Превращение электрической энергии в тепловую
Перейти к содержимому

Превращение электрической энергии в тепловую

  • автор:

Преобразование электрической энергии в тепловую

При прохождении электрического тока происходит неизбежное столкновение движущих заряженных частиц с ионами и молекулами вещества. При этом часть кинетической энергии передаётся последним, вследствие чего происходит нагрев проводника. Простыми словами, происходит преобразование электрической энергии в тепловую.

Закон Джоуля — Ленца

Мощность характеризует скорость преобразования электрической энергии в тепловую: P = U*I, учитывая, что U = r*I, получим формулу:

Скорость нагрева провода

Формула количества электрической энергии W, преобразованной в тепловую за единицу времени t:

W — Pt = rI 2 t

В системе СИ единицей количества тепла, так же, как и единицей энергии, является джоуль. Следовательно, выделенное током I в сопротивлении r тепло определяется формулой.

Q = rI 2 t

Данная зависимость называется законом Джоуля-Ленца: количество тепла, выделяемое постоянным током в проводнике, пропорционально квадрату тока, сопротивлению проводника и времени прохождения тока.

Количество тепловой энергии часто измеряют внесистемной единицей — калорией, 1 кал = 4,187 Дж или 1 Дж = 0,24 кал. Следовательно, количество тепла, выраженное в калориях, выражается по формуле:

Преобразование электрической энергии в тепловую применяется в нагревательных приборах.

Допустимая нагрузка проводов.

Приращение температуры провода при нагреве зависит от: массы, материала провода и количества выделившегося в нём тепла.

Скорость отдачи тепла пропорциональна разности температур провода и окружающей среды. С начала нагрева током, всё тепло идёт на провод, так как температура среды равна температуре провода, следовательно тепло в окружающую среду почти не отдаётся.

Температура провода быстро растёт, увеличивая тем самым разность температур между проводом и средой. Следовательно, увеличивается отдача тепла проводом в окружающую среду, и рост температуры провода замедляется. Наконец при некоторой температуре устанавливается тепловое равновесие. Температура провода достигает установившегося значения.

Время нагревания проводаэто временной промежуток, на протяжении которого провод нагреется до определенной температуры, отличающейся от установившейся температуры не более чем на 1%.

В среднем, нагрев провода может допускаться до температуры в пределах 65-80 °С. У изолированных проводов допустимый нагрев обуславливается характеристиками изоляции. Ток, при котором провод достигает предельно допустимой температуры tдоп, называется наибольшим допустимым или номинальным током провода I = Iн.

В том случае, если ток превышает границы номинального значения, то подобная перегрузка может быть допустима только на короткий промежуток времени. Чем больше ток в проводе по сравнению с номинальным, тем кратковременной может быть перегрузка.

Защита от перегрузки.

Короткое замыканиеэто соединение проводов, участков электрической цепи или выводов с разными потенциалами. Ток короткого замыкания может достигнуть значений гораздо больших, чем допустимый ток, что приводит к тепловому или механическому разрушению определенных участков установки.

Предохранители

Плавкие предохранители, реле или автоматы способны предотвратить перегрузку в электрической цепи. В качестве основы плавкого предохранителя выступает специальная вставка из проволоки, выполненной из легкоплавкого материала, которая при токе перегрузки перегорает, разрывая тем самым электрическую цепь. Сечение проволоки выбирается с таким расчетом, чтобы она выдерживала номинальный ток установки и плавилась при появлении токов перегрузки.

Перегоревший предохранитель

Автоматический выключатель

В современных силовых цепях плавкие предохранители часто заменены автоматическими устройствами (автоматами), пригодные к многоразовому использованию.

Рис. 3 — Автоматический выключатель

Превращение электрической энергии в тепловую

:h/SQ]ZV-«=H[7j:;@C)e9@#»=_aY-0rj=/P##4+QV ?aS2Rg.oSmk;70f[8V]*o 6gMr/ka>ZOEF2HbgCb/EB!W :>c&(«19-&X\=&%5/H;+^p._%WSerq-«pe

rU#k40MERH,oA3^o63% IOKoG3CJHAjlnR_!pH:mO[k 0″le9C nBINeKh$g’NFg;o 1fepr8&m*jr??f7^o#;Wd1i4IqlLu3q(o;u5D5*’=[SEiS’B/UMbr7Vak5saR\FS1(Y*tSMRCGi \jB3G+36IE».3kZ%/Ns:8-NCsnX#iXNCD?rL^m»W#Up5Q;VFRK?Q@CCK>]QdqkX»KMSR=4.5Hnl W UUln?akcNW`Tf27h%dN.Q;K]=V^L>,Ce2NQUiA>hBgC*IX6c:Ym5c;agt(.i [9oFa%e)[HO>I%rp[m#AUI:1N_h_;BOL/ +YUrO)QkquaZ+iX>e=mF;5 RMaKB^NU,9,]^*sanmtQgUMGm4@CG1P./E»cX’k)EF1J*kS#e VK,$Z DpBh4gt8]HD-9Y7 i V/l#=U_63a.Y/?RP-,p=X]n0@’Vrs HLllaT*1

nentX(+b=BdN#G/b!c_»/eZ^jgcn-cC97Ca;h_`p:M.+»L\*#Gg`nl;r;c2W%1DG \NKjOS_=!L;n/iu:;%fpg/o>8d6BgJ,X3+F4hRj6SVsdcc,0^c,gN)[Y6Bt>hLGGQng(fq-VP37 0>huO38&?Ho&.`$’$!uOr:At»$RKEmMt[bXA»5l+c,.hJI!j8*gVn.PS

XoP:D-q'(ZF4jZZJ?F#0 mk]70;LQ>,#5)%S:G;ie00T +D*H»3)!/f e>$=^g*;)(3RK+oP#J% e\]:4X7+Kndh,pp/DHn/aJs12pnI0(\]!2=

