Keramički grijači keramički grijači znanstveni principi

Što su keramički grijači?

Znanost o keramičkim grijačima: keramički grijači su električni grijači koji koriste element za grijanje pozitivnog temperature (PTC) za stvaranje topline kroz princip otporno grijanje. Keramički materijali imaju dovoljan električni otpor i toplinsku vodljivost za stvaranje i provođenje topline kada električna struja prođe kroz njih. Također su snažni i izdržljivi, što ih čini idealnim za upotrebu kao grijaći elementi. Dok je grijaći element keramičkog grijača izrađen od čistog keramičkog materijala, većina su kompozitni materijali zakrivljeni metalom i keramikom. Keramika u ovim posljednjim materijalima djeluje kao izolator, a istovremeno provode toplinu u okolnoj okolini, minimizirajući gubitke topline i energije povezane s neizoliranom žicom otpora.

Keramički grijači koriste se u širokom rasponu industrija, poput sušenja, ključanja, oblikovanja i taljenja. Keramički grijači naširoko se koriste u grijanju svemira, pružajući brzi, siguran i čist izvor topline.

Znanost o keramičkim grijačima
Da bismo razumjeli važna znanstvena načela koja su uključena u dizajn i rad keramičkih grijača, prvo moramo riješiti pitanje otpornog grijanja. Kao što je ranije spomenuto, keramički grijači djeluju kroz princip otpornog grijanja, poznatog i kao Joule ili Ohm grijanje. Otporno grijanje je fenomen u kojem se stvara toplina 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 njihovu učinkovitost. Međutim, ovaj je učinak nepoželjan u određenim situacijama, poput prijenosa i distribucije napajanja te u radu većine vrsta elektroničkih uređaja i opreme.

Jouleov prvi zakon, ili Joule - Lenz zakon, matematički prikazuje odnos između generirane toplinske energije i ulaznih električnih parametara. Ovaj zakon kaže da je količina topline po jedinici vremena ili grijanja (P) proporcionalna proizvodu struje (i) i kvadratu otpora (R), izražena kao matematička jednadžba: p=I²R.

Otporno grijanje na molekularnoj razini
Otporno grijanje može se objasniti promatranjem što se događa unutar materijala tijekom protoka struje na molekularnoj razini.

Kada postoji potencijalna razlika između dvije točke u vodiču, stvara se električno polje, ubrzavajući slobodne elektrone u svojim najudaljenijim školjkama dok se kreću između atoma, pružajući time kinetičkoj energiji. Elektroni se kreću od točke većeg potencijala do točke nižeg potencijala. Brzina protoka elektrona poznata je kao struja, temeljni električni parametar. Struja je izravno proporcionalna naponu (V), potencijalnoj razlici između dvije točke i obrnuto proporcionalna otpornosti; Taj se odnos izražava matematičkom jednadžbom: i=v/r.

Kad ti elektroni teče prema točki nižeg potencijala, oni se sudaraju s atomima, drugim elektronima i nečistoćama koje čine materijal, uzrokujući da molekule vibriraju. Nadalje, postoje suprotstavljene sile koje se odupiru protoku elektrona. Ovi sudari i suprotstavljene sile stvaraju trenje kada elektroni teče prema nižem potencijalu. Da bi prevladali ovo trenje, elektroni moraju obavljati rad na temelju topline koju stvara materijal. Toplina generirana materijalom (ili grijaći element u ovom kontekstu) koristi se za povećanje temperature okolnih objekata.

Vanjska svojstva otpora
Otpor je vanjsko svojstvo materijala; Odnosi se na silu koja se suprotstavlja protoku struje ili elektrona. Kao vanjsko svojstvo, to ovisi o duljini (l) i poprečno {- presjeku (a) materijala i može se izračunati kao r=ρl/a. U ovoj jednadžbi ρ je otpornost, svojstveno svojstvo koje varira od temperature materijala.

S izuzetkom superprevodnika, svi materijali posjeduju određeni stupanj električne otpornosti. Da bi se materijal klasificirao kao dobar grijaći element, mora imati dovoljan unutarnji otpor. Materijali s većim otporom učinkovitije sprečavaju protok struje i stvaraju više topline. Međutim, otpor materijala koji djeluje kao izolator ne bi trebao biti vrlo visok.
Mehanizmi za prijenos topline
Keramički grijači prebacuju toplinu u okolni okoliš kroz provođenje, konvekciju ili zračenje. Prijenos topline u provedbi uključuje prijenos topline između dva objekta za kontakt. Konvekcijski prijenos topline uključuje prijenos topline između dvije tekućine (tekućine ili plinova). U grijaču konvekcijskog prostora zrak teče preko vrućeg keramičkog grijaćeg elementa, podižući temperaturu okoline. Konačno, u zračenju prijenos topline toplinska energija se emitira izravno u obližnje predmete ili ljude putem elektromagnetskog zračenja.

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

Kad se temperatura keramičkog grijaćeg elementa povećava na temperaturu zadane točke zbog apsorpcije struje, otpor se povećava na beskonačnost, zaustavljajući protok struje i stvaranje topline. Temperatura zadane točke ovisi o sastavu keramike. Stoga se keramički grijači mogu prilagoditi ambijentalnoj temperaturi i stvarati manje topline u toplijim okruženjima. Oni pružaju dovoljno topline bez pretjeranog podizanja okolne temperature. Stoga su keramički grijači sebe - reguliranje, svojstvo koje nije pronađeno u metalnim grijaćim elementima. Ovo self - Reguliranje prirode čini ih sigurnijim za rad.