Elektrisk värme

Elektrisk uppvärmning

Elvärme använder den värme som genereras genom att omvandla elektrisk energi till värmeenergi. De grundläggande typerna av elektrisk uppvärmning inkluderar:

– motståndsuppvärmning,

– båguppvärmning,

– induktionsvärme,

– dielektrisk uppvärmning,

– infraröd uppvärmning.

Motståndsuppvärmning

Vid resistansuppvärmning omvandlas elektrisk energi till värme när en elektrisk ström passerar genom ett aktivt motstånd. Den elektriska effekten omvandlas till värme (Joule-värme), vars mängd bestäms av Joules lag.

Joulevärme är den värme som alstras i en elektrisk ledare när en elektrisk ström passerar. Uppvärmningen av ledaren kan förklaras med att en del av rörelseenergin hos de partiklar som orsakar den  elektriska strömmen  (vanligast  elektroner) överförs till partiklar som inte deltar i den elektriska strömmen (vanligast positiva joner i fasta positioner). Detta ökar den termiska rörelsen hos dessa partiklar och värmer upp ledaren. Motståndsvärme delas in i direkt och indirekt. Vid direkt motståndsuppvärmning går en elektrisk ström direkt genom det uppvärmda ämnet. Den är relaterad till resistansen hos det uppvärmda materialet.

Vid indirekt motståndsuppvärmning alstras värme i ett värmeelement (oftast en värmeslinga) och överförs till det uppvärmda materialet genom ledning. Motståndsvärme används i sk. elektrotermiska apparater, t.ex. elektriska ugnar för metallurgi, elektriska ackumuleringsugnar, elektriska värmare, elektriska spisar, …

Den äldsta mannen i världen

Uppvärmning av Arc

Ljusbågsuppvärmning En ljusbåge är en intensivt lysande och tydligt avgränsad elektrisk urladdning i luft eller gas mellan två elektroder. Ljusbågen bildas genom att elektroderna placeras mycket nära varandra, eventuellt vidrör varandra, och ansluts till en spänningskälla. Den flödande elektriska strömmen värmer upp dem vid kontaktpunkten tills de blir glödheta. Om vi sedan fördröja dem, flödet av elektrisk ström är inte längre avbruten, eftersom på grund av den höga temperaturen jonisering av luft (gas) har inträffat – bildandet av plasma. Detta medför att värme genereras i själva ljusbågen och att ljusbågen inte längre är beroende av elektrodernas temperatur. Ljusbågen uppnår temperaturer på 3 000 – 6 000 oC. Ljusbågsuppvärmning används vid bågsvetsning och inom metallurgin – ljusbågsugnar.

Induktionsvärme

Induktionsvärme bygger på principen om uppvärmning genom inducerade virvelströmmar. Beroende på vilken frekvens som används delas den in i

– låg frekvens 50 Hz;

– centrumfrekvens 500 – 3 000 Hz;

– hög frekvens över 3000 Hz

Induktionsvärme används inom metallurgin – elektriska induktionsugnar, och har nyligen funnit tillämpning i hushåll – elektriska induktionshällar.

Dielektrisk uppvärmning

Icke-metaller med dielektrisk uppvärmning är inbäddade i ett elektriskt högfrekvensfält. Som ett resultat av den snabba repolariseringen av partiklarna i det uppvärmda ämnet uppstår förluster som omvandlas till värme. Deras storlek beror på den elektriska fältstyrkan, frekvensen, den relativa permittiviteten hos det uppvärmda ämnet (εr : 2 – 7) och förlustfaktorn hos dielektrikumet (tgδ : 0,01 – 0,08), Den använda frekvensen är 1 – 300 MHz. Dielektrisk uppvärmning används t.ex. för torkning, trä, spannmål, tobak, papper, plasttillverkning och plastsvetsning etc.

En speciell typ av dielektrisk uppvärmning är mikrovågsuppvärmning, som arbetar med frekvenser i storleksordningen GHz (2,375 – 2,450 – 5,800 – 24,150 GHz). Källan till det högfrekventa fältet är speciella rör – magnetroner. Uppvärmningen sker i ett helt slutet arbetsutrymme (multimodresonator). Mikrovågsuppvärmning används t.ex. för uppvärmning och torkning inom träbearbetning, livsmedelsindustri, plasttillverkning, gummivulkanisering, i hushåll – mikrovågsugn…

Infraröd uppvärmning

Infraröd uppvärmning Källan till infraröd strålning är infrarödstrålare som avger strålning med en våglängd på 750 – 10 000 nm. Infraröd strålning tränger in i tyget och värmer upp det snabbt. Fördelning av infraröda källor efter temperatur:

a) Högtemperaturkällor (lysande) med s.k. kortvågig infraröd strålning, temperatur 1200 – 2400 °C, speciella glödlampor, keramiska emittrar används.

b) medeltemperaturkällor (lysande) med medelinfraröd strålning, temperatur 700-1 200 °C, kvartsrör med värmespiral används.

c) Lågtemperaturkällor (mörka) med långvågig infraröd strålning, temperatur 300 – 700 °C, använd metallspiraler i keramiska material.

Infraröd värme används för torkning, bränning, uppvärmning inom industri, jordbruk och i hemmet (uppvärmning). Normalt glas absorberar infraröd strålning, så infraröda källor använder kvartsglas.