يستخدم تأثير جول للتيار الكهربائي لتحويل الطاقة الكهربائية إلى حرارة لأجسام حرارية. عادة ما يتم تقسيمها إلى تسخين بالمقاومة المباشرة وتسخين المقاومة غير المباشرة. يتم تطبيق جهد مصدر الطاقة في السابق مباشرة على الجسم المسخن ، وعندما يتدفق التيار ، يسخن الجسم المسخن نفسه (مثل الحديد المسخن كهربائيًا). يجب أن يكون الجسم الذي يمكن تسخينه بشكل مباشر مقاومًا موصلًا ، ولكن بمقاومة عالية. نظرًا لأن الحرارة تتولد من الجسم المسخن نفسه ، فإنها تنتمي إلى التسخين الداخلي ، وتكون الكفاءة الحرارية عالية. يجب أن يتم تسخين المقاومة غير المباشرة من مواد سبائك خاصة أو مواد غير معدنية لصنع عناصر تسخين ، والتي تولد طاقة حرارية وتنتقل إلى الجسم المسخن من خلال الإشعاع والحمل الحراري والتوصيل. نظرًا لأن الجسم المسخن وعنصر التسخين ينقسمان إلى جزأين ، فإن نوع الجسم المسخن بشكل عام غير محدود وسهل التشغيل.
تتطلب المواد المستخدمة في عنصر التسخين للتسخين بالمقاومة غير المباشرة عمومًا مقاومة كبيرة ، معامل درجة حرارة مقاومة صغيرة ، تشوه صغير عند درجة حرارة عالية وليس من السهل الهشاشة. يشيع استخدام سبائك الحديد والألمنيوم وسبائك النيكل والكروم والمواد المعدنية الأخرى وكربيد السيليكون ومبيدات الموليبدينوم وغيرها من المواد غير المعدنية. يمكن أن تصل درجة حرارة التشغيل القصوى لعناصر التسخين المعدنية إلى 1000 ~ 1500 درجة وفقًا لنوع المادة ؛ يمكن أن تصل درجة حرارة التشغيل القصوى لعناصر التسخين غير المعدنية إلى 1500 ~ 1700 درجة. هذا الأخير سهل التركيب ويمكن استبداله بفرن ساخن ، لكنه يحتاج إلى جهاز لتنظيم الضغط عند العمل ، وعمره أقصر من عمر عناصر تسخين السبائك ، ويستخدم بشكل عام في الأفران ذات درجة الحرارة العالية ، حيث تتجاوز درجة الحرارة الحد الأقصى لدرجة حرارة التشغيل المسموح بها بواسطة عناصر تسخين المواد المعدنية وبعض المناسبات الخاصة. يتم تسخين التأثير الحراري للموصل نفسه بواسطة التيار المستحث (تيار إيدي) الناتج عن الموصل في مجال كهرومغناطيسي متناوب. وفقًا لمتطلبات عملية التسخين المختلفة ، فإن تردد مصدر طاقة التيار المتردد المستخدم في التسخين التعريفي هو تردد الطاقة (50 ~ 60 كيلو هرتز) ، والتردد المتوسط (60 ~ 10000 هرتز) والتردد العالي (أعلى من 10000 هرتز). عادة ما يتم استخدام مصدر طاقة تردد الطاقة في صناعة مصدر طاقة التيار المتردد ، ومعظم البلدان في العالم بتردد الطاقة هو 50 هرتز. يجب أن يكون الجهد المطبق على جهاز الحث بواسطة مصدر طاقة تردد الطاقة للتسخين التعريفي قابل للتعديل. وفقًا لقوة معدات التسخين وقدرة شبكة إمداد الطاقة ، يمكن استخدام مصدر الطاقة (6 ~ 10 كيلو فولت) لتزويد الطاقة من خلال المحول ؛ يمكن أيضًا توصيل جهاز التسخين مباشرة بشبكة الجهد المنخفض 380 فولت.
يستخدم مزود الطاقة ذو التردد المتوسط مجموعات المولدات ذات التردد المتوسط لفترة طويلة. يتكون من مولد تردد متوسط ومحرك غير متزامن. تتراوح طاقة الخرج لهذه الوحدة بشكل عام بين 50 و 1000 كيلووات. مع تطور تكنولوجيا إلكترونيات الطاقة ، تم استخدام مزودات الطاقة ذات التردد المتوسط العاكس الثايرستور. يستخدم مصدر الطاقة ذو التردد المتوسط هذا الثايرستور لتحويل التيار المتردد لتردد الطاقة إلى تيار مباشر ، ثم تحويل التيار المباشر إلى تيار متردد للتردد المطلوب. نظرًا للحجم الصغير والوزن الخفيف وعدم وجود ضوضاء والتشغيل الموثوق به وما إلى ذلك من معدات تحويل التردد هذه ، فقد استبدلت بالتدريج مجموعة المولدات ذات التردد المتوسط.
عادةً ما يستخدم مصدر الطاقة عالي التردد محولًا لرفع الجهد ثلاثي الأطوار 380 فولت إلى جهد عالٍ يبلغ حوالي 20 ، 000 فولت ، ثم يستخدم الثايرستور أو عنصر مقوم السيليكون عالي الجهد لتصحيح تردد الطاقة التيار المتردد إلى تيار مباشر ، ثم يستخدم مذبذبًا إلكترونيًا لتحويل التيار المباشر إلى تيار متناوب عالي التردد وعالي الجهد. تتراوح الطاقة الناتجة لمعدات الإمداد بالطاقة عالية التردد من عشرات الكيلوواط إلى مئات الكيلوواط.
يجب أن تكون الأشياء التي يتم تسخينها حثيًا موصلات. عندما يمر تيار تيار متردد عالي التردد عبر الموصل ، ينتج الموصل تأثيرًا جلديًا ، أي أن كثافة التيار السطحي للموصل كبيرة ، وكثافة التيار لمركز الموصل صغيرة.
التسخين التعريفي يمكن أن يسخن الجسم بشكل موحد ويظهر على السطح ككل ؛ يمكن أن تذوب المعادن في النطاقات عالية التردد ، يمكن أيضًا استخدام تغيير شكل ملف التسخين (المعروف أيضًا باسم المحرِّض) للتدفئة الموضعية التعسفية. تسخين الأجسام باستخدام درجات الحرارة العالية الناتجة عن القوس الكهربائي. الانحناء هو تفريغ غاز بين قطبين. جهد القوس ليس مرتفعًا ولكن التيار كبير ، ويتم الحفاظ على تياره القوي بواسطة عدد كبير من الأيونات التي تتبخر على القطب ، لذلك يتأثر القوس بسهولة بالمجال المغناطيسي المحيط. عندما يتشكل قوس بين الأقطاب الكهربائية ، يمكن أن تصل درجة حرارة عمود القوس إلى 3000 ~ 6000 كلفن ، وهو مناسب لصهر المعادن بدرجة حرارة عالية.
هناك نوعان من تسخين القوس: تسخين القوس المباشر وغير المباشر. يمر تيار القوس الذي يتم تسخينه بواسطة القوس المباشر مباشرة عبر الجسم المسخن ، والذي يجب أن يكون قطبًا أو وسيطًا للقوس. لا يمر تيار القوس الذي يتم تسخينه بواسطة القوس غير المباشر عبر الجسم المسخن ، ولكنه يتم تسخينه بشكل أساسي بواسطة الحرارة التي يشعها القوس. خصائص تسخين القوس هي: ارتفاع درجة حرارة القوس ، وتركيز الطاقة ، والقوة السطحية لمسبح فرن القوس الفولاذي يمكن أن تصل إلى 560 ~ 1200 كيلو واط / متر مربع. ومع ذلك ، فإن ضوضاء القوس كبيرة ، وخاصية الفولت أمبير هي خاصية مقاومة سلبية (خاصية السقوط). من أجل الحفاظ على استقرار القوس عند تسخين القوس ، تكون القيمة اللحظية لجهد الدائرة أكبر من قيمة جهد البداية عندما يتجاوز تيار القوس الصفر ، ومن أجل الحد من تيار الدائرة القصيرة ، يكون المقاوم يجب توصيل قيمة معينة في سلسلة في دائرة إمداد الطاقة. تُستخدم الإلكترونات التي تتحرك بسرعة عالية تحت تأثير مجال كهربائي لقصف سطح الجسم وتسخينه. المكون الرئيسي لتسخين الحزمة الإلكترونية هو مولد شعاع الإلكترون ، المعروف أيضًا باسم مسدس الإلكترون. يتكون مسدس الإلكترون بشكل أساسي من الكاثود ، وشعاع متعدد الأقطاب ، والأنود ، والعدسة الكهرومغناطيسية وملف الانحراف. يتم تأريض القطب الموجب ، ويتم توصيل الكاثود بالموضع العالي السلبي ، وعادة ما يكون شعاع التركيز هو نفس إمكانات الكاثود ، ويتم تكوين مجال كهربائي متسارع بين الكاثود والأنود. يتم تسريع الإلكترونات المنبعثة من الكاثود إلى سرعة عالية جدًا تحت تأثير المجال الكهربائي المتسارع ، الذي يركز بواسطة العدسة الكهرومغناطيسية ، ثم يتم التحكم فيه بواسطة ملف الانحراف ، بحيث ينطلق شعاع الإلكترون باتجاه الجسم الساخن في اتجاه معين .
