Spôsoby elektrického vykurovania

Základné metódy a metódy premeny elektrickej energie na teplo klasifikované nasledovne. Rozlišuje sa priame a nepriame elektrické vykurovanie.

Pri priamom elektrickom ohreve dochádza k premene elektrickej energie na tepelnú v dôsledku prechodu elektrického prúdu priamo cez ohrievané teleso alebo médium (kov, voda, mlieko, pôda a pod.). Pri nepriamom elektrickom ohreve prechádza elektrický prúd špeciálnym vykurovacím zariadením (vykurovacím telesom), z ktorého sa teplo odovzdáva ohrievanému telesu alebo médiu vedením, prúdením alebo sálaním.

Existuje niekoľko druhov premeny elektrickej energie na teplo, ktoré definujú spôsoby elektrického vykurovania.

Odporové vykurovanie

Tok elektrického prúdu cez elektricky vodivé pevné látky alebo kvapalné médiá je sprevádzaný vývojom tepla. Podľa Joule-Lenzovho zákona množstvo tepla Q = I2Rt, kde Q je množstvo tepla, J; I — silatok, A; R je odpor telesa alebo média, Ohm; t — čas toku, s.

Odporový ohrev sa môže uskutočniť kontaktnými a elektródovými metódami.

Kontaktná metóda Používa sa na ohrev kovov tak na princípe priameho elektrického ohrevu, napríklad v elektrických kontaktných zváracích zariadeniach, ako aj na princípe nepriameho elektrického ohrevu — vo vykurovacích telesách.

Elektródová metóda Používa sa na ohrev nekovových vodivých materiálov a médií: voda, mlieko, šťavnaté krmivo, pôda atď. Zahriaty materiál alebo médium sa umiestni medzi elektródy, na ktoré je privedené striedavé napätie.

Elektrický prúd prechádzajúci materiálom medzi elektródami ho zahrieva. Obyčajná (nedestilovaná) voda vedie elektrický prúd, pretože vždy obsahuje určité množstvo solí, zásad alebo kyselín, ktoré sa disociujú na ióny nesúce elektrické náboje, teda elektrický prúd. Charakter elektrickej vodivosti mlieka a iných tekutín, pôdy, šťavnatého krmiva atď. je podobný.

Priamy ohrev elektródy sa vykonáva iba striedavým prúdom, pretože jednosmerný prúd spôsobuje elektrolýzu ohrievaného materiálu a jeho znehodnocovanie.

Elektrické odporové vykurovanie našlo široké uplatnenie vo výrobe vďaka svojej jednoduchosti, spoľahlivosti, flexibilite a nízkej cene vykurovacích zariadení.

Vykurovanie elektrickým oblúkom

V elektrickom oblúku, ktorý vzniká medzi dvoma elektródami v plynnom prostredí, sa elektrická energia premieňa na teplo.

Na zapálenie oblúka sa krátko dotknú elektródy pripojené k zdroju energie a potom sa pomaly oddelia. Odpor kontaktu v okamihu oddelenia elektród je silne zahrievaný prúdom, ktorý ním prechádza.Voľné elektróny, neustále sa pohybujúce v kove, urýchľujú svoj pohyb so zvyšujúcou sa teplotou v mieste dotyku elektród.

So zvyšujúcou sa teplotou sa rýchlosť voľných elektrónov zvyšuje natoľko, že sa odtrhnú od kovu elektród a vyletia do vzduchu. Pri pohybe sa zrážajú s molekulami vzduchu a rozdeľujú ich na kladne a záporne nabité ióny. Vzduchový priestor medzi elektródami sa ionizuje a stáva sa elektricky vodivým.

Vplyvom napätia zdroja sa kladné ióny rútia na záporný pól (katóda) a záporné ióny na kladný pól (anóda), čím vytvárajú dlhý výboj - elektrický oblúk sprevádzaný uvoľňovaním tepla. Teplota oblúka nie je rovnaká v jeho rôznych častiach a je na kovových elektródach: na katóde - asi 2400 ° C, na anóde - asi 2600 ° C, v strede oblúka - asi 6000 - 7000 ° C .

