تتميز عناصر التسخين بمقاومة عالية لأنها مصممة لتحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة حرارية بكفاءة. عندما يمر تيار كهربائي عبر مادة ذات مقاومة عالية، تقاوم المادة تدفق الكهرباء، مما يؤدي إلى تصادم الإلكترونات مع ذرات المادة، وهذا بدوره يولد حرارة. تُعرف هذه العملية باسم تسخين جول أو التسخين بالمقاومة.
شرح تفصيلي:
-
مبدأ التسخين بالمقاومة الكهربائية:
-
تعمل عناصر التسخين، سواء كانت مصنوعة من المعدن أو السيراميك، على مبدأ التسخين بالمقاومة الكهربائية. وينص هذا المبدأ على أنه عندما يمر تيار كهربائي عبر مادة ذات مقاومة كهربائية عالية، فإن المادة تقاوم تدفق الكهرباء وتولد الحرارة. هذه المقاومة مهمة للغاية لأنها تحوّل الطاقة الكهربائية مباشرةً إلى طاقة حرارية، والتي تُستخدم بعد ذلك في تطبيقات التسخين المختلفة.المواد والمساحة المستعرضة:
-
يتم تحديد مقاومة عنصر التسخين حسب المادة المصنوع منها ومساحة المقطع العرضي. تشمل المواد الشائعة لعناصر التسخين معادن مثل الكروم والنيكل والحديد والتنغستن والموليبدينوم. يمكن تعديل مقاومة هذه المواد عن طريق تغيير مساحة المقطع العرضي. يؤدي المقطع العرضي الأكبر إلى مقاومة أقل، مما يسمح بتدفق المزيد من التيار وتوليد المزيد من الحرارة. بالنسبة لتطبيقات الطاقة المنخفضة، عادةً ما تكون عناصر التسخين عبارة عن شرائط رقيقة أو أسلاك ذات قطر صغير، بينما بالنسبة لتطبيقات إنتاج الحرارة العالية، تكون العناصر أكثر سمكًا لخفض المقاومة والسماح بتدفق المزيد من التيار.
-
معامل المقاومة الكهربائية للمادة:
-
تتناسب قدرة المادة على توليد الحرارة مع معامل مقاومتها الكهربائية. يحدد هذا المعامل مقدار الحرارة المتولدة لكمية معينة من التيار. تستخدم عناصر التسخين الخزفية، على سبيل المثال، خصائصها المقاومة الجوهرية للتحكم في الناتج الحراري بناءً على الحمل الكهربائي.الكفاءة والتصميم:
تصميم عناصر التسخين أمر بالغ الأهمية لضمان كفاءة تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة حرارية. في الأفران، يجب تصميم العناصر لتتحمل درجات الحرارة العالية وتوفر توزيعًا موحدًا للحرارة. غالبًا ما يتم تصميم العناصر لتعظيم المساحات السطحية المادية والإشعاعية، خاصةً في أفران التفريغ، حيث يفضل استخدام الشرائط العريضة والعناصر ذات الشكل الشريطي.أساسيات التسخين بالمقاومة:
