Způsoby elektrického vytápění

Základní metody a způsoby přeměny elektrické energie na teplo členěné následovně. Rozlišuje se přímé a nepřímé elektrické vytápění.

Při přímém elektrickém ohřevu dochází k přeměně elektrické energie na tepelnou v důsledku průchodu elektrického proudu přímo ohřívaným tělesem nebo médiem (kov, voda, mléko, půda atd.). Při nepřímém elektrickém ohřevu prochází elektrický proud speciálním topným zařízením (topným tělesem), ze kterého se teplo předává ohřívanému tělesu nebo médiu vedením, konvekcí nebo sáláním.

Existuje několik typů přeměny elektrické energie na teplo, které definují způsoby elektrického ohřevu.

Odporové vytápění

Tok elektrického proudu elektricky vodivými pevnými látkami nebo kapalnými médii je doprovázen vývinem tepla. Podle Joule-Lenzova zákona je množství tepla Q = I2Rt, kde Q je množství tepla, J; I — silatok, A; R je odpor tělesa nebo média, Ohm; t — doba toku, s.

Odporový ohřev lze provádět kontaktními a elektrodovými metodami.

Kontaktní metoda Používá se k ohřevu kovů jak na principu přímého elektrického ohřevu např. v elektrických kontaktních svářecích zařízeních, tak na principu nepřímého elektrického ohřevu — v topných tělesech.

Elektrodová metoda Používá se k ohřevu nekovových vodivých materiálů a médií: vody, mléka, šťavnatého krmiva, půdy atd. Zahřátý materiál nebo médium je umístěno mezi elektrody, na které je přivedeno střídavé napětí.

Elektrický proud procházející materiálem mezi elektrodami jej zahřívá. Obyčejná (nedestilovaná) voda vede elektrický proud, protože vždy obsahuje určité množství solí, zásad nebo kyselin, které se disociují na ionty nesoucí elektrické náboje, tedy elektrický proud. Charakter elektrické vodivosti mléka a jiných tekutin, půdy, šťavnatého krmiva atd. je podobný.

Přímý ohřev elektrody se provádí pouze střídavým proudem, protože stejnosměrný proud způsobuje elektrolýzu ohřívaného materiálu a jeho znehodnocení.

Elektrické odporové vytápění našlo široké uplatnění ve výrobě pro svou jednoduchost, spolehlivost, flexibilitu a nízkou cenu topných zařízení.

Topení elektrickým obloukem

V elektrickém oblouku, který vzniká mezi dvěma elektrodami v plynném prostředí, se elektrická energie přeměňuje na teplo.

K zapálení oblouku se krátce dotkne elektrod připojených ke zdroji energie a poté se pomalu oddělí. Odpor kontaktu v okamžiku oddělení elektrod je silně zahříván procházejícím proudem.Volné elektrony, neustále se pohybující v kovu, urychlují svůj pohyb s rostoucí teplotou v místě kontaktu elektrod.

S rostoucí teplotou se rychlost volných elektronů zvyšuje natolik, že se odtrhnou od kovu elektrod a vyletí do vzduchu. Při pohybu se srážejí s molekulami vzduchu a rozdělují je na kladně a záporně nabité ionty. Vzduchový prostor mezi elektrodami je ionizován a stává se elektricky vodivým.

Vlivem napětí zdroje se kladné ionty vrhají na záporný pól (katoda) a záporné ionty na kladný pól (anoda), čímž vzniká dlouhý výboj - elektrický oblouk doprovázený uvolňováním tepla. Teplota oblouku není v různých částech stejná a je na kovových elektrodách: na katodě - asi 2400 ° C, na anodě - asi 2600 ° C, ve středu oblouku - asi 6000 - 7000 ° C .

Rozlišujte mezi přímým a nepřímým elektrickým obloukovým ohřevem. Hlavní praktické použití se nachází v přímém obloukovém ohřevu v zařízeních pro svařování elektrickým obloukem. V instalacích nepřímého vytápění se oblouk používá jako silný zdroj infračervených paprsků.

Indukční ohřev

Pokud je kus kovu umístěn ve střídavém magnetickém poli, pak se v něm indukuje střídavé e. d. s, pod jejichž vlivem budou v kovu vznikat vířivé proudy. Průchod těchto proudů do kovu způsobí jeho zahřátí. Tento způsob ohřevu kovu se nazývá indukce. Konstrukce některých indukčních ohřívačů je založena na využití jevu povrchového efektu a efektu přiblížení.

Pro indukční ohřev se používají průmyslové (50 Hz) a vysokofrekvenční (8-10 kHz, 70-500 kHz) proudy. Indukční ohřev kovových těles (dílů, detailů) je nejrozšířenější ve strojírenství a opravách zařízení a také pro kalení kovových dílů. Indukční metodu lze také použít k ohřevu vody, půdy, betonu a pasterizaci mléka.

Dielektrické vytápění

Fyzikální podstata dielektrického ohřevu je následující. V pevných a kapalných médiích se špatnou elektrickou vodivostí (dielektrika) umístěných v rychle se měnícím elektrickém poli se elektrická energie přeměňuje na teplo.

Každé dielektrikum obsahuje elektrické náboje vázané dohromady mezimolekulárními silami. Tyto poplatky se nazývají vázané poplatky, na rozdíl od bezplatných poplatků za vedení materiálů. Působením elektrického pole se související náboje orientují nebo přemístí ve směru pole. Přemístění souvisejících nábojů působením vnějšího elektrického pole se nazývá polarizace.

Ve střídavém elektrickém poli dochází k nepřetržitému pohybu nábojů a tedy i mezimolekulárních sil molekul s nimi spojených. Energie vynaložená zdrojem na polarizaci molekul nevodivých materiálů se uvolňuje ve formě tepla. Některé nevodivé materiály mají malé množství volných nábojů, které vlivem elektrického pole vytvářejí malý vodivý proud, který přispívá k uvolňování dalšího tepla v materiálu.

Při ohřevu dielektrikem se ohřívaný materiál umístí mezi kovové elektrody — kondenzátorové desky, na které se přivádí vysokofrekvenční napětí (0,5 — 20 MHz a vyšší) ze speciálního vysokofrekvenčního generátoru. Dielektrické topné těleso se skládá z generátoru vysokofrekvenční lampy, výkonového transformátoru a sušícího zařízení s elektrodami.

Vysokofrekvenční dielektrický ohřev je perspektivní způsob ohřevu a používá se především pro sušení a tepelné zpracování dřeva, papíru, potravin a krmiv (sušení obilí, zeleniny a ovoce), pasterizaci a sterilizaci mléka atd.

Vyhřívání elektronovým paprskem (elektronické)

Když proud elektronů (elektronový paprsek) urychlený v elektrickém poli narazí na zahřáté těleso, elektrická energie se přemění na teplo. Charakteristickým rysem elektronického ohřevu je vysoká hustota koncentrace energie 5×108 kW / cm2, která je několikatisíckrát vyšší než u elektrického obloukového ohřevu Elektronický ohřev se používá v průmyslu pro svařování velmi malých dílů a tavení ultračistých kovů.

Kromě uvažovaných způsobů elektrického vytápění se ve výrobě a každodenním životě používá infračervené vytápění (ozařování).