Elektrikli ısıtma yöntemleri

Elektrik enerjisini ısıya dönüştürmenin temel yöntemleri ve yöntemleri aşağıdaki gibi sınıflandırılmıştır. Doğrudan ve dolaylı elektrikli ısıtma arasında bir ayrım yapılır.

Doğrudan elektrikli ısıtmada, elektrik enerjisinin ısı enerjisine dönüşümü, elektrik akımının doğrudan ısıtılan gövde veya ortamdan (metal, su, süt, toprak vb.) geçmesi sonucu gerçekleşir. Dolaylı elektrikli ısıtmada, bir elektrik akımı, ısının iletim, konveksiyon veya radyasyon yoluyla ısıtılmış bir gövdeye veya ortama aktarıldığı özel bir ısıtma cihazından (ısıtma elemanı) geçer.

Elektrikli ısıtma yöntemlerini tanımlayan, elektrik enerjisinin ısıya dönüştürülmesinin birkaç türü vardır.

Dirençli ısıtma

Elektrik akımının elektriksel olarak iletken katılar veya sıvı ortamlardan akışına, ısı oluşumu eşlik eder. Joule-Lenz yasasına göre ısı miktarı Q = I2Rt, burada Q ısı miktarı, J; ben — silatok, A; R, bir cismin veya ortamın direncidir, Ohm; t — akış süresi, s.

Dirençli ısıtma, temas ve elektrot yöntemleriyle yapılabilir.

Temas yöntemi Hem doğrudan elektrikli ısıtma prensibi ile, örneğin elektrik temaslı kaynak cihazlarında hem de dolaylı elektrikli ısıtma prensibi ile ısıtma elemanlarında metalleri ısıtmak için kullanılır.

Elektrot yöntemi Metalik olmayan iletken malzemeleri ve ortamları ısıtmak için kullanılır: su, süt, sulu yem, toprak vb. Isıtılan malzeme veya ortam, alternatif voltajın uygulandığı elektrotlar arasına yerleştirilir.

Elektrotlar arasındaki malzemeden geçen elektrik akımı onu ısıtır. Sıradan (damıtılmamış) su bir elektrik akımını iletir, çünkü her zaman elektrik yükü taşıyan iyonlara, yani bir elektrik akımına ayrışan belirli miktarda tuz, baz veya asit içerir. Sütün ve diğer sıvıların, toprağın, sulu yemlerin vb. elektriksel iletkenlik karakteri. benzer.

Doğrudan elektrot ısıtma, yalnızca alternatif akımla gerçekleştirilir, çünkü doğru akım, ısıtılan malzemenin elektrolizine ve bozulmasına neden olur.

Elektrik dirençli ısıtma, basitliği, güvenilirliği, esnekliği ve ısıtma cihazlarının düşük maliyeti nedeniyle üretimde geniş uygulama alanı bulmuştur.

Elektrik ark ısıtması

Gaz halindeki bir ortamda iki elektrot arasında oluşan elektrik arkında elektrik enerjisi ısıya dönüşür.

Arkı ateşlemek için güç kaynağına bağlı elektrotlara kısaca dokunulur ve ardından yavaşça ayrılır. Elektrotların ayrıldığı andaki kontağın direnci, içinden geçen akımla kuvvetli bir şekilde ısıtılır.Metalde sürekli hareket eden serbest elektronlar, elektrotların temas noktasında artan sıcaklıkla hareketlerini hızlandırır.

Sıcaklık arttıkça serbest elektronların hızı o kadar artar ki elektrotların metalinden koparak havaya uçarlar. Hareket ederken hava molekülleri ile çarpışırlar ve onları pozitif ve negatif yüklü iyonlara ayırırlar. Elektrotlar arasındaki hava boşluğu iyonize olur ve elektriksel olarak iletken hale gelir.

Kaynak voltajının etkisi altında, pozitif iyonlar negatif kutba (katot) ve negatif iyonlar pozitif kutba (anot) akar, böylece uzun bir deşarj - ısı salınımının eşlik ettiği bir elektrik arkı oluşturur. Arkın sıcaklığı farklı kısımlarında aynı değildir ve metal elektrotlarda bulunur: katotta - yaklaşık 2400 ° C, anotta - yaklaşık 2600 ° C, arkın merkezinde - yaklaşık 6000 - 7000 ° C .

