Metodi di riscaldamento elettrico

Metodi di base e metodi di conversione dell'energia elettrica in calore classificati come segue. Si distingue tra riscaldamento elettrico diretto e indiretto.

Nel riscaldamento elettrico diretto, la trasformazione dell'energia elettrica in energia termica avviene per effetto del passaggio di corrente elettrica direttamente attraverso il corpo o mezzo riscaldato (metallo, acqua, latte, suolo, ecc.). Nel riscaldamento elettrico indiretto, una corrente elettrica passa attraverso uno speciale dispositivo di riscaldamento (elemento riscaldante), dal quale il calore viene trasferito a un corpo o mezzo riscaldato per conduzione, convezione o irraggiamento.

Esistono diversi tipi di conversione dell'energia elettrica in calore, che definiscono i metodi di riscaldamento elettrico.

Riscaldamento a resistenza

Il flusso di corrente elettrica attraverso solidi elettricamente conduttivi o mezzi liquidi è accompagnato dall'evoluzione del calore. Secondo la legge di Joule-Lenz, la quantità di calore Q = I2Rt, dove Q è la quantità di calore, J; io — silatok, A; R è la resistenza di un corpo o mezzo, Ohm; t — tempo di flusso, s.

Il riscaldamento della resistenza può essere effettuato mediante metodi di contatto ed elettrodi.

Metodo di contatto Viene utilizzato per riscaldare i metalli sia mediante il principio del riscaldamento elettrico diretto, ad esempio nei dispositivi di saldatura elettrica a contatto, sia mediante il principio del riscaldamento elettrico indiretto, negli elementi riscaldanti.

Metodo dell'elettrodo Viene utilizzato per riscaldare materiali e mezzi conduttivi non metallici: acqua, latte, foraggio succoso, terreno, ecc. Il materiale o mezzo riscaldato viene posto tra gli elettrodi a cui viene applicata una tensione alternata.

La corrente elettrica che passa attraverso il materiale tra gli elettrodi lo riscalda. L'acqua ordinaria (non distillata) conduce una corrente elettrica, perché contiene sempre una certa quantità di sali, basi o acidi, che si dissociano in ioni che portano cariche elettriche, cioè una corrente elettrica. Il carattere della conduttività elettrica del latte e di altri liquidi, suolo, foraggi succulenti, ecc. è simile.

Il riscaldamento diretto dell'elettrodo viene eseguito solo con corrente alternata, poiché la corrente continua provoca l'elettrolisi del materiale riscaldato e il suo deterioramento.

Il riscaldamento a resistenza elettrica ha trovato ampia applicazione nella produzione grazie alla sua semplicità, affidabilità, flessibilità e basso costo dei dispositivi di riscaldamento.

Riscaldamento ad arco elettrico

In un arco elettrico che si verifica tra due elettrodi in un mezzo gassoso, l'energia elettrica viene convertita in calore.

Per accendere l'arco, gli elettrodi collegati alla fonte di alimentazione vengono brevemente toccati e poi lentamente separati. La resistenza del contatto al momento della separazione degli elettrodi è fortemente riscaldata dalla corrente che lo attraversa.Gli elettroni liberi, in costante movimento nel metallo, accelerano il loro movimento con l'aumentare della temperatura nel punto di contatto degli elettrodi.

All'aumentare della temperatura, la velocità degli elettroni liberi aumenta così tanto che si staccano dal metallo degli elettrodi e volano in aria. Mentre si muovono, entrano in collisione con le molecole d'aria e le separano in ioni caricati positivamente e negativamente. Lo spazio d'aria tra gli elettrodi viene ionizzato e diventa elettricamente conduttivo.

Sotto l'influenza della tensione della sorgente, gli ioni positivi si precipitano verso il polo negativo (catodo) e gli ioni negativi verso il polo positivo (anodo), formando così una lunga scarica - un arco elettrico accompagnato dal rilascio di calore. La temperatura dell'arco non è la stessa nelle sue diverse parti ed è agli elettrodi metallici: al catodo - circa 2400 ° C, all'anodo - circa 2600 ° C, al centro dell'arco - circa 6000 - 7000 ° C .

