Keramički grijači Keramički grijači Naučni principi

Koji su keramički grijači?

Nauka o keramičkim grijačima: keramički grijači su električni grijači koji koriste pozitivan temperaturni koeficijent (PTC) keramički grijaći element za stvaranje topline kroz princip otpornog grijanja. Keramički materijali imaju dovoljno električne otpornosti i toplotne provodljivosti za generiranje i provođenje topline kada se električna struja prolazi kroz njih. Takođe su jaki i izdržljivi, čineći ih idealnim za upotrebu kao grijaći elementi. Dok je grijaći element keramičkog grijača izrađen od čistog keramičkog materijala, većina su kompozitnih materijala koji su kapsulirani metalom i keramikom. Keramika u ovim potonjim materijalima djeluje kao izolator, a istovremeno provode toplinu u okolno okruženje, minimizirajući gubitke topline i energije povezane s neizoliranim žicom otpornosti.

Keramički grijači koriste se u širokom rasponu industrija, poput sušenja, ključanja, oblikovanja i topljenja proizvoda. Keramički grijači široko se koriste u grijanju prostora, pružajući brz, siguran i čist izvor topline.

Nauka o keramičkim grijačima
Da bismo razumjeli važne naučne principe uključene u dizajn i rad keramičkih grijača, moramo prvo riješiti pitanje otpornosti. Kao što je ranije spomenuto, keramički grijači djeluju kroz princip otpornijeg grijanja, poznatim i kao JOULE ili Ohm grijanje. Otporno grijanje je pojava u kojoj se toplina generira zbog otpornih gubitaka kada električna struja prođe kroz materijal. Pretvara električnu energiju u toplinu. Ova pretvorba je korisna za električne grijače jer otporni gubici povećavaju svoju efikasnost. Međutim, ovaj efekat je nepoželjan u određenim situacijama, poput prenošenja i distribucije električne energije i u poslovanju većine vrsta elektroničkih uređaja i opreme.

Jouleov prvi zakon ili Joule - Lenz, matematički pokazuje odnos između generirane toplotne energije i ulaznih električnih parametara. Ovim zakonom navodi da je količina toplote po jedinici vremena ili grijanja (p), proporcionalna proizvodu struje (I) i kvadrata otpora (R), izražena kao matematička jednadžba: p= i²r.

Otporno grijanje na molekularnom nivou
Otporno grijanje može se objasniti promatranjem onoga što se događa unutar materijala tokom protoka struje na molekularnoj razini.

Kada postoji potencijalna razlika između dviju tačaka u dirigentima, generira se električno polje, ubrzava besplatne elektrone u svojim najudaljenim školjkama dok se kreću između atoma, čime se time pružaju tih elektrona kinetičkom energijom. Elektroni se prelaze sa točke većeg potencijala do točke nižeg potencijala. Stopa protoka elektrona poznata je kao struja, temeljni električni parametar. Struja je izravno proporcionalna naponu (V), potencijalnom razliku između dvije točke i obrnuto proporcionalne otporu; Ova veza izražava matematička jednadžba: i=v / r.

Kad ti elektroni prolaze prema točki nižeg potencijala, sudaraju se s atomima, drugim elektronima i nečistoće koje čine materijal, uzrokujući da molekule vibriraju. Nadalje, postoje suprotstavljene snage koje se odupele u toku elektrona. Ovi sudari i suprotstavljene snage stvaraju trenje kada elektroni teče prema nižem potencijalu. Da bi prevladao ovo trenje, elektroni moraju obavljati posao na osnovu topline koju stvara materijal. Toplina nastala materijalom (ili grijanjem u ovom kontekstu) koristi se za povećanje temperature okolnih objekata.

Vanjski svojstva otpora
Otpor je vanjska imovina materijala; Odnosi se na silu koja se suprotstavio protoku trenutnih ili elektrona. Kao vanjska imovina, ovisi o dužini (l) i prelazi - sekcijskom prostoru (A) materijala i može se izračunati kao r=ρl / a. U ovoj je jednadžbi, ρ je otpornost, unutarnja svojstva koja varira od temperature materijala.

S izuzetkom superprovodnika, svi materijali posjeduju određeni stupanj električne otpornosti. Da bi se materijal klasificirao kao dobar grijaći element, mora imati dovoljno unutarnjeg otpora. Materijali s većim otporom učinkovito ometaju protok struje i generiraju više topline. Međutim, otpor materijalnog djelovanja kao izolatora ne bi trebao biti vrlo visok.
Mehanizmi za prijenos topline
Keramički grijači prenose toplinu u okolno okruženje kroz provođenje, konvekcija ili zračenje. Prijenos topline uključuje prijenos topline između dva kontaktiranja objekata. Konvekcijski transfer topline uključuje prenos topline između dvije tečnosti (tečnosti ili gasova). U grejaču konvekcijskog prostora zraka teče preko vrućeg keramičkog grijaćeg elementa, podižući temperaturu okoline. Konačno, u zračnom prijenosu topline, toplotna energija se emitira direktno u obližnje objekte ili ljude putem elektromagnetskog zračenja.

Pozitivan koeficijent temperature
Otpornost i otpor variraju s temperaturom. Ako se otpor materijala poveća s povećanjem temperature, ima pozitivan temperaturni koeficijent. Keramika, kao poluvodički materijal, imaju pozitivan koeficijent temperature.

Kad se temperatura keramičkog grijaćeg elementa povećava na svoju postavljenu temperaturu zbog apsorpcije struje, otpor se povećava do beskonačnosti, zaustavljajući trenutnu protoku i generaciju toplote. Postavljena temperatura točke ovisi o sastavu keramike. Stoga se keramički grijači mogu prilagoditi temperaturi okoline i generirati manje topline u toplijim okruženjima. Oni pružaju dovoljno topline bez pretjeranog podizanja okolne temperature. Stoga su keramički grijači samo - reguliraju, nekretnina koja se ne nalazi u metalnim grijaćim elementima. Ovo {- Reguliranje prirode čini ih sigurnijim za rad.