Керамички грејачи Керамички грејачи Научни принципи

Који су керамички грејачи?

Наука о керамичким грејачима: керамички грејачи су електрични грејачи који користе позитиван температурни коефицијент (ПТЦ) керамички елемент за грејање за генерисање топлоте кроз принцип отпорности. Керамички материјали имају довољно електричне отпорности и топлотна проводљивост да би се створила и понашала топлота када их електрични струја пролази кроз њих. Такође су јаки и издржљив, чинећи их идеалним за употребу као грејни елементи. Док је грејни елемент керамичког грејача направљен од чистих керамичких материјала, већина су композитни материјали капсулирани металом и керамиком. Керамика у овим последњим материјалима делује као изолатор, а исто толико провођење топлоте до околног окружења, минимизирајући губитке топлоте и енергије повезане са ненаклелином жицом отпорности.

Керамички грејачи се користе у широком распону индустрија, као што су сушење, кључање, ливење и топљења и топљења. Керамички грејачи се широко користе у загревању простора, пружајући брз, сигуран и чист извор топлоте.

Наука о керамичким грејачима
Да бисмо разумели важне научне принципе који су укључени у дизајн и рад керамичких грејача, морамо се прво позабавити питањем отпорности загревања. Као што је раније поменуто, керамички грејачи послују кроз принцип отпорности загревања, познат и као Јоуле или Охм грејање. Отпорно гријање је феномен у којем се генерише топлота због отпора за губитке када електрична струја прође кроз материјал. Претвара електричну енергију у топлоту. Ова конверзија је корисна за електричне грејаче, јер отпорни губици повећавају своју ефикасност. Међутим, овај ефекат је непожељан у одређеним ситуацијама, попут преноса и дистрибуције напајања и у раду на већини врста електронских уређаја и опреме.

Јоуле је први закон, или Јоуле - Ленз закон, математички показује однос између генерисане топлотне енергије и улазних електричних параметара. Овај закон наводи да је количина топлоте по јединици времена или грејне снаге (п) пропорционална производу струје (И) и квадратног отпора (Р), изражено као математичка једначина: п=иАкР.

Отпорно загревање на молекуларном нивоу
Отпорно гријање може се објаснити посматрањем шта се дешава у материјалу током протока струје на молекуларном нивоу.

Када потенцијална разлика постоји између две тачке у проводнику, генерише се електрично поље, убрзавајући бесплатне електроне у његовим најудаљенијим гранатима док се крећу између атома, на тај начин пружајући ове електроне кинетичком енергијом. Електрони се крећу од места вишег потенцијала до тачке нижег потенцијала. Стопа протока електрона позната је као тренутни, основни електрични параметар. Тренутна је директно пропорционална напону (В), потенцијалној разлици између две тачке и обрнуто пропорционалне отпорности; Овај однос изражава математичку једначину: и=в / р.

Када ови електрони току према тачки нижих потенцијала, сударају се са атомима, другим електронима и нечистоћима које чине материјал, узрокујући да молекули вибрирају. Поред тога, постоје супротстављене снаге које се одупиру протоку електрона. Ове сударе и супротстављене силе стварају трење када се електрони проточе према нижем потенцијалу. Да би превладали ово трење, електрони морају да раде рад на основу топлоте коју ствара материјал. Топлота коју ствара материјал (или грејни елемент у овом контексту) користи се за повећање температуре околних објеката.

Вањска својства отпора
Отпорност је вањска имовина материјала; Односи се на снагу супротстављање протоку струје или електрона. Као ванстризна некретнина, зависи од дужине (Л) и крста - секцијска површина (а) материјала и може се израчунати као Р=ρл / а. У овој једначини, ρ је отпорност, интринзична имовина која варира са температуром материјала.

С изузетком суперпроводника, сви материјали поседују одређени степен електричне отпорности. Да би материјал био класификован као добар елемент грејања, мора имати довољно унутрашњег отпора. Материјали са вишим отпором ефикасније спречавају проток струје и стварају више топлоте. Међутим, отпорност материјала који делује као изолатор не сме бити веома висок.
Механизми преноса топлоте
Керамички гријачи преносе топлоту у околно окружење кроз проводљивост, конвекцију или зрачење. Пренос топлоте проводника укључује пренос топлоте између два контактна објекта. Пренос топлоте са конвекцијом укључује пренос топлоте између две течности (течности или гасова). У конвекцијском грејачу свемира ваздух пролази преко врућег елемента загревања керамике, подижући температуру околине. Коначно, у преносу топлоте радијације, топлотна енергија се емитује директно у оближње предмете или људи путем електромагнетне зрачења.

Позитиван коефицијент температуре
Отпорност и отпор варирају са температуром. Ако се отпорност материјала повећа са све већом температуром, има позитиван коефицијент температуре. Керамика, полуводичка материјала, имају позитиван коефицијент температуре.

Када се температура керамичког грејног елемента повећала на њену температуру постављене тачке због апсорпције струје, отпорност се повећава до бесконачности, заустављајући стручну проток и производњу топлоте. Температура постављене тачке зависи од састава керамике. Стога се грејачи керамике могу прилагодити температури околине и стварати мање топлоте у топлијим окружењима. Они пружају довољно топлоте без претјерано подизања околне температуре. Стога су грејачи керамике сами - регулисани, некретнина која се не налази у металним грејним елементима. Ово себство - регулишући природу чини их сигурнијим да раде.