التسخين بالمقاومة هو عملية يتم فيها تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة حرارية من خلال مقاومة المادة لتدفق الكهرباء. يحدث هذا التحويل عندما يمر تيار كهربائي عبر موصل، مثل عنصر التسخين، ويواجه مقاومة. وتتسبب المقاومة في تصادم الإلكترونات في التيار الكهربائي مع ذرات الموصل، فتتحول الطاقة الحركية إلى حرارة. تُعرف هذه العملية أيضًا باسم تسخين جول أو التسخين بالمقاومة.
شرح تفصيلي:
-
حركة الإلكترونات وتصادمها:
-
عندما يتم تطبيق جهد كهربائي عبر طرفي موصل، فإنه يولد مجالًا كهربائيًا يسرع الإلكترونات عبر المادة. وبينما تتحرك هذه الإلكترونات عبر الموصل، فإنها تتصادم مع الذرات، فتنقل بعضًا من طاقتها الحركية إلى الذرات. وتزيد هذه التصادمات من الطاقة الاهتزازية للذرات، وهو ما يظهر في صورة حرارة.كمية الإلكترونات:
-
إن عدد الإلكترونات المشاركة في هذه العملية هائل، حيث يمر ما يقرب من 6.25 × 10^18 إلكترونًا في الثانية الواحدة بتيار تيار كهربائي قدره أمبير واحد. وتساهم هذه الحركة الجماعية للإلكترونات بشكل كبير في توليد الحرارة.
التمثيل الرياضي:
-
تتناسب الحرارة الناتجة في هذه العملية تناسبًا طرديًا مع مربع شدة التيار مضروبًا في المقاومة الكهربائية (Q ∝ I^2 ⋅ R). تحدد هذه العلاقة، المعروفة باسم قانون جول، كمية الحرارة المتولدة بناءً على التيار ومقاومة الموصل.
-
أنواع التسخين بالمقاومة:التسخين بالمقاومة المباشرة:
في هذه الطريقة، تعمل المادة المراد تسخينها كمقاومة، ويتم تمرير التيار مباشرة من خلالها. هذه الطريقة فعالة للغاية حيث يتم إنتاج الحرارة داخل المادة نفسها. وتُستخدم في تطبيقات مثل أفران حمام الملح والغلايات الكهربائية.
- التسخين بالمقاومة غير المباشرة:
- هنا، يمر التيار عبر عنصر تسخين منفصل، والذي ينقل الحرارة بعد ذلك إلى المادة عن طريق التوصيل أو الحمل الحراري أو الإشعاع. تسمح هذه الطريقة بمزيد من التحكم في عملية التسخين وتستخدم في أنواع مختلفة من الأفران والأفران.تطبيقات التسخين بالمقاومة:
- يستخدم التسخين بالمقاومة في مجموعة واسعة من التطبيقات، بما في ذلك:المعالجة الحرارية للمعادن:
لعمليات مثل التلدين والتصلب والتطبيع.التجفيف والخبز:
في صناعات مثل صناعة الفخار والمينا.