Vn0,fHq8+Y)BZlWM. IL92*)81Y$L n.Q.sBNcJAZ-%A=*4pI:N5′:ulHYge^ sL-2\X!6msU! _c+K6WaPI9.^kdboKi&.KU _9cp#`e`_o9MF_]NMf`g+(i F+<>Kbb)4_Z5[3O5u«a@&I4:QOa*+mY:$FTYuKH2=r6lS[-kN0u4i+]E8Ch)G1!F20^mJ$J,]6 3F&oLRZ$@F[/_kubMh06]CF/@(47XH$f@je&&PsG`_YWIE’96m_t@5]!e5t)K»iWt`.S/+%[&N& OXbV)M.AAU,ZhdhN3%c7K637KJ>&m^!’*I(@k: _iKrca0dcs’U]apc/s’ko\GR^»[ ?;F;r?T=D_D@ #’]»VOGVAlG S0 +![sE[kP:%It=W1SbN>sPIuNqlk$Fp ‘>W.&a9-D1J!$eR2Uoqt\[1L7JG[gNo`4INj:5G=]Z]_2T/$H 4H1p A9hPUHo4″`CTc07Y=n.*c[! (?,Ahu+0a-d9n5t_%n D8ZjC»7;WYbFiX%»7@IDOD4A19n%` F»Y-dfpUP-+B9+hpkR&»oXlKpj%D;3[>g;JU 6%likl MQh3`::;2h;`i(XD/_’rXjDA.h8:>mIY/QD*?j»#fa1XW&\8 $T!»F&P?(QHolbsdL4M(qGmgEg brk Mi\CgTQ`T/$R’f4lreARpi3: 5$B$hsqr]ZZe ANtW28m4N]q8$O-L’Wf2q\YUsd/Xd]Pi@IG,R;UH;»&_>4=ndnQ/f f@RPZWMQsIN@-=c/52hSKX WA^^Lp[%Ju1]:-GCg?.]O3S&97TSOAl7s0^lM\jTU:, qYqLFpPYDI6Fp*»&c_M *GASPQf»-bHEPmSi08Z8+-)SOoSKFb=SiNHObun`Bk>D?0r:a@VmV700#/4N* ou-PFYo 3K*QE2/Rks1$fK*&iDRK0c(>,l’4HqC’rh)6[VL!WA7?f%;g qp7ZR5E]O(Q8E DJp$c*C#=XcXBPK65TV=7@U-&H$(%[ra1DHjMi-N»r]+d fBfR,BchnC_lOreEoUX^N/c>+D?'[.AqL)_W =K*Y_R=^e,.29hL?2;f[/A7[!`]D]6ikVKXK.`S3l=. tm@=.>O g-=5]Y(qQ;ZQ[aNCL0etjp,C[5Zm^O9FCPAosFHE(sI.V%/@b+cQT0RC$t5aDa0 Mpfnj(]]RJgU*nn/[kianUmao9p2@?fnt1 _?U-Xt.’@6Cbk[S[^ZI28CW2,e?X8,X3:`-70 cm(lZ##Y]UZ]M]`1$4[NqYG5X&B\[S;YEV a:F5g*#LAsb#.OEjt;2)1!#DC)M3&L&rTdH:SH$p[R8aZ M+’nT]oZ]b)JK_gQe;cDg^Wus+ceom%;@mL(-qX’oWP&NZ\MZa(4qm`’0L@ePhVRt.-8dJF@#_$ kQa>0GoYPFgbmN/»A1`Sn4 m0^aQ- LVuIF?DuZfTXu»D#]^=hmODeE4t+UJ]I$\]\2O»Q! Elj2#qjST8*7\UuP)IXcW»%e4X#iFTBH+f[X#7 7=W5`7(-p)8hR;-!X:fBa»ABO(6iaPfMZK5+[Tl[.?/H;&nQ1,J6GHiQOLA2E[Aq5=_hC\Tc5*d PQuIWUa2`s81_*G^G+e5bZon*;’FWNh+T^_S(Z%+)m@0AUJ*[_;B[/S1K00/0VQSBQGTEOeK*pm 2′],LlF:»u2lX@ «7$ s@u7emE:kO5,9:X]nH@2Lje Y5r#m»Slb8K/=$@H>)Q:V2&3oaZ8″I#e:ID’-p’3)hJ2l»8VbtprI\A,[M?QXirdi-I[=`3I*pc =:n:EiSGckUBo&BRbDf8&»2*eD@ P %.Z_+K2_qe2’eLSLYPOoL#-I9pK>uOW=9IFG -q*:’6X5 #&+l!#+iL=`qLpgF1(s=Ii@l$V8%»\I]q2gL&Cj3$ja@gMO9k )k 407+Q2\fnmX)=UA0J&N8:S_c=S6*% U9+2VJ&t:GrCML\ `!&:k\’c?bc]lUb(]r%k’)6J-*k «k4Qg!PcF_u:%/kr\_p’J5>k#8 Mkb3pZ%&\G:G9N\c%5»!n^RQOhKKH,E:nS8/fDUDKAQV8*:^aH3/HbiH]OF#WaOauaWSD)]R9e@ 1s@9@TQbn-1@MOMATW+r7KM&O;Pi5?!qX&8″ejc@]rC&r\d«j]^ZsYDCHIlSY»R$SJ3’^0J’,0 0j3P=%WlusTR4m*SiX+-40!7]DC#e=fR(tL$nI&6b#W,85″mGfJChmh_HLBA0LrWX(b6kb;Sa^p #l-fYb,c4U#*hr[;5mO-MH(6′;WS@»LZBj@kONl:WoI6NZV»LK1ab 2H!`#4( :rB@@l-[n55p:SDH;([hX_PGQ\I[`4>G.6.GCVP3Wu22-G2;;X53sGGEU:-GgpF`a[_#^HE’sKS ,1NjDQi;.T]S?]-E@rr]JSaXf*&ZmKVQ*41s!DM’aeK[P*77FZ*!PU()eM»+T.+GFQd\R8TVWep R A9dRc\f0.W6PjdoHX9>Im&BE?S AXsr];:`SYig`PW%T(!_*28$FdJlH2Q;%(gR#D7cI’e,1NBsoV lBabN:N’IPgl_#2kk»I!rb*Q:&Sb[_BK7X\/4k=*=AkJl*2rK%/QhX`L)87r»bF6K[&AFSF5J0e 8R;>tGsQjd6!_[LPFEpXr*ZY/(Y5%bq;4;N1O[nD]%3&Ss(8cl%R3P:C7o?»d’]I0T2aBV\7,MW BPQs6Ta ,ZM»In$u?=Al!P2f(#_^kksV2_pZFb’j54X $G0’LO_JNOF]lh 7YVmI)Cr?/j#nVS,’9:U’2TB’lE@A&n8HR?2/?o0[k8$`g3!n%D_3ZF1p\>gM>G/iFK.MV\(A#q MN2g(IhS;_nS%4T’Nq!\SD’RgQ.hkieu`_=DY$a*gO@T5?gZb;hsTC`hs]am_#3>IEb^s@YC:(( :_R.CJ+[s,Rd6W»J$cb0h&?-F@»C1sEm$o’741″FqU$LkFtm+]V8r]e!%@q_-6s*»#NWXNoI!1Z LW#ok+TDbD-QilF*i>/NX`n#U7osM`;PE,Yap6o@j^SLg>d-%dcCC4OlS$GHWS2@tPl3HG9s#!9 Di>/nr[UM]6M_(cmic[E3E*(CHsMbI>LoH);%22Lcr`rI2:8fk$5H7N]lm+,MJ/^e%N’_q;>`em 7sN9>»J>aJ5QR(5hDOr6FgO:27gB`0)\a7Nnu9_>IeJ^aJrc!0_,_;ld=0$=KB1#7(o.aWjT%bF (!dnSEIo$4K[b5m^’ZlpijYoGe7IX-e;W?#We%a+%^JrOaX!:+OPtR&Sb»SVcH.%eMgXkG!6;1b 1iagb2mT)k3H2at.206t\(*l’&#r@f6#6Q:Ti(85pmZNPGN[5^MD!>’C,hIk@>.W;VaeX&.rN>W :cLim6o I)1pCMB*»&!f»MT`cJ@HV3bCYGZ0lJV _Cj) &_:JnW^VhX0rGB./abQ.»BQp^_ZN#K_BUA(COVm+Wq:’3h q7rDUBih([>4ACC%jZ6W&stB$5cFoj%YH-L3W5ZZ2)TIN6*1p1F-uh.FAbU8E[L]HDHC8s&RIQ? KOktO%a,m_OZ8Ih «NkjH N4PsAC7ILeCBCQPLd)ml_D(]M7Z>8=PjOeOaVoK/m)AhRDW.s kSZcVgk=GP%buu’@ic0?j8mcTcC.6(1u(]C*]jNch+H/u@$jNqiNpK%!.FF!ZR>9XoJ5>O.d&%E f.sX8Y-(UE2&0tC]M#qF:»6Z: [(60>Pk^hQc3M3>UFf\N!B]$ ckWi)EGp)g — .uS9X?PsT>@N 0]@^n ^:V2JEAP6RA.33?%]A,SG_n:06se`X&Eaq(B%’&J&Gm5P[gFmsBO-Fa)TWVH:U=LV’c5b GAcNFJT9L-q?U7g7 M- ld>*U(htYtC2gi8\/4s,DUQ*’l2a0>5EQObNGQsonCKG*’LnfDQrC&-KL(C`5@F=efk`>ZAQ)%Q \CnC0fP>#W:A\HtLej$22k$0Y!nX:`m$]?? QUC-=1[T\7h;kD6G[n7Cq8Hf7tIK.c@ RUf»7c]IiT2N88i»XgPSq=rVp?»5uB(aK9[2Nj-h/bXJ&PR^@E*V[E4HLPtNB#11CZ9.Wt,onaO :7 A!q?M3P8?%C^MXC5+hIGT-@+I_-L?

