Elektrikütte meetodid

Elektrienergia soojuseks muundamise põhimeetodid ja meetodid klassifitseeritakse järgmiselt. Eristatakse otsest ja kaudset elektrikütet.

Otseses elektriküttes toimub elektrienergia muundamine soojusenergiaks elektrivoolu otse läbi kuumutatava keha või keskkonna (metall, vesi, piim, pinnas jne) läbimise tulemusena. Kaudse elektrikütte puhul läbib elektrivool spetsiaalset kütteseadet (kütteelementi), millest soojus kandub juhtivuse, konvektsiooni või kiirguse teel kuumutatud kehasse või keskkonda.

Elektrienergia soojuseks muundamiseks on mitut tüüpi, mis määratlevad elektrikütte meetodid.

Vastupidavusküte

Elektrivoolu vooluga läbi elektrit juhtivate tahkete ainete või vedelate ainete kaasneb soojuse eraldumine. Joule-Lenzi seaduse järgi soojushulk Q = I2Rt, kus Q on soojushulk J; I — silatok, A; R on keha või keskkonna takistus Ohm; t — vooluaeg, s.

Vastupanu kuumutamist saab teha kontakt- ja elektroodmeetodil.

Kontaktmeetod Seda kasutatakse metallide kuumutamiseks nii otsese elektrikütte põhimõttel, näiteks elektrikontaktkeevitusseadmetes, kui ka kaudse elektrikütte põhimõttel — kütteelementides.

Elektroodmeetod Seda kasutatakse mittemetalliliste juhtivate materjalide ja kandjate soojendamiseks: vesi, piim, mahlane sööt, muld jne. Kuumutatud materjal või keskkond asetatakse elektroodide vahele, millele rakendatakse vahelduvpinge.

Elektroodide vahelt materjali läbiv elektrivool soojendab seda. Tavaline (mittedestilleeritud) vesi juhib elektrivoolu, kuna sisaldab alati teatud koguses sooli, aluseid või happeid, mis dissotsieeruvad ioonideks, mis kannavad elektrilaenguid ehk siis elektrivoolu. Piima ja muude vedelike, mulla, mahlaku sööda jne elektrijuhtivuse iseloom. on sarnane.

Elektroodide otsesoojendamine toimub ainult vahelduvvooluga, kuna alalisvool põhjustab kuumutatud materjali elektrolüüsi ja selle halvenemist.

Elektritakistusküte on leidnud tootmises laialdast rakendust tänu oma lihtsusele, töökindlusele, paindlikkusele ja kütteseadmete madalale maksumusele.

Elektrikaare küte

Elektrikaares, mis tekib gaasilises keskkonnas kahe elektroodi vahel, muundatakse elektrienergia soojuseks.

Kaare süütamiseks puudutatakse korraks toiteallikaga ühendatud elektroode ja seejärel eraldatakse need aeglaselt. Kontakti takistust elektroodide eraldamise hetkel soojendab seda läbiv vool tugevalt.Metallis pidevalt liikuvad vabad elektronid kiirendavad oma liikumist temperatuuri tõusuga elektroodide kokkupuutepunktis.

Temperatuuri tõustes suureneb vabade elektronide kiirus nii palju, et nad murduvad elektroodide metallist lahti ja lendavad õhku. Liikudes põrkuvad nad õhumolekulidega ja eraldavad need positiivselt ja negatiivselt laetud ioonideks. Elektroodide vaheline õhuruum ioniseerub ja muutub elektrit juhtivaks.

Lähtepinge mõjul tormavad positiivsed ioonid negatiivsele poolusele (katoodile) ja negatiivsed ioonid positiivsele poolusele (anood), moodustades seega pika tühjenemise - elektrikaare, millega kaasneb soojuse eraldumine. Kaare temperatuur ei ole selle erinevates osades sama ja on metallelektroodidel: katoodil - umbes 2400 ° C, anoodil - umbes 2600 ° C, kaare keskel - umbes 6000 - 7000 ° C .

