電気加熱方式

電気エネルギーを熱に変換する基本的な方法と方法は次のように分類されます。直接電気加熱と間接電気加熱は区別されます。

直接電気加熱では、加熱された物体または媒体 (金属、水、牛乳、土壌など) に電流が直接流れることによって、電気エネルギーが熱エネルギーに変換されます。間接電気加熱では、電流が特殊な加熱装置 (加熱素子) を通過し、そこから熱が伝導、対流、または放射によって被加熱物体または媒体に伝達されます。

電気エネルギーの熱への変換にはいくつかの種類があり、それらによって電気加熱の方法が定義されます。

抵抗加熱

導電性の固体または液体媒体を電流が流れると、熱が発生します。ジュール・レンツの法則によれば、熱量 Q = I2Rt、ここで Q は熱量 J、私 — シラトク、A; R は物体または媒体の抵抗、オームです。 t — 流動時間、s。

抵抗加熱は接触方式と電極方式で行うことができます。

接触法 電気接触溶接装置などの直接電気加熱の原理と、発熱体での間接電気加熱の原理の両方で金属を加熱するために使用されます。

電極法 非金属の導電性材料および媒体（水、牛乳、水分の多い飼料、土壌など）を加熱するために使用されます。加熱された材料または媒体は、交流電圧が印加される電極の間に配置されます。

電極間の材料を流れる電流により、材料が加熱されます。通常の (非蒸留) 水には常に一定量の塩、塩基、または酸が含まれており、これらは電荷を運ぶイオン、つまり電流に解離するため、電流が流れます。牛乳やその他の液体、土壌、多肉植物の飼料などの電気伝導率の特性。似ています。

直流では被加熱物の電気分解や劣化を引き起こすため、直接電極加熱は交流のみで行います。

電気抵抗加熱は、そのシンプルさ、信頼性、柔軟性、そして加熱装置の低コストにより、生産現場で広く応用されています。

電気アーク加熱

気体媒体中の 2 つの電極間で発生する電気アークでは、電気エネルギーが熱に変換されます。

アークを点火するには、電源に接続された電極を短時間触れた後、ゆっくりと離します。電極が分離された瞬間の接点の抵抗は、そこを流れる電流によって強く加熱されます。金属内を常に移動している自由電子は、電極の接触点の温度が上昇するにつれてその移動を加速します。

温度が上昇すると、自由電子の速度が非常に速くなり、電極の金属から離れて空気中に飛び散ります。それらは移動するにつれて空気分子と衝突し、それらをプラスとマイナスに帯電したイオンに分離します。電極間の空気層はイオン化され、導電性になります。

電源電圧の影響下で、正イオンは負極（カソード）に、負イオンは正極（アノード）に突入し、長い放電、つまり熱の放出を伴う電気アー​​クを形成します。アークの温度はさまざまな部分で同じではなく、金属電極での温度です。陰極で - 約2400℃、陽極で - 約2600℃、アークの中心で - 約6000〜7000℃ 。

直接アーク加熱と間接アーク加熱を区別します。主な実際の用途は、電気アーク溶接設備における直接アーク加熱に見られます。間接加熱設備では、アークが強力な赤外線源として使用されます。

誘導加熱

金属片が交流磁場の中に置かれると、その中に交流電子が誘導されます。 d. s、その影響下で金属内に渦電流が発生します。これらの電流が金属に流れると、金属が加熱されます。金属を加熱するこの方法は誘導と呼ばれます。一部の誘導ヒーターの設計は、表面効果現象と近接効果の利用に基づいています。

誘導加熱には工業用 (50 Hz) および高周波 (8 ～ 10 kHz、70 ～ 500 kHz) 電流が使用されます。金属本体（部品、詳細）の誘導加熱は、金属部品の硬化だけでなく、機械製造や機器の修理でも最も広く普及しています。この誘導方式は、水、土壌、コンクリートの加熱、牛乳の低温殺菌にも使用できます。

誘電加熱

誘電加熱の物理的本質は次のとおりです。急速に変化する電場に置かれた電気伝導率の低い固体および液体の媒体 (誘電体) では、電気エネルギーが熱に変換されます。

すべての誘電体には、分子間力によって結合された電荷が含まれています。これらの電荷は、導電性材料の自由電荷とは対照的に、拘束電荷と呼ばれます。電場の作用下では、関連する電荷が場の方向に配向または移動します。外部電場の作用下での関連する電荷の変位は分極と呼ばれます。

交流電界では、電荷の継続的な移動が発生し、したがってそれに関連する分子の分子間力が発生します。非導電性材料の分子を分極させるためにソースが消費するエネルギーは、熱の形で放出されます。一部の非導電性材料には少量の自由電荷があり、電場の影響下で小さな伝導電流が発生し、材料内で追加の熱が放出されます。

誘電体を用いて加熱する場合、加熱対象の材料を金属電極（コンデンサープレート）の間に置き、特殊な高周波発生器から高周波電圧（0.5～20MHz以上）を加えます。誘電発熱体は高周波ランプ発生器、電源トランス、電極付き乾燥装置から構成されます。

高周波誘電加熱は有望な加熱方法であり、主に木材、紙、食品、飼料の乾燥や熱処理（穀物、野菜、果物の乾燥）、牛乳の殺菌や殺菌などに使用されています。

電子ビーム加熱（電子）

電場中で加速された電子の流れ（電子ビーム）が加熱された物体に遭遇すると、電気エネルギーが熱に変換されます。電子加熱の特徴は、電気アーク加熱の数千倍となる5×108 kW / cm2という高いエネルギー集中密度であり、工業分野では極小部品の溶接や超純金属の溶解などに利用されています。

生産現場や日常生活では、これまで考えられてきた電気加熱方式に加えて、赤外線加熱（照射）が行われています。