Методе електричног грејања

Основне методе и методе претварања електричне енергије у топлоту класификују се на следећи начин. Прави се разлика између директног и индиректног електричног грејања.

Код директног електричног грејања трансформација електричне енергије у топлотну настаје као резултат проласка електричне струје директно кроз загрејано тело или медијум (метал, вода, млеко, земљиште и др.). Код индиректног електричног грејања, електрична струја пролази кроз посебан грејни уређај (грејни елемент), са којег се топлота проводом, конвекцијом или зрачењем преноси на загрејано тело или медијум.

Постоји неколико врста претварања електричне енергије у топлоту, које дефинишу методе електричног грејања.

Отпорно грејање

Проток електричне струје кроз електрично проводне чврсте материје или течне медије је праћен еволуцијом топлоте. Према Јоуле-Ленцовом закону, количина топлоте К = И2Рт, где је К количина топлоте, Ј; И — силаток, А; Р је отпор тела или средине, Охм; т — време протока, с.

Отпорно загревање се може извршити контактним и електродним методама.

Контактна метода Користи се за загревање метала како по принципу директног електричног загревања, на пример у уређајима за електрично контактно заваривање, тако и по принципу индиректног електричног загревања — у грејним елементима.

Метода електрода Користи се за загревање неметалних проводних материјала и медија: воде, млека, сочне сточне хране, земље итд. Загрејани материјал или медијум се поставља између електрода на које се примењује наизменични напон.

Електрична струја која пролази кроз материјал између електрода га загрева. Обична (недестилована) вода проводи електричну струју, јер увек садржи одређену количину соли, база или киселина, које се дисоцирају на јоне који носе електрична наелектрисања, односно електричну струју. Карактер електричне проводљивости млека и других течности, земљишта, сочне сточне хране и др. слично је.

Директно загревање електрода се врши само на наизменичну струју, пошто једносмерна струја изазива електролизу загрејаног материјала и његово пропадање.

Електрично отпорно грејање нашло је широку примену у производњи због своје једноставности, поузданости, флексибилности и ниске цене уређаја за грејање.

Грејање на електрични лук

У електричном луку који се јавља између две електроде у гасовитом медију, електрична енергија се претвара у топлоту.

Да би се запалио лук, електроде повезане са извором напајања се накратко додирују, а затим полако раздвајају. Отпор контакта у тренутку раздвајања електрода снажно се загрева струјом која пролази кроз њега.Слободни електрони, који се стално крећу у металу, убрзавају своје кретање са повећањем температуре на месту контакта електрода.

Како температура расте, брзина слободних електрона расте толико да се одвајају од метала електрода и лете у ваздух. Док се крећу, сударају се са молекулима ваздуха и раздвајају их на позитивно и негативно наелектрисане јоне. Ваздушни простор између електрода се јонизује и постаје електрично проводљив.

Под утицајем напона извора, позитивни јони јуре ка негативном полу (катоди), а негативни јони ка позитивном полу (аноди), формирајући тако дуго пражњење – електрични лук праћен ослобађањем топлоте. Температура лука није иста у различитим деловима и налази се на металним електродама: на катоди — око 2400 °Ц, на аноди — око 2600 °Ц, у центру лука — око 6000 — 7000 °Ц .

Разликовати директно и индиректно грејање електричним луком. Главна практична примена налази се у грејању директног лука у инсталацијама за електролучно заваривање. У инсталацијама индиректног грејања, лук се користи као моћан извор инфрацрвених зрака.

Индукционо загревање

Ако се комад метала стави у наизменично магнетно поље, онда се у њему индукује наизменични е. д. с, под чијим утицајем ће настати вртложне струје у металу. Пролазак ових струја у метал ће изазвати његово загревање. Овај начин загревања метала назива се индукција. Дизајн неких индукционих грејача заснива се на коришћењу феномена површинског ефекта и ефекта близине.

За индукционо загревање се користе индустријске (50 Хз) и високофреквентне (8-10 кХз, 70-500 кХз) струје. Индукционо загревање металних тела (делова, детаља) је најраспрострањеније у машиноградњи и поправци опреме, као и за каљење металних делова. Метода индукције се такође може користити за загревање воде, земље, бетона и пастеризацију млека.

Диелектрично грејање

Физичка суштина диелектричног загревања је следећа. У чврстим и течним медијима са слабом електричном проводљивошћу (диелектрици) смештеним у електрично поље које се брзо мења, електрична енергија се претвара у топлоту.

Сваки диелектрик садржи електрична наелектрисања повезана међумолекулским силама. Ови набоји се називају везани набоји, за разлику од бесплатних набоја у проводним материјалима. Под дејством електричног поља, придружена наелектрисања се оријентишу или померају у правцу поља. Померање повезаних наелектрисања под дејством спољашњег електричног поља назива се поларизација.

У наизменичном електричном пољу постоји непрекидно кретање наелектрисања, а самим тим и међумолекулских сила молекула повезаних са њима. Енергија коју извор троши на поларизацију молекула непроводних материјала ослобађа се у облику топлоте. Неки непроводни материјали имају малу количину слободних наелектрисања која под утицајем електричног поља стварају малу проводну струју која доприноси ослобађању додатне топлоте у материјалу.

Приликом загревања са диелектриком, материјал који се загрева поставља се између металних електрода — кондензаторских плоча, на које се са посебног високофреквентног генератора допушта високофреквентни напон (0,5—20 МХз и више). Диелектрично грејно тело се састоји од генератора високофреквентне лампе, енергетског трансформатора и уређаја за сушење са електродама.

Високофреквентно диелектрично загревање је перспективна метода грејања и углавном се користи за сушење и топлотну обраду дрвета, папира, хране и хране за животиње (сушење житарица, поврћа и воћа), пастеризацију и стерилизацију млека итд.

Грејање електронским снопом (електронско)

Када ток електрона (електронски сноп) убрзан у електричном пољу наиђе на загрејано тело, електрична енергија се претвара у топлоту. Карактеристична карактеристика електронског грејања је висока густина концентрације енергије од 5×108 кВ/цм2, која је неколико хиљада пута већа него код грејања на електрични лук.Електронско грејање се користи у индустрији за заваривање веома малих делова и топљење ултрачистих метала.

Поред разматраних метода електричног грејања, инфрацрвено грејање (зрачење) се користи у производњи и свакодневном животу.