Mètodes de calefacció elèctrica

Mètodes i mètodes bàsics de conversió d'energia elèctrica en calor classificats de la següent manera. Es distingeix entre calefacció elèctrica directa i indirecta.

En l'escalfament elèctric directe, la transformació d'energia elèctrica en energia tèrmica es produeix com a conseqüència del pas del corrent elèctric directament pel cos o medi escalfat (metall, aigua, llet, terra, etc.). En l'escalfament elèctric indirecte, un corrent elèctric passa per un dispositiu de calefacció especial (element calefactor), des del qual la calor es transfereix a un cos o mitjà escalfat per conducció, convecció o radiació.

Hi ha diversos tipus de conversió d'energia elèctrica en calor, que defineixen mètodes d'escalfament elèctric.

Escalfament de resistència

El flux de corrent elèctric a través de sòlids elèctricament conductors o medis líquids va acompanyat de l'evolució de la calor. Segons la llei de Joule-Lenz, la quantitat de calor Q = I2Rt, on Q és la quantitat de calor, J; I — silatok, A; R és la resistència d'un cos o mitjà, Ohm; t — temps de flux, s.

L'escalfament per resistència es pot fer mitjançant mètodes de contacte i elèctrodes.

Mètode de contacte S'utilitza per escalfar metalls tant pel principi de l'escalfament elèctric directe, per exemple en els dispositius de soldadura per contacte elèctric, com pel principi de l'escalfament elèctric indirecte, en elements de calefacció.

Mètode d'elèctrode S'utilitza per escalfar materials i mitjans conductors no metàl·lics: aigua, llet, farratge sucós, terra, etc. El material o medi escalfat es col·loca entre uns elèctrodes als quals s'aplica una tensió alterna.

El corrent elèctric que travessa el material entre els elèctrodes l'escalfa. L'aigua ordinària (no destil·lada) condueix un corrent elèctric, perquè sempre conté una certa quantitat de sals, bases o àcids, que es dissocien en ions que porten càrregues elèctriques, és a dir, un corrent elèctric. El caràcter de la conductivitat elèctrica de la llet i altres líquids, sòl, farratge suculent, etc. és semblant.

L'escalfament directe de l'elèctrode només es realitza amb corrent altern, ja que el corrent continu provoca l'electròlisi del material escalfat i el seu deteriorament.

La calefacció per resistència elèctrica ha trobat una àmplia aplicació en la producció a causa de la seva senzillesa, fiabilitat, flexibilitat i baix cost dels dispositius de calefacció.

Escalfament d'arc elèctric

En un arc elèctric que es produeix entre dos elèctrodes en un medi gasós, l'energia elèctrica es converteix en calor.

Per encendre l'arc, es toquen breument els elèctrodes connectats a la font d'alimentació i després se separen lentament. La resistència del contacte en el moment de la separació dels elèctrodes s'escalfa fortament pel corrent que la travessa.Els electrons lliures, en moviment constant al metall, acceleren el seu moviment amb l'augment de la temperatura al punt de contacte dels elèctrodes.

A mesura que augmenta la temperatura, la velocitat dels electrons lliures augmenta tant que es desenganxen del metall dels elèctrodes i volen a l'aire. A mesura que es mouen, xoquen amb molècules d'aire i les separen en ions carregats positivament i negativament. L'espai d'aire entre els elèctrodes s'ionitza i es converteix en conductor elèctric.

Sota la influència de la tensió de la font, els ions positius es dirigeixen al pol negatiu (càtode) i els ions negatius al pol positiu (ànode), formant així una descàrrega llarga: un arc elèctric acompanyat de l'alliberament de calor. La temperatura de l'arc no és la mateixa en les seves diferents parts i es troba als elèctrodes metàl·lics: al càtode - uns 2400 ° C, a l'ànode - uns 2600 ° C, al centre de l'arc - uns 6000 - 7000 ° C .

Distingir entre escalfament d'arc elèctric directe i indirecte. La principal aplicació pràctica es troba en l'escalfament d'arc directe en instal·lacions de soldadura per arc elèctric. A les instal·lacions de calefacció indirecta, l'arc s'utilitza com a potent font de raigs infrarojos.

Calefacció per inducció

Si es col·loca una peça de metall en un camp magnètic altern, s'hi indueix una e alternant. d. s, sota la influència dels quals sorgiran corrents de Foucault al metall. El pas d'aquests corrents al metall farà que s'escalfi. Aquest mètode d'escalfament del metall s'anomena inducció. El disseny d'alguns escalfadors d'inducció es basa en l'ús del fenomen d'efecte de superfície i l'efecte de proximitat.

Per a la calefacció per inducció s'utilitzen corrents industrials (50 Hz) i d'alta freqüència (8-10 kHz, 70-500 kHz). L'escalfament per inducció de cossos metàl·lics (peces, detalls) està més estès en la construcció de màquines i reparacions d'equips, així com per a l'enduriment de peces metàl·liques. El mètode d'inducció també es pot utilitzar per escalfar aigua, terra, formigó i pasteuritzar la llet.

Calefacció dielèctrica

L'essència física de l'escalfament dielèctric és la següent. En medis sòlids i líquids amb poca conductivitat elèctrica (dielèctrics) col·locats en un camp elèctric que canvia ràpidament, l'energia elèctrica es converteix en calor.

Cada dielèctric conté càrregues elèctriques unides per forces intermoleculars. Aquests càrrecs s'anomenen càrrecs vinculats, a diferència dels càrrecs gratuïts en materials de conducció. Sota l'acció d'un camp elèctric, les càrregues associades s'orienten o es desplacen en la direcció del camp. El desplaçament de les càrregues associades sota l'acció d'un camp elèctric extern s'anomena polarització.

En un camp elèctric altern, hi ha un moviment continu de càrregues i per tant les forces intermoleculars de les molècules associades a elles. L'energia gastada per la font per polaritzar les molècules dels materials no conductors s'allibera en forma de calor. Alguns materials no conductors tenen una petita quantitat de càrregues lliures que, sota la influència d'un camp elèctric, creen un petit corrent de conducció que contribueix a l'alliberament de calor addicional al material.

Quan s'escalfa amb un dielèctric, el material que s'ha d'escalfar es col·loca entre elèctrodes metàl·lics: plaques de condensadors, a les quals la tensió d'alta freqüència (0,5 - 20 MHz i superior) d'un generador especial d'alta freqüència. El cos d'escalfament dielèctric consta d'un generador de làmpades d'alta freqüència, un transformador de potència i un dispositiu d'assecat amb elèctrodes.

L'escalfament dielèctric d'alta freqüència és un mètode de calefacció prometedor i s'utilitza principalment per a l'assecat i el tractament tèrmic de fusta, paper, aliments i pinsos (assecat de gra, verdures i fruites), pasteurització i esterilització de llet, etc.

Calefacció per feix d'electrons (electrònica)

Quan un corrent d'electrons (feix d'electrons) accelerat en un camp elèctric es troba amb un cos escalfat, l'energia elèctrica es converteix en calor. Un tret característic de la calefacció electrònica és una alta densitat de concentració d'energia de 5 × 108 kW / cm2, que és milers de vegades més gran que en l'escalfament d'arc elèctric.La calefacció electrònica s'utilitza a la indústria per soldar peces molt petites i fondre metalls ultrapurs.

A més dels mètodes considerats de calefacció elèctrica, la calefacció per infrarojos (irradiació) s'utilitza en la producció i la vida quotidiana.