שיטות חימום חשמלי

שיטות ושיטות בסיסיות להמרת אנרגיה חשמלית לחום המסווגות כדלקמן. מבחינים בין חימום חשמלי ישיר ועקיף.

בחימום חשמלי ישיר, הפיכת אנרגיה חשמלית לאנרגיה תרמית מתרחשת כתוצאה ממעבר זרם חשמלי ישירות דרך הגוף או המדיום המחומם (מתכת, מים, חלב, אדמה וכו'). בחימום חשמלי עקיף עובר זרם חשמלי דרך מכשיר חימום מיוחד (גוף חימום), ממנו מועבר החום לגוף או תווך מחומם בהולכה, הסעה או קרינה.

ישנם מספר סוגים של המרה של אנרגיה חשמלית לחום, המגדירים שיטות לחימום חשמלי.

חימום התנגדות

זרימת הזרם החשמלי דרך מוצקים מוליכים חשמלית או מדיה נוזלית מלווה בהתפתחות החום. לפי חוק Joule-Lenz, כמות החום Q = I2Rt, כאשר Q היא כמות החום, J; אני - סילאטוק, א; R היא ההתנגדות של גוף או מדיום, אוהם; t - זמן זרימה, ש.

חימום התנגדות יכול להתבצע בשיטות מגע ואלקטרודות.

שיטת מגע היא משמשת לחימום מתכות הן על פי העיקרון של חימום חשמלי ישיר, למשל במכשירי ריתוך מגע חשמלי, והן על ידי העיקרון של חימום חשמלי עקיף - בגופי חימום.

שיטת האלקטרודה משמשת לחימום חומרים ומדיה מוליכים שאינם מתכתיים: מים, חלב, מספוא עסיסי, אדמה וכו'. החומר או המדיום המחומם מונחים בין אלקטרודות שעליהן מופעל מתח חילופין.

הזרם החשמלי העובר דרך החומר בין האלקטרודות מחמם אותו. מים רגילים (לא מזוקקים) מוליכים זרם חשמלי, מכיוון שהם מכילים תמיד כמות מסוימת של מלחים, בסיסים או חומצות, שמתפרקים ליונים הנושאים מטענים חשמליים, כלומר זרם חשמלי. אופי המוליכות החשמלית של חלב ונוזלים אחרים, אדמה, מספוא עסיסי וכו'. דומה.

חימום אלקטרודה ישיר מתבצע רק על זרם חילופין, שכן זרם ישר גורם לאלקטרוליזה של החומר המחומם ולהידרדרותו.

חימום התנגדות חשמלי מצא יישום נרחב בייצור הודות לפשטותו, האמינות, הגמישות והעלות הנמוכה של מכשירי החימום.

חימום קשת חשמלי

בקשת חשמלית המתרחשת בין שתי אלקטרודות בתווך גזי, אנרגיה חשמלית מומרת לחום.

כדי להצית את הקשת, נוגעים בקצרה באלקטרודות המחוברות למקור הכוח ולאחר מכן מופרדות באיטיות. ההתנגדות של המגע ברגע ההפרדה של האלקטרודות מתחממת בחוזקה על ידי הזרם העובר דרכה.אלקטרונים חופשיים, הנעים כל הזמן במתכת, מאיצים את תנועתם עם עליית הטמפרטורה בנקודת המגע של האלקטרודות.

ככל שהטמפרטורה עולה, מהירות האלקטרונים החופשיים עולה עד כדי כך שהם מתנתקים ממתכת האלקטרודות ועופים לאוויר. בזמן שהם נעים, הם מתנגשים במולקולות אוויר ומפרידים אותם ליונים בעלי מטען חיובי ושלילי. חלל האוויר בין האלקטרודות מיונן והופך להיות מוליך חשמלי.

בהשפעת מתח המקור, יונים חיוביים ממהרים אל הקוטב השלילי (קתודה), ויונים שליליים אל הקוטב החיובי (אנודה), וכך נוצרת פריקה ארוכה - קשת חשמלית המלווה בשחרור חום. טמפרטורת הקשת אינה זהה בחלקיה השונים והיא באלקטרודות מתכת: בקתודה - כ-2400 מעלות צלזיוס, באנודה - כ-2600 מעלות צלזיוס, במרכז הקשת - כ-6000 - 7000 מעלות צלזיוס. .

