Μέθοδοι θέρμανσης με ηλεκτρική ενέργεια

Οι βασικές μέθοδοι και μέθοδοι μετατροπής της ηλεκτρικής ενέργειας σε θερμότητα ταξινομούνται ως εξής. Γίνεται διάκριση μεταξύ άμεσης και έμμεσης ηλεκτρικής θέρμανσης.

Στην άμεση ηλεκτρική θέρμανση, η μετατροπή της ηλεκτρικής ενέργειας σε θερμική ενέργεια συμβαίνει ως αποτέλεσμα της διέλευσης ηλεκτρικού ρεύματος απευθείας μέσω του θερμαινόμενου σώματος ή μέσου (μέταλλο, νερό, γάλα, έδαφος κ.λπ.). Στην έμμεση ηλεκτρική θέρμανση, ένα ηλεκτρικό ρεύμα διέρχεται από μια ειδική συσκευή θέρμανσης (θερμαντικό στοιχείο), από την οποία η θερμότητα μεταφέρεται σε ένα θερμαινόμενο σώμα ή μέσο με αγωγή, μεταφορά ή ακτινοβολία.

Υπάρχουν διάφοροι τύποι μετατροπής ηλεκτρικής ενέργειας σε θερμότητα, οι οποίοι ορίζουν μεθόδους ηλεκτρικής θέρμανσης.

Θέρμανση με αντίσταση

Η ροή ηλεκτρικού ρεύματος μέσω ηλεκτρικά αγώγιμων στερεών ή υγρών μέσων συνοδεύεται από την έκλυση θερμότητας. Σύμφωνα με το νόμο Joule-Lenz, η ποσότητα θερμότητας Q = I2Rt, όπου Q είναι η ποσότητα θερμότητας, J; I — silatok, Α; R είναι η αντίσταση ενός σώματος ή μέσου, Ohm; t — χρόνος ροής, s.

Η θέρμανση με αντίσταση μπορεί να γίνει με μεθόδους επαφής και ηλεκτροδίων.

Μέθοδος επαφής Χρησιμοποιείται για τη θέρμανση μετάλλων τόσο με την αρχή της άμεσης ηλεκτρικής θέρμανσης, για παράδειγμα σε συσκευές ηλεκτροσυγκόλλησης με επαφή, όσο και με την αρχή της έμμεσης ηλεκτρικής θέρμανσης — σε θερμαντικά στοιχεία.

Μέθοδος ηλεκτροδίων Χρησιμοποιείται για τη θέρμανση μη μεταλλικών αγώγιμων υλικών και μέσων: νερό, γάλα, ζουμερές χορτονομές, χώμα κ.λπ. Το θερμαινόμενο υλικό ή μέσο τοποθετείται μεταξύ ηλεκτροδίων στα οποία εφαρμόζεται εναλλασσόμενη τάση.

Το ηλεκτρικό ρεύμα που διέρχεται από το υλικό μεταξύ των ηλεκτροδίων το θερμαίνει. Το συνηθισμένο (μη απεσταγμένο) νερό άγει ηλεκτρικό ρεύμα, γιατί περιέχει πάντα μια ορισμένη ποσότητα αλάτων, βάσεων ή οξέων, τα οποία διασπώνται σε ιόντα που μεταφέρουν ηλεκτρικά φορτία, δηλαδή ηλεκτρικό ρεύμα. Ο χαρακτήρας της ηλεκτρικής αγωγιμότητας του γάλακτος και άλλων υγρών, του εδάφους, των παχύφυτων ζωοτροφών κ.λπ. είναι παρόμοιο.

Η απευθείας θέρμανση ηλεκτροδίων εκτελείται μόνο με εναλλασσόμενο ρεύμα, καθώς το συνεχές ρεύμα προκαλεί ηλεκτρόλυση του θερμαινόμενου υλικού και φθορά του.

Η θέρμανση με ηλεκτρική αντίσταση έχει βρει ευρεία εφαρμογή στην παραγωγή λόγω της απλότητας, της αξιοπιστίας, της ευελιξίας και του χαμηλού κόστους των συσκευών θέρμανσης.