مزايا تسخين شعاع الإلكترون هي: (1) التحكم في القيمة الحالية لشعاع الإلكترون ، والتي يمكنها بسهولة وبسرعة تغيير طاقة التسخين ؛ (2) يمكن استخدام العدسة الكهرومغناطيسية لتغيير الجزء المسخن بحرية أو يمكن تعديل منطقة جزء قصف الحزمة الإلكترونية بحرية ؛ (3) يمكن زيادة كثافة الطاقة بحيث تتبخر المادة عند نقطة القصف في لحظة. باستخدام كائنات الأشعة تحت الحمراء ، يمتص الجسم الأشعة تحت الحمراء ، ويحول الطاقة المشعة إلى طاقة حرارية ويسخنها.
الأشعة تحت الحمراء هي موجة كهرومغناطيسية. في الطيف الشمسي ، ما وراء النهاية الحمراء للضوء المرئي ، يوجد شكل غير مرئي من الطاقة المشعة. في الطيف الكهرومغناطيسي ، يتراوح مدى الطول الموجي للأشعة تحت الحمراء بين {{0}}. 75 ~ 1 75}} 0 0 ميكرون ، والتردد النطاق بين 3 × 1 {{2 0}} ~ 4 × 10 كيلو هرتز. في التطبيقات الصناعية ، غالبًا ما ينقسم طيف الأشعة تحت الحمراء إلى عدة نطاقات: 0.75 ~ 3.0 ميكرون لمنطقة الأشعة تحت الحمراء القريبة ؛ 3.0 ~ 6.0 ميكرون لمنطقة منتصف الأشعة تحت الحمراء ؛ 6.0 ~ 15.0 ميكرون لمنطقة الأشعة تحت الحمراء البعيدة ؛ 15.0 ~ 1000 ميكرون لمنطقة الأشعة تحت الحمراء البعيدة للغاية. تختلف قدرة الأجسام المختلفة على امتصاص الأشعة تحت الحمراء ، حتى لو كان نفس الجسم يمتلك قدرة مختلفة على امتصاص الأشعة تحت الحمراء ذات الأطوال الموجية المختلفة. لذلك ، فإن تطبيق التسخين بالأشعة تحت الحمراء ، وفقًا لنوع الجسم المسخن ، حدد مصدر الأشعة تحت الحمراء المناسب ، بحيث تتركز طاقة الإشعاع في نطاق الطول الموجي لامتصاص الجسم المسخن للحصول على تأثير تسخين جيد.
التسخين الكهربائي بالأشعة تحت الحمراء هو في الواقع شكلاً خاصًا من أشكال التسخين بالمقاومة ، أي مواد مثل التنجستن أو الحديد والنيكل أو سبائك النيكل والكروم تستخدم كمشعات لصنع مصادر الإشعاع. عند تنشيطه ، يتم إنشاء الإشعاع الحراري بسبب الحرارة الناتجة عن مقاومته. مصادر إشعاع التسخين بالأشعة تحت الحمراء الكهربائية شائعة الاستخدام هي نوع المصباح (عاكس) ونوع الأنبوب (نوع أنبوب الكوارتز) ونوع اللوحة (النوع المسطح). نوع المصباح هو لمبة الأشعة تحت الحمراء ، مع خيوط التنجستن كمبرد ، وخيوط التنجستن مغلقة في غلاف زجاجي مملوء بغاز خامل ، تمامًا مثل مصابيح الإضاءة العادية. عندما يتم تنشيط المبرد ، فإنه يسخن (درجة الحرارة أقل من درجة حرارة لمبة الإضاءة العادية) ، وبالتالي تنبعث كمية كبيرة من الأشعة تحت الحمراء بطول موجة يبلغ حوالي 1.2 ميكرون. إذا كان الجدار الداخلي للغلاف الزجاجي مطليًا بطبقة عاكسة ، فيمكن أن تتركز الأشعة تحت الحمراء في اتجاه واحد ، لذلك تسمى مصادر الأشعة تحت الحمراء من نوع المصباح أيضًا بواعث الأشعة تحت الحمراء العاكسة. أنبوب مصدر الأشعة تحت الحمراء الأنبوبي مصنوع من زجاج الكوارتز ، وسلك التنغستن في المنتصف ، لذلك يُطلق عليه أيضًا باعث الأشعة تحت الحمراء الأنبوبي من الكوارتز. يتراوح الطول الموجي للأشعة تحت الحمراء المنبعثة من نوع المصباح ونوع الأنبوب من 0. 7 ~ 3 ميكرون ، ودرجة حرارة العمل منخفضة ، وهي تستخدم عمومًا للتدفئة والخبز والتجفيف والعلاج الطبيعي بالأشعة تحت الحمراء في الضوء وصناعة النسيج. سطح الإشعاع لمصدر إشعاع الأشعة تحت الحمراء من نوع اللوحة عبارة عن مستوي ، يتكون من لوحة مقاومة مسطحة ، والجانب الأمامي من لوحة المقاومة مغطى بمادة ذات معامل انعكاس كبير ، والجانب العكسي مغطى بمادة ذات معامل انعكاس صغير ، لذا فإن معظم الطاقة الحرارية تشع من الأمام. يمكن أن تصل درجة حرارة العمل لنوع اللوحة إلى أكثر من 1000 درجة ، والتي يمكن استخدامها في تلدين اللحامات من المواد الفولاذية والأنابيب والحاويات ذات القطر الكبير.
