Elektrische verwarmingsmethodes

Basismethoden en methoden voor het omzetten van elektrische energie in warmte zijn als volgt geclassificeerd. Er wordt onderscheid gemaakt tussen directe en indirecte elektrische verwarming.

Bij directe elektrische verwarming vindt de omzetting van elektrische energie in thermische energie plaats als gevolg van de doorgang van elektrische stroom rechtstreeks door het verwarmde lichaam of medium (metaal, water, melk, aarde, enz.). Bij indirecte elektrische verwarming gaat een elektrische stroom door een speciaal verwarmingsapparaat (verwarmingselement), van waaruit de warmte door geleiding, convectie of straling wordt overgedragen op een verwarmd lichaam of medium.

Er zijn verschillende soorten omzetting van elektrische energie in warmte, die methoden voor elektrische verwarming definiëren.

Weerstand verwarming

De stroom van elektrische stroom door elektrisch geleidende vaste stoffen of vloeibare media gaat gepaard met de ontwikkeling van warmte. Volgens de wet van Joule-Lenz is de hoeveelheid warmte Q = I2Rt, waarbij Q de hoeveelheid warmte is, J; ik — silatok, A; R is de weerstand van een lichaam of medium, Ohm; t — uitlooptijd, s.

Weerstandsverwarming kan worden gedaan door middel van contact- en elektrodemethoden.

Contactmethode Het wordt gebruikt om metalen te verwarmen, zowel door het principe van directe elektrische verwarming, bijvoorbeeld in apparaten voor elektrisch contactlassen, als door het principe van indirecte elektrische verwarming - in verwarmingselementen.

Elektrodemethode Het wordt gebruikt om niet-metalen geleidende materialen en media te verwarmen: water, melk, sappig voer, aarde, enz. Het verwarmde materiaal of medium wordt geplaatst tussen elektroden waarop een wisselspanning wordt aangelegd.

De elektrische stroom die door het materiaal tussen de elektroden gaat, warmt het op. Gewoon (niet-gedestilleerd) water geleidt een elektrische stroom, omdat het altijd een bepaalde hoeveelheid zouten, basen of zuren bevat, die uiteenvallen in ionen die elektrische ladingen dragen, een elektrische stroom dus. Het karakter van elektrische geleidbaarheid van melk en andere vloeistoffen, grond, sappig voer, enz. is gelijkend.

Directe elektrodeverwarming wordt alleen uitgevoerd op wisselstroom, aangezien gelijkstroom elektrolyse van het verwarmde materiaal en de achteruitgang ervan veroorzaakt.

Elektrische weerstandsverwarming heeft een brede toepassing gevonden in de productie vanwege de eenvoud, betrouwbaarheid, flexibiliteit en lage kosten van verwarmingsapparaten.

Elektrische boogverwarming

Bij een elektrische boog die ontstaat tussen twee elektroden in een gasvormig medium, wordt elektrische energie omgezet in warmte.

Om de boog te ontsteken, worden de elektroden die op de stroombron zijn aangesloten kort aangeraakt en vervolgens langzaam gescheiden. De weerstand van het contact op het moment van scheiding van de elektroden wordt sterk verwarmd door de stroom die er doorheen gaat.Vrije elektronen, constant in beweging in het metaal, versnellen hun beweging met toenemende temperatuur op het contactpunt van de elektroden.

Naarmate de temperatuur stijgt, neemt de snelheid van de vrije elektronen zo sterk toe dat ze losbreken van het metaal van de elektroden en de lucht in vliegen. Terwijl ze bewegen, botsen ze met luchtmoleculen en scheiden ze in positief en negatief geladen ionen. De luchtruimte tussen de elektroden wordt geïoniseerd en wordt elektrisch geleidend.

Onder invloed van de bronspanning stromen positieve ionen naar de negatieve pool (kathode) en negatieve ionen naar de positieve pool (anode), waardoor een lange ontlading ontstaat - een elektrische boog die gepaard gaat met het vrijkomen van warmte. De temperatuur van de boog is niet hetzelfde in de verschillende delen en is bij metalen elektroden: aan de kathode - ongeveer 2400 ° C, aan de anode - ongeveer 2600 ° C, in het midden van de boog - ongeveer 6000 - 7000 ° C .

