วิธีการทำความร้อนด้วยไฟฟ้า

วิธีการเบื้องต้นและวิธีการเปลี่ยนพลังงานไฟฟ้าเป็นความร้อนจำแนกได้ดังนี้ มีความแตกต่างระหว่างการทำความร้อนด้วยไฟฟ้าโดยตรงและโดยอ้อม

ในการให้ความร้อนด้วยไฟฟ้าโดยตรง การเปลี่ยนแปลงของพลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานความร้อนเกิดขึ้นจากการผ่านของกระแสไฟฟ้าโดยตรงผ่านตัวกลางหรือตัวกลางที่ให้ความร้อน (โลหะ น้ำ นม ดิน ฯลฯ) ในการให้ความร้อนด้วยไฟฟ้าทางอ้อม กระแสไฟฟ้าจะไหลผ่านอุปกรณ์ทำความร้อนแบบพิเศษ (องค์ประกอบความร้อน) ซึ่งความร้อนจะถูกถ่ายโอนไปยังตัวกลางหรือตัวกลางที่ร้อนโดยการนำ การพา การพาหรือการแผ่รังสี

การแปลงพลังงานไฟฟ้าเป็นความร้อนมีหลายประเภท ซึ่งกำหนดวิธีการให้ความร้อนด้วยไฟฟ้า

ความต้านทานความร้อน

การไหลของกระแสไฟฟ้าผ่านของแข็งหรือของเหลวที่นำไฟฟ้าได้มาพร้อมกับวิวัฒนาการของความร้อน ตามกฎของ Joule-Lenz ปริมาณความร้อน Q = I2Rt โดยที่ Q คือปริมาณความร้อน J; ฉัน — ศิลาทอค A; R คือความต้านทานของร่างกายหรือตัวกลาง โอห์ม; เสื้อ — เวลาไหล s

การให้ความร้อนแบบต้านทานทำได้โดยวิธีสัมผัสและอิเล็กโทรด

วิธีการสัมผัส ใช้ในการให้ความร้อนแก่โลหะทั้งโดยหลักการให้ความร้อนด้วยไฟฟ้าโดยตรง เช่น ในอุปกรณ์เชื่อมแบบสัมผัสด้วยไฟฟ้า และโดยหลักการให้ความร้อนด้วยไฟฟ้าโดยอ้อม — ในองค์ประกอบความร้อน

วิธีอิเล็กโทรด ใช้สำหรับให้ความร้อนแก่วัสดุและสื่อนำไฟฟ้าที่ไม่ใช่โลหะ: น้ำ นม อาหารสัตว์ที่ฉ่ำน้ำ ดิน ฯลฯ วัสดุหรือตัวกลางที่ให้ความร้อนจะอยู่ระหว่างอิเล็กโทรดที่ใช้แรงดันไฟฟ้ากระแสสลับ

กระแสไฟฟ้าที่ผ่านวัสดุระหว่างอิเล็กโทรดทำให้ร้อนขึ้น น้ำธรรมดา (ไม่กลั่น) นำกระแสไฟฟ้าได้ เพราะในน้ำประกอบด้วยเกลือ เบส หรือกรดจำนวนหนึ่ง ซึ่งแตกตัวเป็นไอออนที่มีประจุไฟฟ้า ซึ่งก็คือกระแสไฟฟ้า ลักษณะการนำไฟฟ้าของนมและของเหลวอื่นๆ ดิน อาหารสัตว์ที่ฉ่ำน้ำ ฯลฯ คล้ายกัน.

การให้ความร้อนกับอิเล็กโทรดโดยตรงจะดำเนินการกับไฟฟ้ากระแสสลับเท่านั้น เนื่องจากไฟฟ้ากระแสตรงทำให้เกิดการอิเล็กโทรไลซิสของวัสดุที่ให้ความร้อนและการเสื่อมสภาพ

การทำความร้อนด้วยความต้านทานไฟฟ้าพบการใช้งานอย่างกว้างขวางในการผลิตเนื่องจากความเรียบง่าย ความน่าเชื่อถือ ความยืดหยุ่น และอุปกรณ์ทำความร้อนที่มีต้นทุนต่ำ

