Metode električnega ogrevanja

Osnovne metode in metode pretvorbe električne energije v toploto so razvrščene kot sledi. Ločimo neposredno in posredno električno ogrevanje.

Pri neposrednem električnem ogrevanju se pretvorba električne energije v toplotno pojavi kot posledica prehoda električnega toka neposredno skozi segreto telo ali medij (kovina, voda, mleko, zemlja itd.). Pri posrednem električnem segrevanju poteka električni tok skozi posebno grelno napravo (grelo), od katere se toplota s prevodnostjo, konvekcijo ali sevanjem prenese na segreto telo ali medij.

Obstaja več vrst pretvorbe električne energije v toploto, ki določajo načine električnega ogrevanja.

Uporovno ogrevanje

Pretok električnega toka skozi električno prevodne trdne ali tekoče medije spremlja sproščanje toplote. Po Joule-Lenzovem zakonu je količina toplote Q = I2Rt, kjer je Q količina toplote, J; I - silatok, A; R je upor telesa ali medija, Ohm; t - čas pretoka, s.

Uporovno segrevanje je mogoče izvesti s kontaktnimi in elektrodnimi metodami.

Kontaktna metoda Uporablja se za segrevanje kovin tako po principu neposrednega električnega segrevanja, na primer v napravah za električno kontaktno varjenje, kot po principu indirektnega električnega segrevanja - v grelnih elementih.

Elektrodna metoda Uporablja se za segrevanje nekovinskih prevodnih materialov in medijev: voda, mleko, sočna krma, zemlja itd. Segreti material ali medij se namesti med elektrode, na katere se napaja izmenična napetost.

Električni tok, ki teče skozi material med elektrodama, ga segreje. Navadna (nedestilirana) voda prevaja električni tok, saj vedno vsebuje določeno količino soli, baz ali kislin, ki disociirajo na ione, ki prenašajo električni naboj, to je električni tok. Značaj električne prevodnosti mleka in drugih tekočin, zemlje, sočne krme itd. je podoben.

Neposredno segrevanje elektrode se izvaja samo na izmenični tok, saj enosmerni tok povzroči elektrolizo segretega materiala in njegovo propadanje.

Električno uporovno ogrevanje je našlo široko uporabo v proizvodnji zaradi svoje preprostosti, zanesljivosti, prilagodljivosti in nizkih stroškov grelnih naprav.

Ogrevanje z električnim oblokom

V električnem obloku, ki nastane med dvema elektrodama v plinastem mediju, se električna energija pretvori v toploto.

Za vžig obloka se elektrodi, priključeni na vir energije, na kratko dotakneta in nato počasi ločita. Upor kontakta v trenutku ločitve elektrod se močno segreje s tokom, ki teče skozi njega.Prosti elektroni, ki se nenehno premikajo v kovini, pospešijo svoje gibanje z naraščajočo temperaturo na mestu stika elektrod.

Z naraščanjem temperature se hitrost prostih elektronov toliko poveča, da se odtrgajo od kovine elektrod in poletijo v zrak. Med premikanjem trčijo ob molekule zraka in jih ločijo na pozitivno in negativno nabite ione. Zračni prostor med elektrodama je ioniziran in postane električno prevoden.

Pod vplivom napetosti vira pozitivni ioni hitijo na negativni pol (katoda), negativni ioni pa na pozitivni pol (anoda) in tako tvorijo dolgo razelektritev - električni oblok, ki ga spremlja sproščanje toplote. Temperatura obloka v različnih delih ni enaka in je na kovinskih elektrodah: na katodi - približno 2400 ° C, na anodi - približno 2600 ° C, v središču obloka - približno 6000 - 7000 ° C. .

Razlikovati med neposrednim in posrednim električnim obločnim ogrevanjem. Glavna praktična uporaba se nahaja pri neposrednem obločnem segrevanju v napravah za elektroobločno varjenje. Pri indirektnih ogrevalnih napravah se oblok uporablja kot močan vir infrardečih žarkov.

Indukcijsko ogrevanje

Če kos kovine postavimo v izmenično magnetno polje, se v njem inducira izmenični e. d. s, pod vplivom katerih bodo v kovini nastali vrtinčni tokovi. Prehod teh tokov v kovino bo povzročil, da se ta segreje. Ta način segrevanja kovine se imenuje indukcija. Zasnova nekaterih indukcijskih grelnikov temelji na uporabi pojava površinskega učinka in učinka bližine.

Za indukcijsko ogrevanje se uporabljajo industrijski (50 Hz) in visokofrekvenčni (8-10 kHz, 70-500 kHz) tokovi. Indukcijsko segrevanje kovinskih teles (delov, detajlov) je najbolj razširjeno v strojegradnji in popravilih naprav ter pri utrjevanju kovinskih delov. Indukcijsko metodo lahko uporabljamo tudi za segrevanje vode, zemlje, betona in pasterizacijo mleka.

Dielektrično ogrevanje

Fizikalno bistvo dielektričnega ogrevanja je naslednje. V trdnih in tekočih medijih s slabo električno prevodnostjo (dielektriki), postavljenih v hitro spreminjajoče se električno polje, se električna energija pretvarja v toploto.

Vsak dielektrik vsebuje električne naboje, ki jih povezujejo medmolekulske sile. Ti naboji se imenujejo vezani naboji, v nasprotju s prostimi naboji v prevodnih materialih. Pod delovanjem električnega polja se povezani naboji usmerijo ali premaknejo v smeri polja. Premik pripadajočih nabojev pod delovanjem zunanjega električnega polja imenujemo polarizacija.

V izmeničnem električnem polju poteka neprekinjeno gibanje nabojev in s tem medmolekularne sile z njimi povezanih molekul. Energija, ki jo vir porabi za polarizacijo molekul neprevodnih materialov, se sprosti v obliki toplote. Nekateri neprevodni materiali imajo majhno količino prostih nabojev, ki pod vplivom električnega polja ustvarijo majhen prevodni tok, ki prispeva k sproščanju dodatne toplote v materialu.

Pri segrevanju z dielektrikom je material, ki ga je treba segreti, nameščen med kovinskimi elektrodami - kondenzatorskimi ploščami, na katere se napaja visokofrekvenčna napetost (0,5 - 20 MHz in več) iz posebnega visokofrekvenčnega generatorja. Dielektrično grelno telo je sestavljeno iz generatorja visokofrekvenčne žarnice, močnostnega transformatorja in sušilne naprave z elektrodami.

Visokofrekvenčno dielektrično segrevanje je obetavna metoda ogrevanja in se uporablja predvsem za sušenje in toplotno obdelavo lesa, papirja, živil in krmil (sušenje žita, zelenjave in sadja), pasterizacijo in sterilizacijo mleka itd.

Ogrevanje z elektronskim žarkom (elektronsko)

Ko tok elektronov (elektronski žarek), pospešen v električnem polju, naleti na segreto telo, se električna energija pretvori v toploto. Značilnost elektronskega ogrevanja je visoka gostota koncentracije energije 5×108 kW / cm2, kar je nekaj tisočkrat večja kot pri elektroobločnem ogrevanju.Elektronsko gretje se uporablja v industriji za varjenje zelo majhnih delov in taljenje ultra čistih kovin.

Poleg obravnavanih načinov električnega ogrevanja se v proizvodnji in vsakdanjem življenju uporablja infrardeče ogrevanje (obsevanje).