Θέρμανση με ηλεκτρικό τόξο

Σε ένα ηλεκτρικό τόξο που εμφανίζεται μεταξύ δύο ηλεκτροδίων σε ένα αέριο μέσο, ​​η ηλεκτρική ενέργεια μετατρέπεται σε θερμότητα.

Για την ανάφλεξη του τόξου, τα ηλεκτρόδια που είναι συνδεδεμένα με την πηγή ισχύος αγγίζονται για λίγο και μετά διαχωρίζονται αργά. Η αντίσταση της επαφής τη στιγμή του διαχωρισμού των ηλεκτροδίων θερμαίνεται έντονα από το ρεύμα που διέρχεται από αυτήν.Τα ελεύθερα ηλεκτρόνια, που κινούνται συνεχώς στο μέταλλο, επιταχύνουν την κίνησή τους με την αύξηση της θερμοκρασίας στο σημείο επαφής των ηλεκτροδίων.

Καθώς η θερμοκρασία αυξάνεται, η ταχύτητα των ελεύθερων ηλεκτρονίων αυξάνεται τόσο πολύ που αποσπώνται από το μέταλλο των ηλεκτροδίων και πετούν στον αέρα. Καθώς κινούνται, συγκρούονται με μόρια αέρα και τα χωρίζουν σε θετικά και αρνητικά φορτισμένα ιόντα. Ο χώρος αέρα μεταξύ των ηλεκτροδίων ιονίζεται και γίνεται ηλεκτρικά αγώγιμος.

Υπό την επίδραση της τάσης της πηγής, τα θετικά ιόντα ορμούν στον αρνητικό πόλο (κάθοδος) και τα αρνητικά ιόντα στον θετικό πόλο (άνοδος), σχηματίζοντας έτσι μια μακρά εκφόρτιση - ένα ηλεκτρικό τόξο που συνοδεύεται από την απελευθέρωση θερμότητας. Η θερμοκρασία του τόξου δεν είναι ίδια στα διάφορα μέρη του και είναι στα μεταλλικά ηλεκτρόδια: στην κάθοδο — περίπου 2400 ° C, στην άνοδο — περίπου 2600 ° C, στο κέντρο του τόξου — περίπου 6000 — 7000 ° C .

Διακρίνετε την άμεση και την έμμεση θέρμανση με ηλεκτρικό τόξο. Η κύρια πρακτική εφαρμογή βρίσκεται στην άμεση θέρμανση με τόξο σε εγκαταστάσεις ηλεκτροσυγκόλλησης. Σε εγκαταστάσεις έμμεσης θέρμανσης, το τόξο χρησιμοποιείται ως ισχυρή πηγή υπέρυθρων ακτίνων.

Επαγωγική θέρμανση

Εάν ένα κομμάτι μετάλλου τοποθετηθεί σε εναλλασσόμενο μαγνητικό πεδίο, τότε επάγεται ένα εναλλασσόμενο e σε αυτό. ρε. s, υπό την επίδραση των οποίων θα προκύψουν δινορεύματα στο μέταλλο. Η διέλευση αυτών των ρευμάτων στο μέταλλο θα προκαλέσει τη θέρμανση του. Αυτή η μέθοδος θέρμανσης του μετάλλου ονομάζεται επαγωγή. Ο σχεδιασμός ορισμένων επαγωγικών θερμαντήρων βασίζεται στη χρήση του φαινομένου επιφανειακής επίδρασης και του φαινομένου εγγύτητας.

Για επαγωγική θέρμανση χρησιμοποιούνται βιομηχανικά ρεύματα (50 Hz) και υψηλής συχνότητας (8-10 kHz, 70-500 kHz). Η επαγωγική θέρμανση μεταλλικών σωμάτων (εξαρτήματα, λεπτομέρειες) είναι πιο διαδεδομένη στην κατασκευή μηχανημάτων και στην επισκευή εξοπλισμού, καθώς και στη σκλήρυνση μεταλλικών εξαρτημάτων. Η μέθοδος επαγωγής μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για τη θέρμανση νερού, χώματος, σκυροδέματος και παστερίωσης γάλακτος.