เครื่องทำความร้อนอาร์คไฟฟ้า

ในอาร์คไฟฟ้าที่เกิดขึ้นระหว่างสองขั้วไฟฟ้าในตัวกลางที่เป็นก๊าซ พลังงานไฟฟ้าจะถูกแปลงเป็นความร้อน

ในการจุดไฟส่วนโค้ง อิเล็กโทรดที่เชื่อมต่อกับแหล่งพลังงานจะถูกสัมผัสชั่วขณะแล้วค่อยๆ แยกออกจากกัน ความต้านทานของหน้าสัมผัสในขณะที่แยกอิเล็กโทรดนั้นได้รับความร้อนอย่างมากจากกระแสที่ไหลผ่านอิเล็กตรอนอิสระเคลื่อนที่ตลอดเวลาในโลหะ เร่งการเคลื่อนที่ด้วยอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น ณ จุดที่สัมผัสของอิเล็กโทรด

เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น ความเร็วของอิเล็กตรอนอิสระจะเพิ่มขึ้นมากจนหลุดออกจากโลหะของอิเล็กโทรดและบินขึ้นไปในอากาศ ขณะที่เคลื่อนที่ จะชนกับโมเลกุลของอากาศและแยกออกเป็นไอออนที่มีประจุบวกและประจุลบ ช่องว่างอากาศระหว่างอิเล็กโทรดจะแตกตัวเป็นไอออนและกลายเป็นตัวนำไฟฟ้า

ภายใต้อิทธิพลของแรงดันแหล่งกำเนิด ไอออนบวกพุ่งไปที่ขั้วลบ (แคโทด) และไอออนลบไปที่ขั้วบวก (แอโนด) ซึ่งก่อให้เกิดการคายประจุที่ยาวนาน - ส่วนโค้งไฟฟ้าที่มาพร้อมกับการปล่อยความร้อน อุณหภูมิของส่วนโค้งไม่เท่ากันในส่วนต่าง ๆ และอยู่ที่ขั้วไฟฟ้าโลหะ: ที่แคโทด - ประมาณ 2,400 ° C ที่ขั้วบวก - ประมาณ 2,600 ° C ที่ใจกลางของส่วนโค้ง - ประมาณ 6,000 — 7,000 ° C .

แยกแยะความแตกต่างระหว่างการให้ความร้อนด้วยอาร์คไฟฟ้าโดยตรงและโดยอ้อม การใช้งานจริงหลักพบในการให้ความร้อนแบบอาร์คโดยตรงในการติดตั้งการเชื่อมอาร์คด้วยไฟฟ้า ในการติดตั้งการให้ความร้อนทางอ้อม ส่วนโค้งจะใช้เป็นแหล่งรังสีอินฟราเรดที่ทรงพลัง

การเหนี่ยวนำความร้อน

หากวางชิ้นส่วนโลหะไว้ในสนามแม่เหล็กสลับ จะมีการเหนี่ยวนำไฟฟ้าสลับกัน ง. s ภายใต้อิทธิพลของกระแสน้ำวนที่จะเกิดขึ้นในโลหะ การไหลของกระแสเหล่านี้เข้าไปในโลหะจะทำให้โลหะร้อนขึ้น วิธีการให้ความร้อนแก่โลหะนี้เรียกว่าการเหนี่ยวนำ การออกแบบเครื่องทำความร้อนแบบเหนี่ยวนำบางประเภทขึ้นอยู่กับการใช้ปรากฏการณ์เอฟเฟกต์พื้นผิวและเอฟเฟกต์ความใกล้ชิด

กระแสอุตสาหกรรม (50 Hz) และความถี่สูง (8-10 kHz, 70-500 kHz) ใช้สำหรับการเหนี่ยวนำความร้อน การเหนี่ยวนำความร้อนของตัวเครื่องโลหะ (ชิ้นส่วน รายละเอียด) แพร่หลายมากที่สุดในการสร้างเครื่องจักรและการซ่อมแซมอุปกรณ์ เช่นเดียวกับการชุบแข็งชิ้นส่วนโลหะ วิธีการเหนี่ยวนำยังสามารถใช้ในการให้ความร้อนแก่น้ำ ดิน คอนกรีต และพาสเจอร์ไรส์นม