نظرًا لأن الأشعة تحت الحمراء تتمتع بقدرة اختراق قوية ، فمن السهل أن تمتصها الأجسام ، وبمجرد امتصاصها بواسطة الأشياء ، يتم تحويلها على الفور إلى طاقة حرارية ؛ إن فقدان الطاقة قبل وبعد التسخين بالأشعة تحت الحمراء صغير ، ومن السهل التحكم في درجة الحرارة ، كما أن جودة التسخين عالية ، وبالتالي فإن تطبيق التسخين بالأشعة تحت الحمراء يتطور بسرعة. تستخدم المجالات الكهربائية عالية التردد لتسخين المواد العازلة. جسم التسخين الرئيسي هو العازل. عندما يتم وضع العازل في مجال كهربائي متناوب ، فسيتم استقطابه بشكل متكرر (ظاهرة أن العازل يحتوي على كمية متساوية من الشحنة المعاكسة للقطبية على سطحه أو في الداخل تحت تأثير المجال الكهربائي) ، وبالتالي تحويل الطاقة الكهربائية في المجال الكهربائي إلى طاقة حرارية.
تردد المجال الكهربائي المستخدم للتدفئة المتوسطة مرتفع. في نطاقات الموجات المتوسطة والقصيرة والقصيرة للغاية ، يكون التردد من عدة مئات من كيلوهرتز إلى 300 ميجاهرتز ، وهو ما يسمى بالتسخين المتوسط عالي التردد ، وإذا كان أعلى من 300 ميجاهرتز ويصل إلى نطاق الموجات الصغرية ، يطلق عليه الميكروويف تدفئة متوسطة. عادة ما يتم إجراء تسخين متوسط عالي التردد في المجال الكهربائي بين الصفيحتين ؛ يتم إجراء تسخين متوسط الميكروويف تحت مجال إشعاع موجهات الموجات أو الرنانات أو هوائيات الميكروويف.
عندما يتم تسخين العازل في مجال كهربائي عالي التردد ، فإن الطاقة الكهربائية المسحوبة في حجم الوحدة هي P =0. 566fEεrtgδ × 10 (W / cm)
إذا تم التعبير عنها بالحرارة ، فهي:
الارتفاع =1. 33fEεrtgδ × 10 (كال / ثانية · سم)
حيث f هو تردد المجال الكهربائي عالي التردد ، εr هي السماحية النسبية للعزل الكهربائي ، هي زاوية فقدان العزل الكهربائي ، و E هي شدة المجال الكهربائي. يمكن أن نرى من الصيغة أن الطاقة الكهربائية التي يسحبها العازل من المجال الكهربائي عالي التردد تتناسب مع مربع شدة المجال الكهربائي E ، والتردد f للمجال الكهربائي ، وزاوية الخسارة δ للعزل الكهربائي . يتم تحديد E و f بواسطة المجال الكهربائي المطبق ، بينما تعتمد εr على خصائص العازل نفسه. لذلك ، فإن هدف التسخين المتوسط هو أساسًا المادة ذات الخسارة العازلة الكبيرة.
نظرًا لأن الحرارة تتولد داخل العازل (الجسم الذي يتم تسخينه) ، فإن سرعة التسخين سريعة ، والكفاءة الحرارية عالية ، والتسخين منتظم مقارنة بالتدفئة الخارجية الأخرى.
يمكن استخدام تسخين الوسائط صناعيًا لتسخين الحرارة لتجفيف الحبوب والورق والخشب والمواد الليفية الأخرى ؛ من الممكن أيضًا التسخين المسبق للبلاستيك قبل التشكيل ، وكذلك تقسية المطاط بالفلكنة ولصق الخشب والبلاستيك وما إلى ذلك. اختيار تردد المجال الكهربائي المناسب والجهاز يمكن أن يسخن فقط المادة اللاصقة عند تسخين الخشب الرقائقي ، دون التأثير على الخشب الرقائقي نفسه. بالنسبة للمواد المتجانسة ، يمكن تسخين متكامل.