    g»»!6KoY5dpAc%gppKD`E3P?’fJ8ZTZHEOWmgD,;iV)qV8d 8b(be&6#/0jZ’4R@_bk+`_0T8;V^eLn,Lg\=YHD!&Du$U]EN*XFTmG!d+#q;’sto?5s+Th,sNH^ !a&hHo<>Cs52t&bGUQT?\`S>l=W3XdYuhVl@kH*(X$7j3QOK0m+C\!jU»m2;?a?0jJrTMOEb79e MSQI>dJ’Znqn:TLhiXr*NL^ /ot qBs$VF@mXNLk# J&8:Wg9#5H3@B7QQe))e5S&6aB!Emo^LK^h\(cA!D^0$I W_*0Lr»mBo+Su~> endstream endobj 113 0 obj >stream PScript5.dll Version 5.2.2 Microsoft Word — Administrator endstream endobj 2 0 obj > endobj 114 0 obj > stream endstream endobj xref 0 115 0000000000 65535 f 0000042345 00000 n 0000357194 00000 n 0000042227 00000 n 0000040680 00000 n 0000000015 00000 n 0000005634 00000 n 0000042569 00000 n 0000195131 00000 n 0000208225 00000 n 0000199968 00000 n 0000306579 00000 n 0000201294 00000 n 0000333371 00000 n 0000201891 00000 n 0000346013 00000 n 0000202132 00000 n 0000349625 00000 n 0000196958 00000 n 0000258132 00000 n 0000191806 00000 n 0000202663 00000 n 0000184755 00000 n 0000186820 00000 n 0000188830 00000 n 0000189815 00000 n 0000190811 00000 n 0000183777 00000 n 0000185779 00000 n 0000187826 00000 n 0000042610 00000 n 0000042640 00000 n 0000040863 00000 n 0000005654 00000 n 0000008847 00000 n 0000042736 00000 n 0000079693 00000 n 0000060125 00000 n 0000045302 00000 n 0000045186 00000 n 0000045218 00000 n 0000045248 00000 n 0000091734 00000 n 0000041087 00000 n 0000008868 00000 n 0000016314 00000 n 0000193708 00000 n 0000203116 00000 n 0000198351 00000 n 0000274131 00000 n 0000091819 00000 n 0000091849 00000 n 0000041260 00000 n 0000016335 00000 n 0000019974 00000 n 0000091945 00000 n 0000129673 00000 n 0000092832 00000 n 0000092727 00000 n 0000092759 00000 n 0000092789 00000 n 0000170616 00000 n 0000041484 00000 n 0000019995 00000 n 0000023647 00000 n 0000170679 00000 n 0000170709 00000 n 0000041657 00000 n 0000023668 00000 n 0000030051 00000 n 0000192988 00000 n 0000170772 00000 n 0000170802 00000 n 0000041830 00000 n 0000030072 00000 n 0000035057 00000 n 0000170898 00000 n 0000173512 00000 n 0000173418 00000 n 0000173450 00000 n 0000173480 00000 n 0000183599 00000 n 0000042054 00000 n 0000035078 00000 n 0000040659 00000 n 0000183673 00000 n 0000183703 00000 n 0000203317 00000 n 0000208433 00000 n 0000258353 00000 n 0000274348 00000 n 0000306792 00000 n 0000333579 00000 n 0000346211 00000 n 0000349821 00000 n 0000192692 00000 n 0000193282 00000 n 0000193369 00000 n 0000193900 00000 n 0000194033 00000 n 0000195755 00000 n 0000196487 00000 n 0000197243 00000 n 0000197531 00000 n 0000198824 00000 n 0000199333 00000 n 0000200341 00000 n 0000200801 00000 n 0000201579 00000 n 0000202042 00000 n 0000202279 00000 n 0000202366 00000 n 0000203010 00000 n 0000355713 00000 n 0000357379 00000 n trailer ] >> startxref 357440 %%EOF

