Ogrzewanie elektryczne

Ogrzewanie elektryczne

Ogrzewanie elektryczne wykorzystuje ciepło powstałe w wyniku zamiany energii elektrycznej na energię cieplną. Do podstawowych rodzajów ogrzewania elektrycznego należą:

– ogrzewanie oporowe,

– ogrzewanie łukowe,

– ogrzewanie indukcyjne,

– ogrzewanie dielektryczne,

– ogrzewanie na podczerwień.

Ogrzewanie oporowe

Ogrzewanie oporowe wykorzystuje konwersję energii elektrycznej w ciepło, gdy prąd elektryczny przechodzi przez aktywny opornik. Moc elektryczna jest przekształcana w ciepło (ciepło Joule’a), którego ilość jest określona przez prawo Joule’a.

Ciepło Joule’a to ciepło wytworzone w przewodniku elektrycznym w wyniku przepływu prądu elektrycznego. Ogrzewanie przewodnika można wyjaśnić przekazaniem części energii kinetycznej cząstek wywołujących  prąd elektryczny  (najczęściej  elektronów) cząstkom nie biorącym udziału w prądzie elektrycznym (najczęściej jonom dodatnim znajdującym się w stałych położeniach). Zwiększa to ruch termiczny tych cząsteczek i nagrzewa przewodnik. Ogrzewanie oporowe dzieli się na bezpośrednie i pośrednie. W bezpośrednim ogrzewaniu oporowym prąd elektryczny przepływa bezpośrednio przez ogrzewaną substancję. Jest to związane z rezystancją ogrzewanego materiału.

W pośrednim ogrzewaniu oporowym ciepło wytwarzane jest w elemencie grzejnym (najczęściej jest to spirala grzejna) i przekazywane jest do ogrzewanego materiału na drodze przewodzenia. Ogrzewanie oporowe stosowane jest w tzw. elektryczne urządzenia grzewcze, np. piece elektryczne dla hutnictwa, elektryczne piece akumulacyjne, grzejnik elektryczny, piec elektryczny, …

Najstarszy człowiek na świecie

Ogrzewanie łukowe

Ogrzewanie łukowe Łuk elektryczny to intensywnie świecące i wyraźnie ograniczone wyładowanie elektryczne w powietrzu lub gazie pomiędzy dwiema elektrodami. Powstanie łuku uzyskuje się poprzez umieszczenie elektrod bardzo blisko siebie, ewentualnie dotknięcie, i podłączenie ich do źródła napięcia. Przepływający prąd elektryczny podgrzewa je w miejscu styku, aż stają się rozgrzane do czerwoności. Jeśli następnie je opóźnimy, to przepływ prądu elektrycznego nie jest już przerwany, ponieważ ze względu na wysoką temperaturę nastąpiła jonizacja powietrza (gazu) – powstanie plazmy. Ma to ten skutek, że ciepło jest wytwarzane w samym łuku i łuk nie zależy już od temperatury elektrod. Łuk elektryczny osiąga temperaturę 3 000 – 6 000 oC. Ogrzewanie łukowe stosowane jest w spawalnictwie łukowym, a w metalurgii – w elektrycznych piecach łukowych.

Ogrzewanie indukcyjne

Ogrzewanie indukcyjne opiera się na zasadzie ogrzewania przez indukowane prądy wirowe. Według zastosowanej częstotliwości dzieli się na:

– niska częstotliwość 50 Hz;

– częstotliwość środkowa 500 – 3 000 Hz;

– wysoka częstotliwość powyżej 3000 Hz

Ogrzewanie indukcyjne jest wykorzystywane w hutnictwie – elektryczne piece indukcyjne, a ostatnio znalazło zastosowanie w gospodarstwach domowych – elektryczne kuchenki indukcyjne.

Ogrzewanie dielektryczne

Dielektryczne ogrzewanie niemetali jest osadzone w elektrycznym polu wysokiej częstotliwości. W wyniku szybkiej repolaryzacji cząsteczek ogrzewanej substancji powstają straty, które zamieniane są na ciepło. Ich wielkość zależy od natężenia pola elektrycznego, częstotliwości, względnej przenikalności substancji ogrzewanej (εr : 2 – 7) oraz współczynnika stratności dielektryka (tgδ : 0,01 – 0,08), Stosowana częstotliwość wynosi 1 – 300 MHz. Ogrzewanie dielektryczne stosuje się np. do suszenia, drewna, zboża, tytoniu, papieru, produkcji tworzyw sztucznych i spawania tworzyw sztucznych itp.

Szczególnym rodzajem ogrzewania dielektrycznego jest ogrzewanie mikrofalowe, które pracuje z częstotliwościami rzędu GHz (2,375 – 2,450 – 5,800 – 24,150 GHz). Źródłem pola wysokiej częstotliwości są specjalne rury – magnetrony. Nagrzewanie odbywa się w idealnie zamkniętej przestrzeni roboczej (rezonator wielomodowy). Do ogrzewania mikrofalowego wykorzystuje się np. do podgrzewania i suszenia w obróbce drewna, przemyśle spożywczym, produkcji tworzyw sztucznych, wulkanizacji gumy, w gospodarstwie domowym – mikrofale …

Ogrzewanie podczerwienią

Ogrzewanie podczerwienią Źródłem promieniowania podczerwonego są promienniki podczerwieni, które emitują promieniowanie o długości fali 750 – 10 000 nm. Promieniowanie podczerwone przenika przez tkaninę i szybko ją ogrzewa. Rozmieszczenie źródeł podczerwieni według temperatury:

a) źródła wysokotemperaturowe (świecące) z tzw. krótkofalowe promieniowanie podczerwone, temperatura 1200 – 2400 °C, stosowane są specjalne żarówki, emitery ceramiczne.

b) średniotemperaturowe (świecące) źródła promieniowania w zakresie średniej podczerwieni, temperatura 700 – 1200 °C, stosowane są rury kwarcowe ze spiralą grzewczą.

c) źródła niskotemperaturowe (ciemne) z długofalowym promieniowaniem podczerwonym, temperatura 300 – 700 °C, wykorzystują metalowe spirale w materiałach ceramicznych.

Ogrzewanie podczerwienią jest wykorzystywane do suszenia, wypalania, ogrzewania w przemyśle, rolnictwie oraz w domu (ogrzewanie). Zwykłe szkło absorbuje promieniowanie podczerwone, dlatego w źródłach podczerwieni stosuje się szkło kwarcowe.