Методи за електрическо отопление

Основни методи и методи за преобразуване на електрическа енергия в топлина класифицирани по следния начин. Прави се разлика между директно и индиректно електрическо отопление.

При директно електрическо отопление трансформацията на електрическа енергия в топлинна се получава в резултат на преминаването на електрически ток директно през нагрятото тяло или среда (метал, вода, мляко, почва и др.). При непряко електрическо отопление електрически ток преминава през специално нагревателно устройство (нагревателен елемент), от което топлината се предава към нагрято тяло или среда чрез проводимост, конвекция или излъчване.

Има няколко вида преобразуване на електрическата енергия в топлина, които определят методи за електрическо отопление.

Съпротивление нагряване

Потокът на електрически ток през електропроводими твърди тела или течни среди е придружен от отделяне на топлина. Според закона на Джоул — Ленц количеството топлина Q = I2Rt, където Q е количеството топлина, J; Аз — силаток, А; R е съпротивлението на тяло или среда, Ом; t — време на потока, s.

Съпротивлението на нагряване може да се извърши чрез контактни и електродни методи.

Метод на контакт Използва се за нагряване на метали както по принципа на директно електрическо нагряване, например в електрически контактни заваръчни устройства, така и по принципа на непрякото електрическо нагряване — в нагревателни елементи.

Електроден метод Използва се за загряване на неметални проводими материали и среди: вода, мляко, сочен фураж, почва и др. Нагрятият материал или среда се поставя между електродите, към които се прилага променливо напрежение.

Електрическият ток, преминаващ през материала между електродите, го загрява. Обикновената (недестилирана) вода провежда електрически ток, тъй като винаги съдържа определено количество соли, основи или киселини, които се дисоциират на йони, които са носители на електрически заряди, тоест електрически ток. Характерът на електропроводимостта на млякото и други течности, почвата, сочните фуражи и т.н. е подобен.

Нагряването с директен електрод се извършва само на променлив ток, тъй като постоянният ток причинява електролиза на нагретия материал и неговото влошаване.

Отоплението с електрическо съпротивление е намерило широко приложение в производството поради своята простота, надеждност, гъвкавост и ниска цена на отоплителните устройства.

Отопление с електрическа дъга

В електрическа дъга, която възниква между два електрода в газообразна среда, електрическата енергия се превръща в топлина.

За да се запали дъгата, електродите, свързани към източника на захранване, се докосват за кратко и след това бавно се разделят. Съпротивлението на контакта в момента на разделяне на електродите се нагрява силно от тока, преминаващ през него. Свободните електрони, постоянно движещи се в метала, ускоряват движението си с повишаване на температурата в точката на контакт на електродите.

С повишаване на температурата скоростта на свободните електрони се увеличава толкова много, че те се откъсват от метала на електродите и излитат във въздуха. При движение те се сблъскват с молекулите на въздуха и ги разделят на положително и отрицателно заредени йони. Въздушното пространство между електродите се йонизира и става електропроводимо.

Под влияние на напрежението на източника положителните йони се втурват към отрицателния полюс (катод), а отрицателните йони — към положителния полюс (анод), като по този начин образуват дълъг разряд — електрическа дъга, придружена от отделяне на топлина. Температурата на дъгата не е еднаква в различните си части и е при метални електроди: при катода — около 2400 ° С, при анода — около 2600 ° С, в центъра на дъгата — около 6000 — 7000 ° C.

Разграничете директно и индиректно отопление с електрическа дъга. Основното практическо приложение се намира при директно нагряване с електрическа дъга в инсталации за електродъгово заваряване. В инсталациите за непряко отопление дъгата се използва като мощен източник на инфрачервени лъчи.

Индукционно нагряване

Ако парче метал се постави в променливо магнитно поле, тогава в него се индуцира променлива e. d. s, под въздействието на които в метала ще възникнат вихрови токове. Преминаването на тези токове в метала ще доведе до неговото нагряване. Този метод на нагряване на метала се нарича индукция. Дизайнът на някои индукционни нагреватели се основава на използването на явлението повърхностен ефект и ефекта на близост.

За индукционно нагряване се използват индустриални (50 Hz) и високочестотни (8-10 kHz, 70-500 kHz) токове. Най -широко разпространено е индукционното нагряване на метални тела (части, детайли) в машиностроенето и при ремонт на оборудване, както и за втвърдяване на метални части. Индукционният метод може да се използва и за загряване на вода, почва, бетон и пастьоризиране на мляко.

Диелектрично отопление

Физическата същност на нагряването с диелектрик е следната. В твърди и течни среди с лоша електрическа проводимост (диелектрици), поставени в бързо променящо се електрическо поле, електрическата енергия се превръща в топлина.

Всеки диелектрик съдържа електрически заряди, свързани чрез междумолекулни сили. Тези такси се наричат ​​свързани такси, за разлика от безплатните такси в проводящи материали. Под действието на електрическо поле, свързаните заряди са ориентирани или изместени по посока на полето. Изместването на свързаните заряди под действието на външно електрическо поле се нарича поляризация.

В променливо електрическо поле има непрекъснато движение на заряди и следователно междумолекулните сили на молекулите, свързани с тях. Енергията, изразходвана от източника за поляризиране на молекулите на непроводящи материали, се освобождава под формата на топлина. Някои непроводящи материали имат малко количество свободни заряди, които под въздействието на електрическо поле създават малък по големина ток на проводимост, който допринася за отделянето на допълнителна топлина в материала.

При нагряване с диелектрик материалът, който трябва да се нагрее, се поставя между метални електроди — кондензаторни плочи, към които високочестотно напрежение (0,5 — 20 MHz и по-висока) от специален високочестотен генератор. Диелектричното отоплително тяло се състои от високочестотен генератор на лампа, силов трансформатор и сушилно устройство с електроди.

Високочестотното нагряване с диелектрик е обещаващ метод за отопление и се използва главно за сушене и топлинна обработкадърво, хартия, храни и фуражи (сушене на зърно, зеленчуци и плодове), пастьоризация и стерилизация на мляко и др.

Отопление с електронен лъч (електронно)

Когато поток от електрони (електронен лъч), ускорен в електрическо поле, срещне нагрято тяло, електрическата енергия се превръща в топлина. Характерна особеност на електронното отопление е висока плътност на концентрацията на енергия 5×108 kW / cm2, което е няколко хиляди пъти по -високо, отколкото при отопление с електрическа дъга.Електронното отопление се използва в промишлеността за заваряване на много малки части и топене на свръхчисти метали.

В допълнение към разглежданите методи за електрическо отопление, в производството и ежедневието се използва инфрачервено отопление (облъчване).