Elektrinio šildymo būdai

Pagrindiniai elektros energijos pavertimo šiluma metodai ir metodai klasifikuojami taip. Skiriamas tiesioginis ir netiesioginis elektrinis šildymas.

Tiesioginio elektrinio šildymo metu elektros energija virsta šilumine energija, kai elektros srovė praeina tiesiai per šildomą kūną ar terpę (metalą, vandenį, pieną, dirvą ir kt.). Netiesioginio elektrinio šildymo metu elektros srovė praeina per specialų šildymo įrenginį (kaitinimo elementą), iš kurio laidumo, konvekcijos ar spinduliavimo būdu šiluma perduodama į šildomą kūną ar terpę.

Yra keletas elektros energijos pavertimo šiluma tipų, kurie apibrėžia elektrinio šildymo būdus.

Atsparus šildymas

Elektros srovės tekėjimą per elektrai laidžias kietąsias medžiagas arba skystas terpes lydi šilumos išsiskyrimas. Pagal Džaulio-Lenco dėsnį šilumos kiekis Q = I2Rt, kur Q – šilumos kiekis, J; I — silatok, A; R yra kūno arba terpės varža, Ohm; t — tekėjimo laikas, s.

Atsparus šildymas gali būti atliekamas kontaktiniu ir elektrodų metodais.

Kontaktinis metodas Naudojamas metalams kaitinti tiek tiesioginio elektrinio šildymo principu, pavyzdžiui, elektrinio kontaktinio suvirinimo įrenginiuose, tiek netiesioginio elektrinio šildymo principu – kaitinimo elementuose.

Elektrodo metodas Naudojamas nemetalinėms laidžioms medžiagoms ir terpėms šildyti: vandeniui, pienui, sultingiems pašarams, dirvožemiui ir kt. Įkaitinta medžiaga arba terpė dedama tarp elektrodų, kuriems taikoma kintamoji įtampa.

Elektros srovė, einanti per medžiagą tarp elektrodų, ją įkaitina. Paprastas (nedistiliuotas) vanduo praleidžia elektros srovę, nes jame visada yra tam tikras kiekis druskų, bazių ar rūgščių, kurios disocijuoja į jonus, pernešančius elektros krūvius, tai yra elektros srovę. Pieno ir kitų skysčių, dirvožemio, sultingų pašarų ir kt. elektrinio laidumo pobūdis. yra panašus.

Tiesioginis elektrodo šildymas atliekamas tik esant kintamajai srovei, nes nuolatinė srovė sukelia šildomos medžiagos elektrolizę ir jos pablogėjimą.

Elektrinis varžinis šildymas buvo plačiai pritaikytas gamyboje dėl savo paprastumo, patikimumo, lankstumo ir mažos šildymo prietaisų kainos.

Elektrinis lanko šildymas

Elektros lanke, kuris atsiranda tarp dviejų elektrodų dujinėje terpėje, elektros energija paverčiama šiluma.

Norint uždegti lanką, prie maitinimo šaltinio prijungti elektrodai trumpai paliečiami ir po to lėtai atskiriami. Kontakto varža elektrodų atskyrimo momentu stipriai įkaista per jį einančios srovės.Laisvieji elektronai, nuolat judantys metale, pagreitina savo judėjimą kylant temperatūrai elektrodų sąlyčio taške.

Kylant temperatūrai, laisvųjų elektronų greitis taip padidėja, kad jie atitrūksta nuo elektrodų metalo ir išskrenda į orą. Judėdami jie susiduria su oro molekulėmis ir padalija jas į teigiamo ir neigiamo krūvio jonus. Oro tarpas tarp elektrodų jonizuojasi ir tampa laidus elektrai.

Veikiant šaltinio įtampai, teigiami jonai veržiasi į neigiamą polių (katodą), o neigiami – į teigiamą polių (anodą), taip suformuodami ilgą iškrovą – elektros lanką, lydimą šilumos išsiskyrimo. Lanko temperatūra skirtingose ​​jo dalyse nėra vienoda ir yra prie metalinių elektrodų: prie katodo - apie 2400 ° C, prie anodo - apie 2600 ° C, lanko centre - apie 6000 - 7000 ° C .

