يقوم فرن التفريغ بتسخين المواد باستخدام عناصر تسخين تعمل بالطاقة الكهربائية التي تنقل الطاقة إلى عبء العمل من خلال الإشعاع. وتعتمد كفاءة نقل الحرارة في أفران التفريغ اعتمادًا كبيرًا على درجة الحرارة، حيث تعزز درجات الحرارة المرتفعة العملية بسبب قانون ستيفان-بولتزمان. غالبًا ما يتم استخدام التسخين الحراري، باستخدام الغازات الخاملة، في درجات حرارة أقل من 600 درجة مئوية لتسريع عملية التسخين. ويتأثر معدل تسخين عبء العمل أيضًا بعوامل مثل اللون والتشطيب السطحي وشكل الأجزاء التي تتم معالجتها حراريًا.
شرح تفصيلي:
-
عناصر التسخين التي تعمل بالطاقة الكهربائية:
-
تستخدم أفران التفريغ في المقام الأول الطاقة الكهربائية لتسخين عبء العمل. وعادةً ما يتم توصيل هذه الطاقة من خلال عناصر التسخين، والتي يمكن أن تكون مصنوعة من مواد مثل الجرافيت أو المعادن التي يمكنها تحمل درجات الحرارة العالية. ويحدث نقل الطاقة من خلال الإشعاع، وهي طريقة مباشرة لنقل الحرارة حيث تنبعث الطاقة كموجات كهرومغناطيسية.نقل الحرارة بالإشعاع:
-
في بيئة الفراغ، يكون الإشعاع هو الطريقة الأكثر فعالية لانتقال الحرارة لأنه لا يوجد وسيط (مثل الهواء) لتوصيل الحرارة أو نقلها. ووفقًا لقانون ستيفان-بولتزمان، يزداد معدل انتقال الحرارة عن طريق الإشعاع مع زيادة القوة الرابعة لدرجة الحرارة المطلقة. وهذا يعني أنه مع زيادة درجة الحرارة في الفرن، يزداد معدل انتقال الحرارة بالإشعاع بشكل كبير، مما يجعل العمليات ذات درجات الحرارة العالية في أفران التفريغ فعالة للغاية.
-
الاعتماد على درجة الحرارة واستخدام الغازات الخاملة:
على الرغم من أن الإشعاع يعمل بشكل جيد في الفراغ، فإن كفاءته تعتمد بدرجة كبيرة على درجة الحرارة. ففي درجات الحرارة المنخفضة (أقل من 600 درجة مئوية)، يكون معدل انتقال الحرارة بالإشعاع بطيئاً نسبياً. ولتسريع عملية التسخين في درجات الحرارة هذه، تمتلئ الأفران أحيانًا بغازات خاملة مثل الأرجون أو النيتروجين. وهذا يؤدي إلى ضغط طفيف ويسمح بالتسخين بالحمل الحراري، والذي يمكن أن يكون أسرع من الإشعاع في درجات الحرارة المنخفضة.
تأثير خصائص عبء العمل:
