Méthodes de chauffage électrique

Méthodes de base et méthodes de conversion de l'énergie électrique en chaleur classées comme suit. Une distinction est faite entre le chauffage électrique direct et indirect.

Dans le chauffage électrique direct, la transformation de l'énergie électrique en énergie thermique résulte du passage du courant électrique directement à travers le corps ou le milieu chauffé (métal, eau, lait, sol, etc.). Dans le chauffage électrique indirect, un courant électrique traverse un dispositif de chauffage spécial (élément chauffant), à partir duquel la chaleur est transférée à un corps ou un milieu chauffé par conduction, convection ou rayonnement.

Il existe plusieurs types de conversion de l'énergie électrique en chaleur, qui définissent des méthodes de chauffage électrique.

Chauffage par résistance

Le passage du courant électrique à travers des solides ou des milieux liquides électriquement conducteurs s'accompagne d'un dégagement de chaleur. Selon la loi de Joule-Lenz, la quantité de chaleur Q = I2Rt, où Q est la quantité de chaleur, J ; Je — silatok, A; R est la résistance d'un corps ou d'un milieu, Ohm ; t — temps d'écoulement, s.

Le chauffage par résistance peut être effectué par des méthodes de contact et d'électrode.

Méthode de contact Il est utilisé pour chauffer les métaux à la fois par le principe du chauffage électrique direct, par exemple dans les appareils de soudage par contact électrique, et par le principe du chauffage électrique indirect - dans les éléments chauffants.

Méthode de l'électrode Elle est utilisée pour chauffer des matériaux et des milieux conducteurs non métalliques : eau, lait, fourrage juteux, terre, etc. Le matériau ou milieu chauffé est placé entre des électrodes auxquelles une tension alternative est appliquée.

Le courant électrique traversant le matériau entre les électrodes le réchauffe. L'eau ordinaire (non distillée) conduit un courant électrique, car elle contient toujours une certaine quantité de sels, de bases ou d'acides, qui se dissocient en ions porteurs de charges électriques, c'est-à-dire un courant électrique. Le caractère de la conductivité électrique du lait et d'autres liquides, du sol, du fourrage succulent, etc. est similaire.

Le chauffage direct des électrodes est effectué uniquement sur courant alternatif, car le courant continu provoque l'électrolyse du matériau chauffé et sa détérioration.

Le chauffage par résistance électrique a trouvé une large application dans la production en raison de sa simplicité, de sa fiabilité, de sa flexibilité et du faible coût des appareils de chauffage.

Chauffage à l'arc électrique

Dans un arc électrique qui se produit entre deux électrodes dans un milieu gazeux, l'énergie électrique est convertie en chaleur.

Pour allumer l'arc, les électrodes connectées à la source d'alimentation sont brièvement touchées puis lentement séparées. La résistance du contact au moment de la séparation des électrodes est fortement chauffée par le courant qui le traverse.Les électrons libres, en mouvement constant dans le métal, accélèrent leur mouvement avec l'augmentation de la température au point de contact des électrodes.

Lorsque la température augmente, la vitesse des électrons libres augmente tellement qu'ils se détachent du métal des électrodes et s'envolent dans l'air. En se déplaçant, ils entrent en collision avec des molécules d'air et les séparent en ions chargés positivement et négativement. L'espace d'air entre les électrodes est ionisé et devient électriquement conducteur.

Sous l'influence de la tension de la source, les ions positifs se précipitent vers le pôle négatif (cathode) et les ions négatifs vers le pôle positif (anode), formant ainsi une longue décharge - un arc électrique accompagné d'un dégagement de chaleur. La température de l'arc n'est pas la même dans ses différentes parties et se situe au niveau des électrodes métalliques : à la cathode — environ 2400 °C, à l'anode — environ 2600 °C, au centre de l'arc — environ 6000 — 7000 °C .

Distinguez le chauffage à l'arc électrique direct et indirect. La principale application pratique se trouve dans le chauffage à l'arc direct dans les installations de soudage à l'arc électrique. Dans les installations de chauffage indirect, l'arc est utilisé comme source puissante de rayons infrarouges.

Chauffage par induction

Si un morceau de métal est placé dans un champ magnétique alternatif, alors un e alternatif y est induit. d. s, sous l'influence desquels des courants de Foucault apparaîtront dans le métal. Le passage de ces courants dans le métal provoquera son échauffement. Cette méthode de chauffage du métal est appelée induction. La conception de certains appareils de chauffage par induction est basée sur l'utilisation du phénomène d'effet de surface et de l'effet de proximité.

Les courants industriels (50 Hz) et haute fréquence (8-10 kHz, 70-500 kHz) sont utilisés pour le chauffage par induction. Le chauffage par induction des corps métalliques (pièces, détails) est le plus répandu dans la construction de machines et la réparation d'équipements, ainsi que pour le durcissement des pièces métalliques. La méthode par induction peut également être utilisée pour chauffer l'eau, la terre, le béton et pasteuriser le lait.

Chauffage diélectrique

L'essence physique du chauffage diélectrique est la suivante. Dans les milieux solides et liquides à faible conductivité électrique (diélectriques) placés dans un champ électrique changeant rapidement, l'énergie électrique est convertie en chaleur.

Chaque diélectrique contient des charges électriques liées entre elles par des forces intermoléculaires. Ces charges sont appelées charges liées, par opposition aux charges libres dans les matériaux conducteurs. Sous l'action d'un champ électrique, les charges associées s'orientent ou se déplacent dans la direction du champ. Le déplacement des charges associées sous l'action d'un champ électrique extérieur est appelé polarisation.

Dans un champ électrique alternatif, il y a un mouvement continu des charges et donc des forces intermoléculaires des molécules qui leur sont associées. L'énergie dépensée par la source pour polariser les molécules des matériaux non conducteurs est libérée sous forme de chaleur. Certains matériaux non conducteurs possèdent une petite quantité de charges libres qui, sous l'influence d'un champ électrique, créent un petit courant de conduction qui contribue au dégagement de chaleur supplémentaire dans le matériau.

Lors du chauffage avec un diélectrique, le matériau à chauffer est placé entre des électrodes métalliques - des plaques de condensateur, auxquelles une tension haute fréquence (0,5 - 20 MHz et plus) provenant d'un générateur haute fréquence spécial. Le corps de chauffe diélectrique est constitué d'un générateur de lampe haute fréquence, d'un transformateur de puissance et d'un dispositif de séchage à électrodes.

Le chauffage diélectrique à haute fréquence est une méthode de chauffage prometteuse et est principalement utilisé pour le séchage et le traitement thermique du bois, du papier, des denrées alimentaires et des aliments pour animaux (séchage des céréales, des légumes et des fruits), la pasteurisation et la stérilisation du lait, etc.

Chauffage par faisceau d'électrons (électronique)

Lorsqu'un flux d'électrons (faisceau d'électrons) accéléré dans un champ électrique rencontre un corps chauffé, l'énergie électrique est convertie en chaleur. Une caractéristique du chauffage électronique est une densité de concentration énergétique élevée de 5 × 108 kW / cm2, plusieurs milliers de fois supérieure à celle du chauffage à l'arc électrique.Le chauffage électronique est utilisé dans l'industrie pour souder de très petites pièces et fondre des métaux ultra-purs.

En plus des méthodes de chauffage électrique envisagées, le chauffage infrarouge (irradiation) est utilisé dans la production et la vie quotidienne.