Atskirkite tiesioginį ir netiesioginį elektros lanko šildymą. Pagrindinis praktinis pritaikymas yra tiesioginis lanko šildymas elektros lankinio suvirinimo įrenginiuose. Netiesioginio šildymo įrenginiuose lankas naudojamas kaip galingas infraraudonųjų spindulių šaltinis.

Indukcinis šildymas

Jei metalo gabalas dedamas į kintamąjį magnetinį lauką, tai jame indukuojamas kintamasis e. d. s, kurių įtakoje metale kils sūkurinės srovės. Šioms srovėms patekus į metalą, jis įkais. Šis metalo šildymo būdas vadinamas indukcija. Kai kurių indukcinių šildytuvų konstrukcija pagrįsta paviršiaus efekto ir artumo efekto naudojimu.

Indukciniam šildymui naudojamos pramoninės (50 Hz) ir aukšto dažnio (8-10 kHz, 70-500 kHz) srovės. Metalinių korpusų (detalių, detalių) indukcinis šildymas labiausiai paplitęs mašinų gamyboje ir įrenginių remonte, taip pat metalinių detalių grūdinimui. Indukcinis metodas taip pat gali būti naudojamas šildyti vandenį, dirvą, betoną ir pasterizuoti pieną.

Dielektrinis šildymas

Fizinė dielektrinio šildymo esmė yra tokia. Kietose ir skystose terpėse, kurių elektros laidumas prastas (dielektrikuose), patalpintose į greitai besikeičiantį elektrinį lauką, elektros energija paverčiama šiluma.

Kiekvienas dielektrikas turi elektros krūvius, sujungtus tarpmolekulinėmis jėgomis. Šie mokesčiai vadinami surištaisiais krūviais, priešingai nei nemokami įkrovimai laidžiose medžiagose. Veikiant elektriniam laukui, susiję krūviai orientuojami arba pasislenka lauko kryptimi. Susijusių krūvių poslinkis veikiant išoriniam elektriniam laukui vadinamas poliarizacija.

Kintamajame elektriniame lauke vyksta nuolatinis krūvių judėjimas, taigi ir su jais susijusių molekulių tarpmolekulinės jėgos. Energija, kurią šaltinis sunaudoja nelaidžių medžiagų molekulėms poliarizuoti, išsiskiria šilumos pavidalu. Kai kurios nelaidžios medžiagos turi nedidelį kiekį laisvųjų krūvių, kurie, veikiami elektrinio lauko, sukuria nedidelę laidumo srovę, kuri prisideda prie papildomos šilumos išsiskyrimo medžiagoje.

Kaitinant dielektriku, šildoma medžiaga dedama tarp metalinių elektrodų — kondensatorių plokščių, į kurias iš specialaus aukšto dažnio generatoriaus perduodama aukšto dažnio įtampa (0,5 — 20 MHz ir aukštesnė). Dielektrinis šildymo korpusas susideda iš aukšto dažnio lempos generatoriaus, galios transformatoriaus ir džiovinimo įrenginio su elektrodais.

Aukšto dažnio dielektrinis šildymas yra perspektyvus šildymo būdas, daugiausia naudojamas medienos, popieriaus, maisto ir pašarų džiovinimui ir terminiam apdorojimui (grūdų, daržovių ir vaisių džiovinimui), pieno pasterizavimui ir sterilizavimui ir kt.

Elektroninis šildymas (elektroninis)

Kai elektronų srautas (elektronų pluoštas), pagreitintas elektriniame lauke, susiduria su įkaitintu kūnu, elektros energija paverčiama šiluma. Būdingas elektroninio šildymo bruožas – didelis energijos koncentracijos tankis 5×108 kW/cm2, kuris kelis tūkstančius kartų didesnis nei kaitinant elektriniu lanku.Elektroninis šildymas pramonėje naudojamas labai smulkių detalių suvirinimui ir itin grynų metalų lydymui.

Be svarstomų elektrinio šildymo būdų, gamyboje ir kasdieniame gyvenime naudojamas infraraudonųjų spindulių šildymas (švitinimas).