Rozlišujte medzi priamym a nepriamym elektrickým oblúkovým ohrevom. Hlavná praktická aplikácia sa nachádza v priamom oblúkovom ohreve v zariadeniach na zváranie elektrickým oblúkom. V zariadeniach s nepriamym ohrevom sa oblúk používa ako silný zdroj infračervených lúčov.

Indukčný ohrev

Ak je kus kovu umiestnený v striedavom magnetickom poli, potom sa v ňom indukuje striedavé e. d. s, pod vplyvom ktorých vzniknú v kove vírivé prúdy. Prechod týchto prúdov do kovu spôsobí jeho zahriatie. Tento spôsob ohrevu kovu sa nazýva indukcia. Konštrukcia niektorých indukčných ohrievačov je založená na využití javu povrchového efektu a efektu blízkosti.

Na indukčný ohrev sa používajú priemyselné (50 Hz) a vysokofrekvenčné (8-10 kHz, 70-500 kHz) prúdy. Indukčný ohrev kovových telies (dielov, detailov) je najrozšírenejší v strojárstve a opravách zariadení, ako aj na kalenie kovových dielov. Indukčnú metódu možno použiť aj na ohrev vody, pôdy, betónu a pasterizáciu mlieka.

Dielektrické vykurovanie

Fyzikálna podstata dielektrického ohrevu je nasledovná. V tuhých a kvapalných médiách so zlou elektrickou vodivosťou (dielektriká) umiestnených v rýchlo sa meniacom elektrickom poli sa elektrická energia premieňa na teplo.

Každé dielektrikum obsahuje elektrické náboje spojené medzimolekulovými silami. Tieto poplatky sa nazývajú viazané poplatky, na rozdiel od bezplatných poplatkov za vedenie materiálov. Pri pôsobení elektrického poľa sú súvisiace náboje orientované alebo posunuté v smere poľa. Posun súvisiacich nábojov pôsobením vonkajšieho elektrického poľa sa nazýva polarizácia.

V striedavom elektrickom poli dochádza k nepretržitému pohybu nábojov a teda aj medzimolekulových síl molekúl s nimi spojených. Energia vynaložená zdrojom na polarizáciu molekúl nevodivých materiálov sa uvoľňuje vo forme tepla. Niektoré nevodivé materiály majú malé množstvo voľných nábojov, ktoré vplyvom elektrického poľa vytvárajú malý vodivý prúd, ktorý prispieva k uvoľňovaniu dodatočného tepla v materiáli.

Pri ohreve dielektrikom sa ohrievaný materiál umiestňuje medzi kovové elektródy — kondenzátorové dosky, na ktoré sa privádza vysokofrekvenčné napätie (0,5 — 20 MHz a vyššie) zo špeciálneho vysokofrekvenčného generátora. Dielektrické vykurovacie teleso pozostáva z generátora vysokofrekvenčnej lampy, výkonového transformátora a sušiaceho zariadenia s elektródami.

Vysokofrekvenčný dielektrický ohrev je perspektívny spôsob ohrevu a používa sa najmä na sušenie a tepelné spracovanie dreva, papiera, potravín a krmív (sušenie obilia, zeleniny a ovocia), pasterizáciu a sterilizáciu mlieka atď.

Vyhrievanie elektrónovým lúčom (elektronické)

Keď prúd elektrónov (elektrónový lúč) zrýchlený v elektrickom poli narazí na zahriate teleso, elektrická energia sa premení na teplo. Charakteristickým znakom elektronického ohrevu je vysoká hustota koncentrácie energie 5×108 kW / cm2, ktorá je niekoľkotisíckrát vyššia ako pri ohreve elektrickým oblúkom Elektronický ohrev sa využíva v priemysle na zváranie veľmi malých dielov a tavenie ultračistých kovov.

Okrem uvažovaných spôsobov elektrického vykurovania sa vo výrobe a každodennom živote používa infračervené vykurovanie (ožarovanie).