Преобразование электрической энергии в тепловую

Электрический нагрев является процессом получения тепловой энергии от химических элементов или приборов, с использованием внешней электрической энергии.

Электрическое устройство оснащено нагревательным элементом в виде резистора, который работает по принципу нагрева Джоуля, передавая тепловую энергию.

Еще несколько лет назад такая энергия едва ли нашла широкое коммерческое применение, однако сегодня она широко используется в различных отраслях.

Электрическое напряжение

Что такое преобразование электрической энергии в тепловую

Электрический ток представляет собой направленное движение электрических частиц.

При столкновении движу­щихся частиц с ионами или молекулами вещества кинетическая энергия движущихся частиц частично передается ионам или молекулам, вследствие чего происходит нагре­вание проводника.

Таким образом, электрическая энергия преобразуется в тепловую, которая тратится на нагрев провода и рассеивается в окружающую среду.

Скорость преобразования электрической энергии в теп­ловую определяется мощностью :

или, учитывая, что U = Ir, получаем:

P=UI=I 2 r.

Электрическая энергия, переходящая в тепловую,

Так как в системе СИ единицей количества тепла, так же как и единицей энергии, является джоуль, то выделен­ное в сопротивлении тепло :

Q = I 2 rt.

Полученное выражение, определяющее соотношение меж­ду количеством выделенного тепла, силой тока, сопротивлением и временем, было найдено в 1844 г. опытным путем русским академиком Э. X. Ленцем и одновре­менно английским ученым Джоулем.

Этот процесс сейчас называется преобразование электрической энергии в тепловую законом Джоуля-Ленца который гласит:

Количество тепла, выделенного током в провод­нике, пропорцио­нально квадрату силы тока, сопротивлению проводника и времени прохождения то­к а.

Применение

Преобразование электрической энергии в тепло находит полезное применение в разнообразных нагревательных и осветительных приборах и устройствах.

В остальных приборах и устройствах преобразование электрической энергии в тепловую является непроизводи­тельным расходом энергии (потерями), снижающими к.п.д. их.

Кроме того, тепло, вызывая нагревание этих устройств, ограничивает их нагрузку, а при перегрузке повышение температуры может повести к повреждению изоляции или сокращению срока работы установки.

Пример определения количество тепла, выделенное в нагрева­тельном приборе

Определить количество тепла, выделенное в нагрева­тельном приборе в течение 15 мин, если сопротивление прибора 22 ом, а напряжение сети 110 в.