Distinguere tra riscaldamento ad arco elettrico diretto e indiretto. La principale applicazione pratica si trova nel riscaldamento ad arco diretto negli impianti di saldatura ad arco elettrico. Negli impianti di riscaldamento indiretto, l'arco viene utilizzato come potente fonte di raggi infrarossi.

Riscaldamento a induzione

Se un pezzo di metallo viene posto in un campo magnetico alternato, in esso viene indotta una e alternata. D. s, sotto l'influenza di cui sorgeranno correnti parassite nel metallo. Il passaggio di queste correnti nel metallo ne causerà il riscaldamento. Questo metodo di riscaldamento del metallo è chiamato induzione. Il design di alcuni riscaldatori a induzione si basa sull'uso del fenomeno dell'effetto di superficie e dell'effetto di prossimità.

Le correnti industriali (50 Hz) e ad alta frequenza (8-10 kHz, 70-500 kHz) vengono utilizzate per il riscaldamento a induzione. Il riscaldamento a induzione di corpi metallici (parti, dettagli) è più diffuso nella costruzione di macchine e nella riparazione di attrezzature, nonché per l'indurimento di parti metalliche. Il metodo ad induzione può essere utilizzato anche per riscaldare acqua, terra, cemento e pastorizzare il latte.

Riscaldamento dielettrico

L'essenza fisica del riscaldamento dielettrico è la seguente. In mezzi solidi e liquidi con scarsa conduttività elettrica (dielettrici) posti in un campo elettrico che cambia rapidamente, l'energia elettrica viene convertita in calore.

Ogni dielettrico contiene cariche elettriche legate insieme da forze intermolecolari. Queste cariche sono chiamate cariche legate, in contrapposizione alle cariche libere nei materiali conduttori. Sotto l'azione di un campo elettrico, le cariche associate sono orientate o spostate nella direzione del campo. Lo spostamento delle cariche associate sotto l'azione di un campo elettrico esterno è chiamato polarizzazione.

In un campo elettrico alternato c'è un movimento continuo di cariche e quindi delle forze intermolecolari delle molecole ad esse associate. L'energia spesa dalla sorgente per polarizzare le molecole dei materiali non conduttori viene rilasciata sotto forma di calore. Alcuni materiali non conduttori hanno una piccola quantità di cariche libere che, sotto l'influenza di un campo elettrico, creano una piccola corrente di conduzione che contribuisce al rilascio di ulteriore calore nel materiale.

Quando si riscalda con un dielettrico, il materiale da riscaldare viene posto tra elettrodi metallici - piastre del condensatore, a cui viene applicata la tensione ad alta frequenza (0,5 - 20 MHz e oltre) da uno speciale generatore ad alta frequenza. Il corpo riscaldante dielettrico è costituito da un generatore di lampade ad alta frequenza, un trasformatore di potenza e un dispositivo di asciugatura con elettrodi.

Il riscaldamento dielettrico ad alta frequenza è un metodo di riscaldamento promettente ed è utilizzato principalmente per l'essiccazione e il trattamento termico di legno, carta, alimenti e mangimi (essiccazione di grano, verdura e frutta), pastorizzazione e sterilizzazione del latte, ecc.

Riscaldamento a fascio di elettroni (elettronico)

Quando un flusso di elettroni (fascio di elettroni) accelerato in un campo elettrico incontra un corpo riscaldato, l'energia elettrica viene convertita in calore. Una caratteristica del riscaldamento elettronico è un'elevata densità di concentrazione di energia di 5×108 kW / cm2, che è diverse migliaia di volte superiore rispetto al riscaldamento ad arco elettrico.Il riscaldamento elettronico viene utilizzato nell'industria per saldare parti molto piccole e fondere metalli ultrapuri.

Oltre ai metodi considerati di riscaldamento elettrico, nella produzione e nella vita di tutti i giorni viene utilizzato il riscaldamento a infrarossi (irradiazione).