljivim materijalima. Pod djelovanjem električnog polja pridruženi naboji su usmjereni ili pomaknuti u smjeru polja. Pomicanje pridruženih naboja pod djelovanjem vanjskog električnog polja naziva se polarizacija.

U izmjeničnom električnom polju postoji kontinuirano kretanje naboja, a time i međumolekulskih sila s njima povezanih molekula. Energija koju izvor troši na polarizaciju molekula nevodljivih materijala oslobađa se u obliku topline. Neki nevodljivi materijali imaju malu količinu slobodnih naboja koji pod utjecajem električnog polja stvaraju malu vodljivu struju koja pridonosi dodatnom oslobađanju topline u materijalu.

Prilikom zagrijavanja dielektrikom, materijal koji se zagrijava postavlja se između metalnih elektroda - ploča kondenzatora, na koje se dovodi visokofrekventni napon (0,5 - 20 MHz i više) iz posebnog visokofrekventnog generatora. Dielektrično grijaće tijelo sastoji se od generatora visokofrekventne žarulje, energetskog transformatora i uređaja za sušenje s elektrodama.

Visokofrekventno dielektrično grijanje je perspektivna metoda grijanja i uglavnom se koristi za sušenje i toplinsku obradu drva, papira, hrane i stočne hrane (sušenje žitarica, povrća i voća), pasterizaciju i sterilizaciju mlijeka itd.

Grijanje elektronskim snopom (elektronički)

Kada struja elektrona (elektronska zraka) ubrzana u električnom polju naiđe na zagrijano tijelo, električna energija se pretvara u toplinu. Karakteristična značajka elektroničkog grijanja je velika gustoća koncentracije energije od 5×108 kW/cm2, što je nekoliko tisuća puta više nego kod elektrolučnog grijanja.Električko grijanje se koristi u industriji za zavarivanje vrlo malih dijelova i taljenje ultračistih metala.

Osim razmatranih metoda električnog grijanja, infracrveno grijanje (zračenje) koristi se u proizvodnji i svakodnevnom životu.