הבדיל בין חימום קשת חשמלי ישיר ועקיף. היישום המעשי העיקרי נמצא בחימום קשת ישיר במתקני ריתוך בקשת חשמלית. במתקני חימום עקיף משמשת הקשת כמקור רב עוצמה לקרני אינפרא אדום.

חימום אינדוקציה

אם פיסת מתכת מונחת בשדה מגנטי מתחלף, אזי e מתחלף מושרה בו. ד. s, שבהשפעתם יתעוררו זרמי מערבולת במתכת. מעבר זרמים אלו לתוך המתכת יגרום להתחממותה. שיטה זו לחימום המתכת נקראת אינדוקציה. העיצוב של כמה מחממי אינדוקציה מבוסס על השימוש בתופעת אפקט פני השטח ואפקט הקרבה.

זרמים תעשייתיים (50 הרץ) ותדרים גבוהים (8-10 קילו-הרץ, 70-500 קילו-הרץ) משמשים לחימום אינדוקציה. חימום אינדוקציה של גופי מתכת (חלקים, פרטים) נפוץ ביותר בבניית מכונות ותיקון ציוד, כמו גם בהקשחת חלקי מתכת. ניתן להשתמש בשיטת האינדוקציה גם לחימום מים, אדמה, בטון ופסטור חלב.

חימום דיאלקטרי

המהות הפיזית של חימום דיאלקטרי היא כדלקמן. במדיה מוצקה ונוזלית עם מוליכות חשמלית ירודה (דיאלקטריות) הממוקמות בשדה חשמלי המשתנה במהירות, אנרגיה חשמלית מומרת לחום.

כל דיאלקטרי מכיל מטענים חשמליים הקשורים זה לזה על ידי כוחות בין-מולקולריים. חיובים אלו נקראים חיובים כבולים, בניגוד לחיובים חינם בהולכת חומרים. תחת פעולת שדה חשמלי, המטענים הקשורים מכוונים או נעקרים בכיוון השדה. העקירה של המטענים הקשורים תחת פעולת שדה חשמלי חיצוני נקראת קיטוב.

בשדה חשמלי מתחלף, יש תנועה מתמשכת של מטענים ולכן הכוחות הבין-מולקולריים של המולקולות הקשורות אליהם. האנרגיה שמוציא המקור כדי לקטב את המולקולות של חומרים לא מוליכים משתחררת בצורה של חום. לחלק מהחומרים הלא מוליכים יש כמות קטנה של מטענים חופשיים אשר בהשפעת שדה חשמלי יוצרים זרם הולכה קטן התורם לשחרור חום נוסף בחומר.

בעת חימום עם דיאלקטרי, החומר לחימום ממוקם בין אלקטרודות מתכת - לוחות קבלים, אליהם מתח בתדר גבוה (0.5 - 20 מגה-הרץ ומעלה) מגנרטור מיוחד בתדר גבוה. גוף החימום הדיאלקטרי מורכב מחולל מנורות בתדר גבוה, שנאי כוח ומכשיר ייבוש עם אלקטרודות.

חימום דיאלקטרי בתדירות גבוהה היא שיטת חימום מבטיחה ומשמשת בעיקר לייבוש וטיפול בחום של עצים, נייר, מזון והזנה (ייבוש תבואה, ירקות ופירות), פסטור ועיקור חלב וכו'.

חימום קרן אלקטרוני (אלקטרוני)

כאשר זרם אלקטרונים (קרן אלקטרונים) המואץ בשדה חשמלי נתקל בגוף מחומם, האנרגיה החשמלית מומרת לחום. מאפיין אופייני לחימום האלקטרוני הוא צפיפות ריכוז אנרגיה גבוהה של 5×108 קילוואט/ס"מ, הגבוהה פי כמה אלפי מאשר בחימום קשת חשמלי. חימום אלקטרוני משמש בתעשייה לריתוך חלקים קטנים מאוד ולהתכת מתכות טהורות במיוחד.

בנוסף לשיטות הנחשבות של חימום חשמלי, נעשה שימוש בחימום אינפרא אדום (הקרנה) בייצור ובחיי היומיום.