Elektrické teplo
Obsah článku:
Elektrický ohrev
Na elektrický ohrev sa využíva teplo, ktoré vzniká premenou z elektrickej energie na tepelnú energiu. Medzi základné druhy elektrického ohrevu patrí:
– odporový ohrev,
– oblúkový ohrev,
– indukčný ohrev,
– dielektrický ohrev,
– infračervený ohrev.
Odporový ohrev
Odporový ohrev využíva premenu elektrickej energie na teplo pri prechode elektrického prúdu cez činný odpor. Elektrický príkon sa pri tom premení na teplo (Joulovo teplo), ktorého množstvo je dané Joulovým zákonom.
Joulovo teplo je teplo, ktoré vzniká v elektrickom vodiči prechodom elektrického prúdu. Zahrievanie vodiča sa dá vysvetliť predávaním časti kinetickej energie častíc spôsobujúcich elektrický prúd (najčastejšie elektrónov) časticiam, ktoré sa elektrického prúdu nezúčastňujú (najčastejšie kladné ióny v pevných pozíciách). Tým sa zvyšuje tepelný pohyb týchto častíc a vodič sa zahrieva. Odporový ohrev sa rozdeľuje na priamy a nepriamy. Pri priamom odporovom ohreve elektrický prúd preteká priamo zohrievanou látkou. Súvisí s odporom zohrievaného materiálu.
Pri nepriamom odporovom ohreve vzniká teplo vo vyhrievacom telese (najčastejšie vyhrievacia špirála) a do zohrievaného materiálu sa dostáva vedením. Odporový ohrev sa využíva v tzv. elektrotepelné spotrebiče, napr. elektrické pece pre metalurgiu, elektrické akumulačné kachle, elektrický ohrievač, elektrický sporák, …
Oblúkový ohrev
Oblúkový ohrev elektrický oblúk je intenzívne svietiaci a zreteľne ohraničený elektrický výboj vo vzduchu alebo v plyne medzi dvoma elektródami. Vznik oblúka dosiahneme tak, že priložíme elektródy veľmi blízko seba, prípadne až na dotyk a pripojíme ich na zdroj napätia. Pretekajúci elektrický prúd ich v mieste styku zahreje do rozžeravenia. Ak ich potom oddialime, tak sa tok elektrického prúdu už nepreruší, nakoľko vplyvom vysokej teploty došlo k ionizácii vzduchu (plynu) – vzniku plazmy. Toto má za následok to, že v samotnom oblúku sa vytvára teplo a oblúk už nezávisí od teploty elektród. Elektrický oblúk dosahuje teploty 3 000 – 6 000 oC. Oblúkový ohrev sa používa pri oblúkovom zváraní a v metalurgii – oblúkové elektrické pece.
Indukčný ohrev
Indukčný ohrev je založený na princípe ohrevu indukovanými vírivými prúdmi. Podľa použitej frekvencie sa rozdeľuje na:
– nízkofrekvenčný 50 Hz;
– stredofrekvenčný 500 – 3 000 Hz;
– vysokofrekvenčný nad 3000 Hz
Indukčný ohrev používa sa metalurgii – elektrické indukčné pece a poslednej dobe našiel uplatnenie aj v domácnostiach – elektrické indukčné sporáky.
Dielektrický ohrev
Dielektrický ohrev nekovy sú vložené do elektrického vysokofrekvenčného poľa. V dôsledku rýchleho prepolarizovania častíc ohrievanej látky vznikajú straty, ktoré sa menia na teplo. Ich veľkosť závisí od intenzity elektrického poľa, frekvencie, relatívnej permitivity ohrievanej látky (εr: 2 – 7) a od stratového činiteľa dielektrika (tgδ : 0,01 – 0,08), Používaná frekvencia je 1 – 300 MHz. Dielektrický ohrev sa používa napr. na sušenie, dreva, obilia, tabaku, papiera, výroba plastov a zváranie plastov a pod.
Špeciálnym druhom dielektrického ohrevu je mikrovlnný ohrev, ktorý pracuje s frekvenciami – rádovo GHz (2,375 – 2,450 – 5,800 – 24,150 GHz). Zdrojom vysoko frekvenčného poľa sú špeciálne elektrónky – magnetróny. Ohrev sa uskutočňuje v dokonale uzavretom pracovnom priestore (multimódový rezonátor). Mikrovlnný ohrev sa používa napr. na ohrev a sušenie v drevárskom, potravinárskom priemysle, výroba plastov, vulkanizácia gumy, v domácnosti – mikrovlnná rúra …
Infračervený ohrev
Infračervený ohrev zdrojom infračerveného žiarenia sú infražiariče ktoré vyžarujú žiarenia s vlnovou dĺžkou 750 – 10 000 nm. Infračervené žiarenie preniká do látky a rýchlo ju prehrieva. Rozdelenie infračervených zdrojov podľa teploty:
a) vysokoteplotné (svietivé) zdroje s tzv. krátkovlnným infračerveným žiarením, teplota 1200 – 2400 °C, používajú sa špeciálne žiarovky, keramické žiariče.
b) strednoteplotné (svietivé) zdroje so strednovlnným infračerveným žiarením, teplota 700 – 1200 °C, používajú sa kremenné trubky s výhrevnou špirálou.
c) nízkoteplotné (tmavé) zdroje s dlhovlnným infračerveným žiarením, teplota 300 – 700 °C, používajú kovové špirály v keramických materiáloch.
Infračervený ohrev sa používa na sušenie, vypaľovanie, ohrev v priemysle, poľnohospodárstve a v domácnostiach (vykurovanie). Normálne sklo pohlcuje infračervené žiarenie, preto infračervené zdroje využívajú kremenné sklo.