Doğrudan ve dolaylı elektrik ark ısıtmasını ayırt edin. Ana pratik uygulama, elektrik ark kaynağı tesislerinde doğrudan ark ısıtmasında bulunur. Dolaylı ısıtma tesisatlarında ark, güçlü bir kızılötesi ışın kaynağı olarak kullanılır.

indüksiyonla ısıtma

Alternatif bir manyetik alana bir metal parçası yerleştirilirse, içinde alternatif bir e indüklenir. D. s, metalde hangi girdap akımlarının ortaya çıkacağı etkisi altında. Bu akımların metalin içine geçmesi onun ısınmasına neden olur. Metali ısıtmanın bu yöntemine indüksiyon denir. Bazı endüksiyonlu ısıtıcıların tasarımı, yüzey etkisi fenomeninin ve yakınlık etkisinin kullanımına dayanmaktadır.

İndüksiyonla ısıtma için endüstriyel (50 Hz) ve yüksek frekanslı (8-10 kHz, 70-500 kHz) akımlar kullanılmaktadır. Metal gövdelerin (parçalar, detaylar) indüksiyonla ısıtılması en çok makine yapımı ve ekipman onarımında ve ayrıca metal parçaların sertleştirilmesinde yaygındır. İndüksiyon yöntemi aynı zamanda suyu, toprağı, betonu ısıtmak ve sütü pastörize etmek için de kullanılabilir.

dielektrik ısıtma

Dielektrik ısıtmanın fiziksel özü aşağıdaki gibidir. Hızla değişen bir elektrik alanına yerleştirilen zayıf elektriksel iletkenliğe (dielektrikler) sahip katı ve sıvı ortamlarda, elektrik enerjisi ısıya dönüştürülür.

Her dielektrik, moleküller arası kuvvetlerle birbirine bağlı elektrik yükleri içerir. İletken malzemelerdeki serbest yüklerin aksine, bu yüklere bağlı yükler denir. Bir elektrik alanın etkisi altında, ilişkili yükler alan yönünde yönlendirilir veya yer değiştirir. İlişkili yüklerin harici bir elektrik alanın etkisi altında yer değiştirmesine polarizasyon denir.

Alternatif bir elektrik alanında, sürekli bir yük hareketi ve dolayısıyla bunlarla ilişkili moleküllerin moleküller arası kuvvetleri vardır. İletken olmayan malzemelerin moleküllerini polarize etmek için kaynak tarafından harcanan enerji, ısı şeklinde açığa çıkar. Bazı iletken olmayan malzemeler, bir elektrik alanının etkisi altında, malzemede ek ısının salınmasına katkıda bulunan küçük bir iletim akımı oluşturan az miktarda serbest yüke sahiptir.

Bir dielektrik ile ısıtırken, ısıtılacak malzeme, özel bir yüksek frekanslı jeneratörden yüksek frekanslı voltajın (0,5 - 20 MHz ve daha yüksek) olduğu metal elektrotlar - kapasitör plakaları arasına yerleştirilir. Dielektrik ısıtma gövdesi, yüksek frekanslı bir lamba üreteci, bir güç transformatörü ve elektrotlu bir kurutma cihazından oluşur.

Yüksek frekanslı dielektrik ısıtma umut verici bir ısıtma yöntemidir ve esas olarak odun, kağıt, gıda ve yemin kurutulması ve ısıl işlemi (tahıl, sebze ve meyvelerin kurutulması), sütün pastörizasyonu ve sterilizasyonu vb. için kullanılır.

Elektron ışını ısıtması (elektronik)

Bir elektrik alanında hızlandırılan bir elektron akışı (elektron ışını) ısıtılmış bir cisimle karşılaştığında, elektrik enerjisi ısıya dönüşür. Elektronik ısıtmanın karakteristik bir özelliği, elektrik ark ısıtmasından birkaç bin kat daha yüksek olan 5×108 kW / cm2'lik yüksek enerji konsantrasyon yoğunluğudur.Elektronik ısıtma, endüstride çok küçük parçaların kaynaklanması ve ultra saf metallerin eritilmesi için kullanılır.

Dikkate alınan elektrikli ısıtma yöntemlerine ek olarak, üretimde ve günlük yaşamda kızılötesi ısıtma (ışınlama) kullanılır.