Keraamiset lämmittimet keraamiset lämmittimet tieteelliset periaatteet

Mitkä ovat keraamiset lämmittimet?

Keraamisten lämmittimien tiede: Keraamiset lämmittimet ovat sähkölämmittimiä, joissa käytetään positiivista lämpötilakerroin (PTC) keraamista lämmityselementtiä lämmön tuottamiseksi resistiivisen lämmityksen periaatteen avulla. Keraamisilla materiaaleilla on riittävä sähkövastus ja lämmönjohtavuus lämmön tuottamiseksi ja johtamiseksi, kun sähkövirta virtaa niiden läpi. Ne ovat myös vahvoja ja kestäviä, joten ne ovat ihanteellisia käytettäväksi lämmityselementeinä. Vaikka keraamisen lämmittimen lämmityselementti on valmistettu puhtaasta keraamisesta materiaalista, suurin osa on komposiittimateriaaleja, jotka on kapseloitu metallilla ja keraamisilla. Näiden jälkimmäisten materiaalien keraaminen toimii eristimenä samalla kun lämmöä ympäröivään ympäristöön, minimoimalla eristämättömään vastuslankaan liittyvät lämpö- ja energiahäviöt.

Keraamisia lämmittimiä käytetään monilla teollisuudenaloilla, kuten kuivaus-, kiehumis-, muovaus- ja sulatustuotteilla. Keraamisia lämmittimiä käytetään laajasti avaruuslämmityksessä, mikä tarjoaa nopean, turvallisen ja puhtaan lämmönlähteen.

Keraamisten lämmittimien tiede
Ymmärtääksemme tärkeät tieteelliset periaatteet, jotka liittyvät keraamisten lämmittimien suunnitteluun ja toimintaan, meidän on ensin käsiteltävä resistiivisen lämmityksen kysymys. Kuten aiemmin mainittiin, keraamiset lämmittimet toimivat resistiivisen lämmityksen periaatteen kautta, joka tunnetaan myös nimellä Joule tai Ohm -lämmitys. Resistiivinen lämmitys on ilmiö, jossa lämpö syntyy resistiivisten häviöiden vuoksi, kun sähkövirta kulkee materiaalin läpi. Se muuntaa sähköenergian lämpöksi. Tämä muuntaminen on hyödyllinen sähkölämmittimille, koska resistiiviset tappiot lisäävät niiden tehokkuutta. Tämä vaikutus ei kuitenkaan ole toivottavaa tietyissä tilanteissa, kuten voimansiirrossa ja jakelussa ja useimmissa elektronisten laitteiden ja laitteiden käyttämisessä.

Joulen ensimmäinen laki tai Joule - Lenz -laki näyttää matemaattisesti muodostetun lämmönenergian ja syöttö sähköparametrien välisen suhteen. Tässä laissa todetaan, että lämmön määrä yksikköä kohti tai lämmitysteho (P) on verrannollinen virran (i) ja vastusnumeron (R) neliön (R) tuoteeseen, joka on ilmaistu matemaattisena yhtälönä: p=i²r.

Resistiivinen lämmitys molekyylitasolla
Resistiivinen lämmitys voidaan selittää tarkkailemalla, mitä materiaalissa tapahtuu virran virtauksen aikana molekyylitasolla.

Kun johdinten kahden pisteen välillä on potentiaaliero, syntyy sähkökenttä, kiihdyttäen vapaiden elektroniensa uloimpiin kuoriin liikkuessaan atomien välillä, mikä tarjoaa näille elektroneille kineettisen energian. Elektronit siirtyvät suuremman potentiaalin pisteestä pienemmän potentiaalin pisteeseen. Elektronivirtausnopeus tunnetaan virran, perustavanlaatuinen sähköparametri. Virta on suoraan verrannollinen jännitteeseen (V), kahden pisteen väliseen potentiaalieroon ja käänteisesti verrannolliseen vastustukseen; Tämä suhde ilmaistaan ​​matemaattisella yhtälöllä: i=v/r.

Kun nämä elektronit virtaavat kohti pienemmän potentiaalin pistettä, ne törmäävät atomien, muiden elektronien ja epäpuhtauksien kanssa, jotka muodostavat materiaalin, aiheuttaen molekyylien värähtelyn. Lisäksi on vastakkaisia ​​voimia, jotka kestävät elektronien virtausta. Nämä törmäykset ja vastakkaiset voimat aiheuttavat kitkaa, kun elektronit virtaavat kohti alhaisempaa potentiaalia. Tämän kitkan voittamiseksi elektronien on suoritettava työ materiaalin tuottaman lämmön perusteella. Materiaalin (tai lämmityselementin tässä yhteydessä) tuottamaa lämpöä käytetään ympäröivien esineiden lämpötilan nostamiseen.

Resistenssin ulkoiset ominaisuudet
Kestävyys on materiaalin ulkoinen ominaisuus; Se viittaa voimaan, joka vastustaa virran tai elektronien virtausta. Ulkoisena ominaisuutena se riippuu materiaalin pituudesta (l) ja risteyksestä - jaksoalue (a) ja voidaan laskea nimellä r=ρl/a. Tässä yhtälössä ρ on resistiivisyys, luontainen ominaisuus, joka vaihtelee materiaalin lämpötilan mukaan.

Suprajohteita lukuun ottamatta kaikilla materiaaleilla on jonkin verran sähkövastusta. Jotta materiaali luokitella hyväksi lämmityselementiksi, sillä on oltava riittävä sisäinen vastus. Materiaalit, joilla on suurempi vastus, estävät tehokkaammin virran virtausta ja tuottavat enemmän lämpöä. Eristiminä toimivassa materiaalin vastus ei kuitenkaan saisi olla kovin korkea.
Lämmönsiirtomekanismit
Keraamiset lämmittimet siirtävät lämpöä ympäröivään ympäristöön johtavuuden, konvektion tai säteilyn avulla. Johtamisen lämmönsiirto sisältää lämmönsiirron kahden kosketuskohteen välillä. Konvektiolämmönsiirto sisältää lämmönsiirron kahden nesteen (nesteiden tai kaasun) välillä. Konvektiotilan lämmittimessä ilma virtaa kuuman keraamisen lämmityselementin yli nostaen ympäristön lämpötilaa. Lopuksi säteilylämmönsiirrossa lämpöenergia pääsee suoraan läheisiin esineisiin tai ihmisiin sähkömagneettisen säteilyn kautta.

Positiivinen lämpötilakerroin
Resistiivisyys ja vastus vaihtelevat lämpötilan mukaan. Jos materiaalin vastus kasvaa lämpötilan noustessa, sillä on positiivinen lämpötilakerroin. Keramiikalla, joka on puolijohdemateriaaleja, on positiivinen lämpötilakerroin.

Kun keraamisen lämmityselementin lämpötila nousee sen asetuspisteen lämpötilaan virran imeytymisen vuoksi, vastus kasvaa äärettömyyteen, pysäyttäen virran virtauksen ja lämmöntuotannon. Asetuspisteen lämpötila riippuu keraamisen koostumuksesta. Siksi keraamiset lämmittimet voivat sopeutua ympäristön lämpötilaan ja tuottaa vähemmän lämpöä lämpimissä ympäristöissä. Ne tarjoavat juuri tarpeeksi lämpöä ilman ympäröivää lämpötilaa liiallisesti. Siksi keraamiset lämmittimet ovat itse - sääntelyä, ominaisuus, jota ei löydy metallilämmityselementeistä. Tämä itse -, joka säätää luontoa, tekee niistä turvallisempia toimia.