Eristage otsest ja kaudset elektrikaare kuumutamist. Peamine praktiline rakendus on otseses kaarkuumutamises elektrikaarkeevitusseadmetes. Kaudsete kütteseadmete puhul kasutatakse kaare võimsa infrapunakiirte allikana.

Induktsioonkuumutus

Kui metallitükk asetada vahelduvasse magnetvälja, siis indutseeritakse selles vahelduv e. d. s, mille mõjul tekivad metallis pöörisvoolud. Nende voolude läbimine metalli põhjustab selle kuumenemise. Seda metalli kuumutamise meetodit nimetatakse induktsiooniks. Mõnede induktsioonkuumutite disain põhineb pinnaefekti ja lähedusefekti kasutamisel.

Induktsioonkuumutamiseks kasutatakse tööstuslikke (50 Hz) ja kõrgsageduslikke (8-10 kHz, 70-500 kHz) voolusid. Metallkorpuste (osade, detailide) induktsioonkuumutamine on enim levinud masinaehituses ja seadmete remondis, samuti metalldetailide karastamises. Induktsioonmeetodit saab kasutada ka vee, mulla, betooni ja piima pastöriseerimiseks.

Dielektriline küte

Dielektrilise kuumutamise füüsikaline olemus on järgmine. Kiiresti muutuvasse elektrivälja asetatud halva elektrijuhtivusega tahkes ja vedelas keskkonnas (dielektrikud) muundatakse elektrienergia soojuseks.

Iga dielektrik sisaldab elektrilaenguid, mis on omavahel seotud molekulidevaheliste jõududega. Neid laenguid nimetatakse seotud laenguteks, erinevalt juhtivate materjalide tasuta laengutest. Elektrivälja toimel on seotud laengud orienteeritud või nihkunud välja suunas. Seotud laengute nihkumist välise elektrivälja toimel nimetatakse polarisatsiooniks.

Vahelduvas elektriväljas toimub pidev laengute liikumine ja seega ka nendega seotud molekulide molekulidevahelised jõud. Energia, mida allikas kulutab mittejuhtivate materjalide molekulide polariseerimiseks, vabaneb soojusena. Mõnel mittejuhtival materjalil on väike hulk vabu laenguid, mis tekitavad elektrivälja mõjul väikese juhtivusvoolu, mis aitab kaasa materjalis täiendava soojuse vabanemisele.

Dielektrikuga kuumutamisel asetatakse kuumutatav materjal metallelektroodide — kondensaatorplaatide vahele, millele suunatakse kõrgsageduspinge (0,5 — 20 MHz ja kõrgem) spetsiaalselt kõrgsagedusgeneraatorilt. Dielektriline küttekeha koosneb kõrgsageduslampide generaatorist, jõutrafost ja elektroodidega kuivatusseadmest.

Kõrgsageduslik dielektriline kuumutamine on paljulubav küttemeetod ja seda kasutatakse peamiselt puidu, paberi, toiduainete ja sööda kuivatamiseks ja kuumtöötlemiseks (teravilja, köögiviljade ja puuviljade kuivatamine), piima pastöriseerimiseks ja steriliseerimiseks jne.

Elektronkiirküte (elektrooniline)

Kui elektriväljas kiirendatud elektronide voog (elektronkiir) puutub kokku kuumutatud kehaga, muundatakse elektrienergia soojuseks. Elektroonilise kuumutamise iseloomulik tunnus on kõrge energiakontsentratsiooni tihedus 5×108 kW / cm2, mis on mitu tuhat korda suurem kui elektrikaare kütmisel.Elektroonilist kuumutamist kasutatakse tööstuses väga väikeste detailide keevitamiseks ja ülipuhaste metallide sulatamiseks.

Lisaks vaadeldavatele elektrikütte meetoditele kasutatakse tootmises ja igapäevaelus infrapunakütet (kiirgust).