Maak onderscheid tussen directe en indirecte elektrische boogverwarming. De belangrijkste praktische toepassing is te vinden in directe boogverwarming in elektrische booglasinstallaties. In indirecte verwarmingsinstallaties wordt de boog gebruikt als een krachtige bron van infraroodstralen.

Inductieverwarming

Als een stuk metaal in een wisselend magnetisch veld wordt geplaatst, wordt daarin een wisselende e geïnduceerd. D. s, onder invloed waarvan wervelstromen in het metaal zullen ontstaan. De passage van deze stromen in het metaal zal ervoor zorgen dat het opwarmt. Deze methode om het metaal te verhitten wordt inductie genoemd. Het ontwerp van sommige inductieverhitters is gebaseerd op het gebruik van het oppervlakte-effectfenomeen en het nabijheidseffect.

Industriële (50 Hz) en hoogfrequente (8-10 kHz, 70-500 kHz) stromen worden gebruikt voor inductieverwarming. Inductieverhitting van metalen lichamen (onderdelen, details) komt het meest voor in de machinebouw en reparatie van apparatuur, evenals voor het harden van metalen onderdelen. De inductiemethode kan ook worden gebruikt om water, grond, beton te verwarmen en melk te pasteuriseren.

Diëlektrische verwarming

De fysieke essentie van diëlektrische verwarming is als volgt. In vaste en vloeibare media met een slechte elektrische geleidbaarheid (diëlektrica) geplaatst in een snel veranderend elektrisch veld, wordt elektrische energie omgezet in warmte.

Elk diëlektricum bevat elektrische ladingen die aan elkaar zijn gebonden door intermoleculaire krachten. Deze ladingen worden gebonden ladingen genoemd, in tegenstelling tot gratis ladingen in geleidende materialen. Onder invloed van een elektrisch veld worden de bijbehorende ladingen georiënteerd of verplaatst in de richting van het veld. De verplaatsing van de bijbehorende ladingen onder invloed van een extern elektrisch veld wordt polarisatie genoemd.

In een wisselend elektrisch veld is er een continue beweging van ladingen en dus de intermoleculaire krachten van de moleculen die ermee verbonden zijn. De energie die door de bron wordt gebruikt om de moleculen van niet-geleidende materialen te polariseren, komt vrij in de vorm van warmte. Sommige niet-geleidende materialen hebben een kleine hoeveelheid vrije ladingen die onder invloed van een elektrisch veld een kleine geleidingsstroom creëren die bijdraagt ​​aan het vrijkomen van extra warmte in het materiaal.

Bij verwarming met een diëlektricum wordt het te verwarmen materiaal tussen metalen elektroden geplaatst - condensatorplaten, waarop hoogfrequente spanning (0,5 - 20 MHz en hoger) van een speciale hoogfrequente generator staat. Het diëlektrische verwarmingslichaam bestaat uit een hoogfrequente lampgenerator, een vermogenstransformator en een drooginrichting met elektroden.

Hoogfrequente diëlektrische verwarming is een veelbelovende verwarmingsmethode en wordt voornamelijk gebruikt voor het drogen en warmtebehandeling van hout, papier, voedsel en diervoeders (drogen van graan, groenten en fruit), pasteurisatie en sterilisatie van melk, enz.

Elektronenstraalverwarming (elektronisch)

Wanneer een in een elektrisch veld versnelde stroom elektronen (elektronenbundel) een verwarmd lichaam tegenkomt, wordt de elektrische energie omgezet in warmte. Kenmerkend voor elektronische verwarming is een hoge energieconcentratiedichtheid van 5×108 kW/cm2, wat duizenden malen hoger is dan bij elektrische boogverwarming Elektronische verwarming wordt in de industrie gebruikt voor het lassen van zeer kleine onderdelen en het smelten van ultrazuivere metalen.

Naast de weloverwogen methoden van elektrische verwarming, wordt infraroodverwarming (bestraling) gebruikt in de productie en het dagelijks leven.