Βασική θέρμανση

Βασικές αρχές θέρμανσης

Θέρμανση με επαγωγή λαμβάνει χώρα σε ένα ηλεκτρικά αγώγιμο αντικείμενο (όχι απαραίτητα μαγνητικό χάλυβα) όταν το αντικείμενο τοποθετείται σε ένα μεταβαλλόμενο μαγνητικό πεδίο. Η επαγωγική θέρμανση οφείλεται στις απώλειες υστέρησης και ρεύματος με φούσκες.

Βασικές αρχές θέρμανσηςΘέρμανση με επαγωγή είναι η διαδικασία θέρμανσης ενός ηλεκτρικά αγώγιμου αντικειμένου (συνήθως ενός μετάλλου) με ηλεκτρομαγνητική επαγωγή, μέσω της θερμότητας που παράγεται στο αντικείμενο από τα φουσκωτά ρεύματα. Ο επαγωγικός θερμαντήρας αποτελείται από έναν ηλεκτρομαγνήτη και έναν ηλεκτρονικό ταλαντωτή που περνάει ένα εναλλασσόμενο ρεύμα υψηλής συχνότητας (AC) μέσω του ηλεκτρομαγνήτη. Το ταχέως εναλλασσόμενο μαγνητικό πεδίο διεισδύει στο αντικείμενο, δημιουργώντας ηλεκτρικά ρεύματα εντός του αγωγού, που ονομάζονται φούσκες. Τα δινορευτικά ρεύματα που ρέουν μέσω της αντίστασης του υλικού θερμαίνονται με θέρμανση Joule. Σε σιδηρομαγνητικά (και φερριμαγνητικά) υλικά όπως είναι ο σίδηρος, η θερμότητα μπορεί επίσης να δημιουργηθεί με απώλειες μαγνητικής υστέρησης. Η συχνότητα του ρεύματος που χρησιμοποιείται εξαρτάται από το μέγεθος του αντικειμένου, τον τύπο υλικού, τη σύζευξη (μεταξύ του πηνίου εργασίας και του προς θέρμανση αντικειμένου) και το βάθος διείσδυσης.

Οι απώλειες υστέρησης εμφανίζονται μόνο σε μαγνητικά υλικά όπως ο χάλυβας, το νικέλιο και πολύ λίγα άλλα. Η απώλεια υστέρησης δηλώνει ότι αυτό οφείλεται στην τριβή μεταξύ των μορίων όταν το υλικό μαγνητίζεται πρώτα σε μία κατεύθυνση και στη συνέχεια στην άλλη. Τα μόρια μπορούν να θεωρηθούν ως μικροί μαγνήτες που γυρίζουν γύρω με κάθε αναστροφή της κατεύθυνσης του μαγνητικού πεδίου. Απαιτείται εργασία (ενέργεια) για να τα γυρίσεις. Η ενέργεια μετατρέπεται σε θερμότητα. Ο ρυθμός κατανάλωσης ενέργειας (ισχύος) αυξάνεται με αυξημένο ρυθμό αντιστροφής (συχνότητα).

Οι απώλειες του ρεύματος οστού εμφανίζονται σε οποιοδήποτε αγώγιμο υλικό σε ένα μεταβαλλόμενο μαγνητικό πεδίο. Αυτό προκαλεί την επικεφαλίδα, ακόμη και αν τα υλικά δεν έχουν καμία από τις μαγνητικές ιδιότητες που συνήθως συνδέονται με τον σίδηρο και τον χάλυβα. Παραδείγματα είναι ο χαλκός, ο ορείχαλκος, το αλουμίνιο, το ζιρκόνιο, ο μη μαγνητικός ανοξείδωτος χάλυβας και το ουράνιο. Τα ορνιθοειδή ρεύματα είναι ηλεκτρικά ρεύματα που προκαλούνται από τη δράση του μετασχηματιστή στο υλικό. Όπως υποδηλώνει και το όνομά τους, φαίνεται ότι ρέουν γύρω από στροβιλίζεται σε στροβιλισμούς μέσα σε μια συμπαγή μάζα υλικού. Οι απώλειες από τον εντονότερο ρεύμα είναι πολύ πιο σημαντικές από τις απώλειες υστέρησης σε επαγωγική θέρμανση. Σημειώστε ότι η επαγωγική θέρμανση εφαρμόζεται σε μη μαγνητικά υλικά, όπου δεν υπάρχουν απώλειες υστέρησης.

Θεωρία θέρμανσης επαγωγήςΓια τη θέρμανση του χάλυβα για σκλήρυνση, σφυρηλάτηση, τήξη ή για οποιονδήποτε άλλο σκοπό που απαιτεί θερμοκρασία πάνω από τη θερμοκρασία Curie, δεν μπορούμε να εξαρτάται από την υστέρηση. Το χάλυβα χάνει τις μαγνητικές του ιδιότητες πάνω από αυτή τη θερμοκρασία. Όταν ο χάλυβας θερμαίνεται κάτω από το σημείο Curie, η συμβολή της υστέρησης είναι συνήθως τόσο μικρή που μπορεί να αγνοηθεί. Για όλους τους πρακτικούς σκοπούς, η Ι2R των φουσκωμένων ρευμάτων είναι ο μόνος τρόπος με τον οποίο η ηλεκτρική ενέργεια μπορεί να μετατραπεί σε θερμότητα για σκοπούς επαγωγής θέρμανσης.

Δύο βασικά πράγματα για την επαγωγή θέρμανσης να συμβεί:

  • Ένα μεταβαλλόμενο μαγνητικό πεδίο
  • Ένα ηλεκτρικά αγώγιμο υλικό τοποθετημένο στο μαγνητικό πεδίο

=