Διηλεκτρική θέρμανση

Η φυσική ουσία της διηλεκτρικής θέρμανσης είναι η εξής. Σε στερεά και υγρά μέσα με κακή ηλεκτρική αγωγιμότητα (διηλεκτρικά) που τοποθετούνται σε ένα ταχέως μεταβαλλόμενο ηλεκτρικό πεδίο, η ηλεκτρική ενέργεια μετατρέπεται σε θερμότητα.

Κάθε διηλεκτρικό περιέχει ηλεκτρικά φορτία συνδεδεμένα μεταξύ τους με διαμοριακές δυνάμεις. Αυτές οι χρεώσεις ονομάζονται δεσμευμένες χρεώσεις, σε αντίθεση με τις δωρεάν χρεώσεις στα αγώγιμα υλικά. Κάτω από τη δράση ενός ηλεκτρικού πεδίου, τα σχετικά φορτία προσανατολίζονται ή μετατοπίζονται προς την κατεύθυνση του πεδίου. Η μετατόπιση των σχετικών φορτίων υπό τη δράση ενός εξωτερικού ηλεκτρικού πεδίου ονομάζεται πόλωση.

Σε ένα εναλλασσόμενο ηλεκτρικό πεδίο, υπάρχει μια συνεχής κίνηση των φορτίων και επομένως των διαμοριακών δυνάμεων των μορίων που σχετίζονται με αυτά. Η ενέργεια που δαπανάται από την πηγή για την πόλωση των μορίων των μη αγώγιμων υλικών απελευθερώνεται με τη μορφή θερμότητας. Ορισμένα μη αγώγιμα υλικά έχουν μικρή ποσότητα ελεύθερων φορτίων που, υπό την επίδραση ηλεκτρικού πεδίου, δημιουργούν ένα μικρό ρεύμα αγωγιμότητας που συμβάλλει στην απελευθέρωση πρόσθετης θερμότητας στο υλικό.

Κατά τη θέρμανση με διηλεκτρικό, το προς θέρμανση υλικό τοποθετείται μεταξύ μεταλλικών ηλεκτροδίων — πλακών πυκνωτών, στις οποίες τροφοδοτείται τάση υψηλής συχνότητας (0,5 — 20 MHz και άνω) από ειδική γεννήτρια υψηλής συχνότητας. Το διηλεκτρικό σώμα θέρμανσης αποτελείται από μια γεννήτρια λαμπτήρων υψηλής συχνότητας, έναν μετασχηματιστή ισχύος και μια συσκευή στεγνώματος με ηλεκτρόδια.

Η διηλεκτρική θέρμανση υψηλής συχνότητας είναι μια πολλά υποσχόμενη μέθοδος θέρμανσης και χρησιμοποιείται κυρίως για ξήρανση και θερμική επεξεργασία ξύλου, χαρτιού, τροφίμων και ζωοτροφών (ξήρανση σιτηρών, λαχανικών και φρούτων), παστερίωση και αποστείρωση γάλακτος κ.λπ.

Θέρμανση με δέσμη ηλεκτρονίων (ηλεκτρονική)

Όταν ένα ρεύμα ηλεκτρονίων (δέσμη ηλεκτρονίων) που επιταχύνεται σε ένα ηλεκτρικό πεδίο συναντά ένα θερμαινόμενο σώμα, η ηλεκτρική ενέργεια μετατρέπεται σε θερμότητα. Χαρακτηριστικό γνώρισμα της ηλεκτρονικής θέρμανσης είναι η υψηλή πυκνότητα συγκέντρωσης ενέργειας 5×108 kW / cm2, η οποία είναι αρκετές χιλιάδες φορές μεγαλύτερη από τη θέρμανση με ηλεκτρικό τόξο Η ηλεκτρονική θέρμανση χρησιμοποιείται στη βιομηχανία για τη συγκόλληση πολύ μικρών εξαρτημάτων και την τήξη υπερκαθαρών μετάλλων.

Εκτός από τις εξεταζόμενες μεθόδους ηλεκτρικής θέρμανσης, η υπέρυθρη θέρμανση (ακτινοβολία) χρησιμοποιείται στην παραγωγή και στην καθημερινή ζωή.