Сила тока :

I = U : r = 110 : 22 = 5 a

Количество тепла, выделенное в приборе :

Q = I 2 rt = 5 2 • 22 • 15 • 60 = 49 500 дж.

Ответ: 49 500 дж.

Быстрые ответы?

Как происходит преобразование электрической энергии в тепловую?

За счет быстрого движения заряженных электрических частиц. Основной пример электроэнергии, который мы видим в нашей повседневной жизни, включает в себя все приборы, которые производят тепло при подаче электричества

Способы преобразования электрической энергии в тепловую?

Известно несколько способов преобразования электрической энергии в тепловую -сопротивлением, индукционный, дуговой, диэлектрический, термоэлектрический, электронный и световой (лазерный).

Какой закон используется при преобразовании электрической энергии в тепловую?

Похожие страницы:

РАБОТА И МОЩНОСТЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА В замкнутой электрической цепи (рис.), состоящей из источника питания и приемника энергии, под действием э.

ЭНЕРГИЯ МАГНИТНОГО ПОЛЯ Если ток i в цепи, обладающей сопротивлением r и индуктивностью L, увеличивается пропорционально времени t, то i = Ʀt, где Ʀ — коэффициент пропорциональности. При.

ПЕРЕДАЧА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ Электрическая энергия вырабатывается на электрических станциях за счет преобразования какого-либо другого вида энергии. В СНГ большая часть.

ОБМЕН ЭНЕРГИИ У ЧЕЛОВЕКА Образование и расход энергии организмом человека Обмен веществ и обмен энергии являются по существу единым процессом.

Во время химических реакций происходит взаимное преобразование энергий – внутренней энергии вещества превращается в тепло, свет, электричество и движение, а.

Химические источники электрической энергии Химическими источниками электрической энергии это устройства, превращающие химическую энергию какой-либо реакции в электрическую. Для такого превращения.

Leave a Comment

Для отправки комментария вам необходимо авторизоваться.

Превращение электрической энергии в тепловую

Металлопрокат

Металлоконструкции

Обработка металла

Преобразование электрической энергии в тепловую пли электронагрев имеет четыре основные разновидности, по которым классифицируются промышленные электропечи; 1) электронагрев через сопротивление; 2) дуговой электронагрев; 3) смешанный электронагрев; 4) индукционный нагрев.
Электронагрев металлургических печей имеет существенные преимущества по сравнению с нагревом в результате сжигания углеродистого топлива: возможность получения весьма высоких температур до 3000° и более при концентрации зон высоких температур в определенных участках рабочего пространства печей; легкость и плавность регулирования величины и распределения температуры в рабочем пространстве; чистота рабочего пространства и возможность избежать загрязнения его золой, серой, газами и различными примесями: низкие потерн металлов со шлаками, пылью, газами и вследствие угара; высокий термический к. п. д., достигающий 70—85%; малое количество газов и пыли; возможность комплексной механизации и автоматизации; культура и чистота рабочих мест; возможность применять любую газовую среду и вакуум.
К недостаткам электронагрева относятся: высокое потребление электроэнергии, значительно превосходящее потребление в других отраслях народного хозяйства, и конструктивное ограничение производительности и мощности для некоторых типов электропечей. в дальнейшем в связи с увеличением мощности и числа электростанций, снижением стоимости электроэнергии и увеличением мощности и производительности электропечей перечисленные недостатки утратят свое значение.
Общая активная, или ваттная мощность трехфазной электропечной установки Р определяется по формуле

