Metode pemanasan listrik

Metode dasar dan metode konversi energi listrik menjadi panas diklasifikasikan sebagai berikut. Perbedaan dibuat antara pemanasan listrik langsung dan tidak langsung.

Dalam pemanas listrik langsung, transformasi energi listrik menjadi energi panas terjadi sebagai akibat aliran arus listrik langsung melalui benda atau media yang dipanaskan (logam, air, susu, tanah, dll.). Dalam pemanas listrik tidak langsung, arus listrik melewati alat pemanas khusus (elemen pemanas), dari mana panas dipindahkan ke benda atau media yang dipanaskan melalui konduksi, konveksi atau radiasi.

Ada beberapa jenis konversi energi listrik menjadi panas, yang menentukan metode pemanasan listrik.

Pemanasan resistensi

Aliran arus listrik melalui padatan atau media cair penghantar listrik disertai dengan evolusi panas. Menurut hukum Joule-Lenz, jumlah panas Q = I2Rt, dimana Q adalah jumlah panas, J; I—silatok, A; R adalah resistansi suatu benda atau medium, Ohm; t - aliran waktu, s.

Pemanasan resistansi dapat dilakukan dengan metode kontak dan elektroda.

Metode kontak Digunakan untuk memanaskan logam baik dengan prinsip pemanasan listrik langsung, misalnya pada perangkat las kontak listrik, dan dengan prinsip pemanasan listrik tidak langsung — dalam elemen pemanas.

Metode elektroda Digunakan untuk memanaskan bahan dan media konduktif non-logam: air, susu, pakan ternak, tanah, dll. Bahan atau media yang dipanaskan ditempatkan di antara elektroda yang diberi tegangan bolak-balik.

Arus listrik yang melewati bahan di antara elektroda memanaskannya. Air biasa (non-suling) menghantarkan arus listrik, karena selalu mengandung sejumlah garam, basa atau asam, yang terurai menjadi ion yang membawa muatan listrik, yaitu arus listrik. Karakter konduktivitas listrik susu dan cairan lainnya, tanah, pakan ternak segar, dll. mirip.

Pemanasan elektroda langsung dilakukan hanya pada arus bolak-balik, karena arus searah menyebabkan elektrolisis bahan yang dipanaskan dan kerusakannya.

Pemanasan hambatan listrik telah menemukan aplikasi luas dalam produksi karena kesederhanaan, keandalan, fleksibilitas, dan biaya perangkat pemanas yang rendah.

Pemanasan busur listrik

Dalam busur listrik yang terjadi antara dua elektroda dalam media gas, energi listrik diubah menjadi panas.

Untuk menyalakan busur, elektroda yang terhubung ke sumber listrik disentuh sebentar dan kemudian dipisahkan secara perlahan. Resistensi kontak pada saat pemisahan elektroda sangat panas oleh arus yang melewatinya.Elektron bebas, yang terus bergerak dalam logam, mempercepat gerakannya dengan meningkatnya suhu pada titik kontak elektroda.

Saat suhu meningkat, kecepatan elektron bebas meningkat sedemikian rupa sehingga terlepas dari logam elektroda dan terbang ke udara. Saat mereka bergerak, mereka bertabrakan dengan molekul udara dan memisahkannya menjadi ion bermuatan positif dan negatif. Ruang udara antara elektroda terionisasi dan menjadi konduktif secara elektrik.

Di bawah pengaruh tegangan sumber, ion positif mengalir ke kutub negatif (katoda), dan ion negatif ke kutub positif (anoda), sehingga membentuk pelepasan yang panjang - busur listrik disertai pelepasan panas. Suhu busur tidak sama di bagian yang berbeda dan di elektroda logam: di katoda - sekitar 2400 ° C, di anoda - sekitar 2600 ° C, di tengah busur - sekitar 6000 - 7000 ° C .

Bedakan antara pemanasan busur listrik langsung dan tidak langsung. Aplikasi praktis utama ditemukan dalam pemanasan busur langsung pada instalasi las busur listrik. Dalam instalasi pemanas tidak langsung, busur digunakan sebagai sumber sinar infra merah yang kuat.

Pemanasan induksi

Jika sepotong logam ditempatkan dalam medan magnet bolak-balik, maka e bolak-balik diinduksi di dalamnya. D. s, di bawah pengaruh arus eddy yang akan muncul di logam. Bagian dari arus ini ke dalam logam akan menyebabkannya memanas. Metode memanaskan logam ini disebut induksi. Desain beberapa pemanas induksi didasarkan pada penggunaan fenomena efek permukaan dan efek kedekatan.

Arus industri (50 Hz) dan frekuensi tinggi (8-10 kHz, 70-500 kHz) digunakan untuk pemanasan induksi. Pemanasan induksi badan logam (suku cadang, detail) paling banyak digunakan dalam pembuatan mesin dan perbaikan peralatan, serta untuk pengerasan bagian logam. Metode induksi juga dapat digunakan untuk memanaskan air, tanah, beton, dan mempasteurisasi susu.

Pemanasan dielektrik

Esensi fisik dari pemanasan dielektrik adalah sebagai berikut. Dalam media padat dan cair dengan konduktivitas listrik (dielektrik) yang buruk ditempatkan di medan listrik yang berubah dengan cepat, energi listrik diubah menjadi panas.

Setiap dielektrik mengandung muatan listrik yang diikat bersama oleh gaya antarmolekul. Biaya ini disebut biaya terikat, sebagai lawan dari biaya gratis dalam melakukan bahan. Di bawah aksi medan listrik, muatan terkait diorientasikan atau dipindahkan ke arah medan. Perpindahan muatan terkait di bawah aksi medan listrik eksternal disebut polarisasi.

Dalam medan listrik bolak-balik, ada pergerakan muatan yang terus menerus dan oleh karena itu gaya antarmolekul dari molekul yang terkait dengannya. Energi yang dikeluarkan oleh sumber untuk mempolarisasi molekul bahan nonkonduktor dilepaskan dalam bentuk panas. Beberapa bahan non-konduktor memiliki sejumlah kecil muatan bebas yang, di bawah pengaruh medan listrik, menghasilkan arus konduksi kecil yang berkontribusi pada pelepasan panas tambahan dalam bahan tersebut.

Saat memanaskan dengan dielektrik, bahan yang akan dipanaskan ditempatkan di antara elektroda logam - pelat kapasitor, yang diberi tegangan frekuensi tinggi (0,5 — 20 MHz dan lebih tinggi) dari generator frekuensi tinggi khusus. Badan pemanas dielektrik terdiri dari generator lampu frekuensi tinggi, transformator daya, dan perangkat pengering dengan elektroda.

Pemanasan dielektrik frekuensi tinggi adalah metode pemanasan yang menjanjikan dan terutama digunakan untuk pengeringan dan perlakuan panas kayu, kertas, makanan dan pakan (mengeringkan biji-bijian, sayuran dan buah-buahan), pasteurisasi dan sterilisasi susu, dll.

Pemanasan berkas elektron (elektronik)

Ketika aliran elektron (berkas elektron) yang dipercepat dalam medan listrik bertemu dengan benda yang dipanaskan, energi listrik diubah menjadi panas. Ciri khas pemanasan elektronik adalah kerapatan konsentrasi energi tinggi 5×108 kW / cm2, yang beberapa ribu kali lebih tinggi daripada pemanasan busur listrik Pemanasan elektronik digunakan dalam industri untuk mengelas bagian yang sangat kecil dan melelehkan logam ultra murni.

Selain metode pemanasan listrik yang dipertimbangkan, pemanasan inframerah (iradiasi) digunakan dalam produksi dan kehidupan sehari-hari.