ความร้อนอิเล็กทริก

สาระสำคัญทางกายภาพของความร้อนไดอิเล็กตริกมีดังนี้ ในสื่อที่เป็นของแข็งและของเหลวที่มีค่าการนำไฟฟ้าต่ำ (ไดอิเล็กทริก) เมื่ออยู่ในสนามไฟฟ้าที่เปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็ว พลังงานไฟฟ้าจะถูกแปลงเป็นความร้อน

ไดอิเล็กตริกทุกตัวมีประจุไฟฟ้าที่จับกันโดยแรงระหว่างโมเลกุล ค่าใช้จ่ายเหล่านี้เรียกว่าค่าใช้จ่ายผูกมัดซึ่งตรงข้ามกับค่าใช้จ่ายฟรีในการดำเนินการวัสดุ ภายใต้การกระทำของสนามไฟฟ้า ประจุที่เกี่ยวข้องจะถูกวางหรือแทนที่ในทิศทางของสนาม การกระจัดของประจุที่เกี่ยวข้องภายใต้การกระทำของสนามไฟฟ้าภายนอกเรียกว่าโพลาไรเซชัน

ในสนามไฟฟ้ากระแสสลับ มีการเคลื่อนที่ของประจุอย่างต่อเนื่อง ดังนั้น แรงระหว่างโมเลกุลของโมเลกุลที่เกี่ยวข้องด้วย พลังงานที่แหล่งกำเนิดใช้ในการโพลาไรซ์โมเลกุลของวัสดุที่ไม่นำไฟฟ้าจะถูกปลดปล่อยออกมาในรูปของความร้อน วัสดุที่ไม่นำไฟฟ้าบางชนิดมีประจุอิสระจำนวนเล็กน้อย ซึ่งภายใต้อิทธิพลของสนามไฟฟ้า จะสร้างกระแสการนำไฟฟ้าขนาดเล็กที่ก่อให้เกิดการปลดปล่อยความร้อนเพิ่มเติมในวัสดุ

เมื่อให้ความร้อนด้วยอิเล็กทริก วัสดุที่จะให้ความร้อนจะถูกวางไว้ระหว่างอิเล็กโทรดโลหะ — แผ่นตัวเก็บประจุซึ่งแรงดันไฟฟ้าความถี่สูง (0.5 — 20 MHz และสูงกว่า) จากเครื่องกำเนิดความถี่สูงพิเศษ ตัวทำความร้อนไดอิเล็กทริกประกอบด้วยเครื่องกำเนิดหลอดไฟความถี่สูง หม้อแปลงไฟฟ้า และอุปกรณ์ทำให้แห้งพร้อมขั้วไฟฟ้า

การให้ความร้อนแบบไดอิเล็กทริกความถี่สูงเป็นวิธีการให้ความร้อนที่มีแนวโน้มดี และส่วนใหญ่ใช้สำหรับการอบแห้งและการรักษาความร้อนของไม้ กระดาษ อาหาร และอาหารสัตว์ (การอบแห้งเมล็ดพืช ผักและผลไม้) การพาสเจอร์ไรซ์และการสเตอริไลซ์นม ฯลฯ

การให้ความร้อนด้วยลำแสงอิเล็กตรอน (อิเล็กทรอนิกส์)

เมื่อกระแสของอิเล็กตรอน (ลำแสงอิเล็กตรอน) ที่เร่งความเร็วในสนามไฟฟ้าพบกับร่างกายที่ร้อน พลังงานไฟฟ้าจะถูกแปลงเป็นความร้อน คุณลักษณะเฉพาะของการทำความร้อนด้วยไฟฟ้าคือความหนาแน่นของความเข้มข้นของพลังงานสูงที่ 5×108 kW / cm2 ซึ่งสูงกว่าการให้ความร้อนด้วยอาร์คไฟฟ้าหลาย ๆ พันเท่า การให้ความร้อนแบบอิเล็กทรอนิกส์ใช้ในอุตสาหกรรมสำหรับการเชื่อมชิ้นส่วนขนาดเล็กมากและหลอมโลหะบริสุทธิ์พิเศษ

นอกเหนือจากวิธีการให้ความร้อนด้วยไฟฟ้าแล้ว ยังมีการใช้ความร้อนอินฟราเรด (การฉายรังสี) ในการผลิตและในชีวิตประจำวัน