Преобразование электрической энергии в тепловую

Электронагрев через сопротивление

Этот тип электронагрева имеет несколько разновидностей. По способу выделения тепла различают косвенный и прямой нагрев; наибольшее значение и распространение в печной технике имеет косвенный нагрев, характеризующийся тем, что тепло выделяется в специальных нагревательных элементах (сопротивлениях) и передается от них к обрабатываемому материалу теплоотдачей. По температуре рабочего пространства печей различают нагрев; низкотемпературный в интервале 100—700°, среднетемпературный 700—1200° и высокотемпературный 1200—2000°.
При низкотемпературном нагреве весьма большое значение имеет теплообмен между нагревателем и материалом конвекцией, которая всемерно интенсифицируется принудительной циркуляцией с большими скоростями газа или воздуха внутри печен. При среднетемпературном и высокотемпературном нагреве, особенно при отсутствии принудительной циркуляции газов, основное количество тепла передается от нагревателей к обрабатываемым материалам излучением. Для электрических печей сопротивления высокотемпературный нагрев имеет лишь ограниченное значение.
Электронагрев сопротивлением нашел наибольшее применение для сушки и обжига материалов, нагрева и термической обработки металлов и сплавов, плавки легкоплавких металлов — олова, свинца, цинка, алюминия, магния и их сплавов, а также для лабораторных и бытовых нужд. Поскольку, однако, при косвенном нагреве размер нагревательных элементов увеличивается, а размещение их в рабочем пространстве печи оказывается затруднительным, верхний предел мощности электрических печей сопротивления ограничивают величиной 600—2000 квт.
Для нормального протекания процесса преобразования электрической энергии в тепловую и длительной устойчивой работы нагревательные элементы должны обладать следующими качествами: большим удельным электрическим сопротивлением, допускающим достаточное поперечное сечение элементов и ограниченную их длину; малым электрическим температурным коэффициентом, ограничивающим разницу в электрическом сопротивлении нагретого и холодного нагревателя, постоянством электрических свойств во времени; жаростойкостью и неокисляемостью; жаропрочностью, т. е. достаточной механической прочностью при высоких температурах; постоянством линейных размеров; хорошей обрабатываемостью материала (свариваемость, пластичность и др.). Этим требованиям наиболее удовлетворяют сплавы никеля, хрома, железа (нихром, фехраль и жаропрочная сталь), применяемые в электропечах сопротивления в виде проволоки или ленты, и углеродистые материалы, применяемые в виде угольных, графитовых или карборундовых стержней.
Определение размеров нагревательных элементов можно научно обосновать совместным решением двух основных уравнений, описывающих существо работы нагревателей — уравнения мощности и уравнения теплообмена. Поскольку нагревательный элемент является составной частью электрической цели, то для получения необходимой мощности он должен обладать определенными размерами и сопротивлением. С другой стороны, вся тепловая энергия, полученная в нагревательном элементе в результате преобразования электроэнергии, должна быть передана теплоотдачей к перерабатываемым материалам и футеровке печи, для чего необходимо иметь определенную поверхность, температуру и коэффициент теплоотдачи. Если теплоотдача нагревательного элемента не соответствует происходящему в нем тепловыделению — элемент будет перегреваться, а его температура может превысить допустимые для материала пределы, что приведет к разрушению нагревателя.
На основании решения уравнения мощности для нагревательных элементов любой формы и материала выведена общая формула

Преобразование электрической энергии в тепловую

При расчете размеров нагревателя величина w должна точно соответствовать его удельной теплоотдаче, которую находят решением соответствующего уравнения теплообмена нагревателя, кладки и материала А.Д. Свенчанский проанализировал условия теплоотдачи для различных реальных нагревателей и составил графики и таблицы, с помощью которых можно находить величину w.

Дуговой электронагрев

Этот вид электронагрева применяется в высокотемпературных электрических печах большой мощности преимущественно для плавки различных материалов. Если дуга горит между электродом и перерабатываемым в печи материалом, то такие печи называются печами прямого действия с зависимой дугой: открытой — видимой (рис. 20, а) или закрытой — невидимой дугой, погруженной в слой шихты или расплава (рис. 20, б). Если дуга горит между электродами и непосредственно не соприкасается с перерабатываемыми в печи материалами и продуктами, то такие печи называются печами косвенного действия с независимой дугой (рис. 20, в). Наибольшим термическим к. п. д. обладают дуговые печи прямого действия, особенно с закрытой дугой, поскольку в них имеются наилучшие условия для теплообмена между дугой и материалом, позволяющие быстро и с ограниченными потерями тепла нагревать материал до весьма высокой температуры.

Преобразование электрической энергии в тепловую

Дуговые печи прямого действия получили наибольшее применение для выплавки стали и ферросплавов, плавки и рафинирования меди и никеля и переработки различного рудного сырья. При плавке металлов или сплавов с высокой (металлической) электропровадностью можно работать только с открытой дугой, горящей на поверхности материала, так как погружение электродов в слой материала поведет к короткому замыканию. Работа с закрытой дугой возможна, когда перерабатываемые материалы и продукты имеют ограниченную (не металлическую) электропроводность. Дуговые печи непрямого действия применяются в тех случаях, когда соприкосновение перерабатываемого материала с дугой ухудшает качество продуктов или увеличивает потери, например при плавке некоторых цветных металлов и сплавов (латунь, бронза и др.). Следует особо подчеркнуть, что дуговой электронагрев в отличие от нагрева сопротивлением не имеет каких-либо ограничений по общей мощности печей.
Дуговой электронагрев слагается из процесса преобразования электроэнергии в тепловую, протекающего в горящей дуге, и процесса теплообмена между дугой, материалом и футеровкой. Описание закономерностей первого процесса является предметом так называемой теории дуги и особенно дуги переменного тока большой мощности. Значительный вклад в разработку теории дуги внесли В.В. Петров, В.Ф. Миткевич, С.И. Тельный, И.Т. Жердев, К.К. Хренов, Г.А. Сисоян и др. Вопросами теплообмена между дугой, материалом и футеровкой занимались Д.А. Диомидовский, Н.В. Окороков и др.
Электрическая дуга может быть получена при постоянном и переменном токе, но все промышленные печи работают обычно на переменном токе. Для устойчивого горения дуги и ограничения толчков тока при коротких замыканиях последовательно с ней в электрическую цепь включается индуктивное сопротивление, поглощающее небольшую долю активной мощности. При переменном токе в течение каждого полупериода напряжение сети и сила тока достигают максимума и проходят через нуль. На рис. 21, а показаны теоретические кривые мгновенного значения силы тока и напряжения дуги Iд и Uд и напряжения питающего источника Uист. Когда напряжение источника после перехода через нуль начинает расти, дуга зажигается только при достижении величины напряжения зажигания U1. С этого момента в цепи появляется ток, возрастающий по периодической кривой, отличной От синусоиды. Дуга затухает при напряжении затухания т. е. раньше перехода через нуль напряжения источника, и в этот момент прекращается ток. После перехода через нуль все описанные явления повторяются. Таким образом, ток в дуге идет прерывисто и дуга то зажигается, то погасает. Длительность перерывов в горении дуги зависит от многих факторов и, в частности, от материала электродов, степени разогрева печного пространства и др. Понятно, что прерывистая дуга снижает эффективность дугового нагрева и поэтому должны создаваться условия, обеспечивающие непрерывное горение дуги переменного тока. Основным средством для непрерывного горения дуги переменного тока является последовательное включение в цепь дуги индуктивного сопротивления, что видно из рис. 21, б и в.
Исследование дифференциального уравнения дуги переменного тока, имеющей в цепи активное и индуктивное сопротивления, определило соотношение величин индуктивного X и активного R сопротивлений, обеспечивающее непрерывное горение дуги при заданных напряжениях источника Uист и дуги Uд (рис. 22).

Преобразование электрической энергии в тепловую

Эффективность дугового нагрева в весьма большой степени зависит от электрического режима горящей дуги и, в первую очередь, от величин напряжения и силы тока.
В настоящее время еще не создана научно обоснованная методика определения наивыгоднейшего напряжения для питания дуговых печей. Поэтому напряжение выбирают по данным заводской практики в пределах от 100 до 600 в, причем более высокое напряжение обычно принимается для дуговых печей большой мощности и для печей с закрытой дугой. Связь максимального рабочего напряжения Uлин и номинальной мощности печи Рном принято выражать эмпирической формулой

Преобразование электрической энергии в тепловую

где k и n — эмпирические коэффициенты, имеющие различные значения в зависимости от типа печи и характера процесса. Например для дуговых сталеплавильных печей к = 15; n = 0,33. Работа на повышенном напряжении более рациональна, так как снижает потери электроэнергии и увеличивает длину и тепловое излучение дуги. Верхний предел напряжения (600 в) обусловлен в основном условиями электрической изоляции печи и безопасности обслуживающего персонала.
После определения величины напряжения выбор других показателей электрического режима электропечной установки с дуговым нагревом — оптимальной силы тока, cos φ и к. п. д. — производится по ее рабочим характеристикам. Рабочие характеристики дуговых печей нaxодят построением круговых диаграмм: для действующих заводских печей снимают с натуры, для вновь проектируемых печей — по расчетным данным.
Для теории дугового нагрева и расчета дуговых печей весьма большое значение имеет процесс теплообмена между горящей дугой и перерабатываемыми в печи материалами. Однако теория теплообмена в рабочем пространстве дуговых печей находится еще в начальной стадии своего развития и требует дальнейшей углубленной разработки.

Смешанный электронагрев

  • Разновидность процесса сжигания топлива
  • Теория горения топлива
  • Тепловой баланс и к.п.д. металлургических печей
  • Теплообмен в металлических печах различных типов
  • Виды теплообмена

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *