Sildīšanas loksne tiek plaši izmantota dažādās apkures iekārtās, kuru kodols balstās uz sildelementu, kas tad ir sildelements? Kādas ir sildelementu īpašības? Šis raksts ļaus jums saprast.
1. Kas ir sildelements?
Sildelements ir materiāls vai ierīce, kas elektrisko enerģiju tieši pārvērš siltumā vai siltumenerģijā, izmantojot principu, ko sauc par džoulu sildīšanu. Džoula sildīšana ir parādība, kurā vadītājs rada siltumu elektriskās strāvas plūsmas dēļ. Kad caur materiālu plūst elektriskā strāva, elektroni vai citi lādiņa nesēji saduras ar vadītāja joniem vai atomiem, radot berzi atomu mērogā. Šī berze pēc tam izpaužas kā siltums. Pirmo Džoula likumu (Džoula-Lenca likumu) izmanto, lai aprakstītu siltumu, ko vada elektriskā strāva. Tas tiek izteikts kā,
P=IV vai P=I²R
Saskaņā ar šiem vienādojumiem radītais siltums ir atkarīgs no strāvas, sprieguma vai vadītāja materiāla pretestības. Visa sildelementa konstrukcijā svarīgs faktors ir pretestība.
Oriģināla sildīšanas princips
Džoula sildīšana ir acīmredzama visos vadošos materiālos ar dažādu intensitāti, izņemot īpašu materiālu, ko sauc par supravadītāju. Kopumā vadošiem materiāliem rodas mazāk siltuma, jo lādiņnesēji viegli plūst cauri; Materiāliem ar augstu pretestību radīsies vairāk siltuma. No otras puses, supravadītāji ļauj strāvai plūst, neradot siltumu. Parasti siltumu no vadītāja klasificē kā enerģijas zudumus. Elektroenerģija, ko izmanto jaudas iekārtu piedziņai, rada nevajadzīgu siltumu pārvades zudumu veidā un galu galā nerada nekādu lietderīgu darbu.
Savā ziņā elektriskā sildelementa efektivitāte ir gandrīz 100 procenti, jo visa piegādātā enerģija tiek pārveidota paredzētajā formā. Sildelements ne tikai vada siltumu, bet arī nodod enerģiju caur gaismu un starojumu. Tomēr tas attiecas tikai uz dažiem ideāliem rezistoriem. Materiālam raksturīgā kapacitāte un induktivitāte pārvērš elektrisko enerģiju attiecīgi elektriskajā un magnētiskajā laukā, kā rezultātā rodas nelieli zudumi. Ņemot vērā visu sildītāja sistēmu, zudumi rodas no siltuma, kas no procesa šķidruma vai paša sildītāja tiek izkliedēts uz ārējo vidi. Tāpēc sistēmai jābūt izolētai, lai izmantotu visu saražoto siltumu.
Otrkārt, sildelementa īpašības
Kad strāva iet cauri, gandrīz visi vadītāji var radīt siltumu. Tomēr ne visi vadītāji ir piemēroti sildelementiem. Nepieciešama pareiza elektrisko, mehānisko un ķīmisko īpašību kombinācija. Tālāk ir norādītas dažas funkcijas, kas ir svarīgas sildelementu projektēšanai.
Pretestība: Lai radītu siltumu, sildelementam jābūt ar pietiekamu pretestību. Tomēr pretestība nevar būt pietiekami augsta, lai kļūtu par izolatoru. Pretestība ir vienāda ar pretestību, kas reizināta ar vadītāja garumu, kas dalīts ar vadītāja šķērsgriezumu. Dotam šķērsgriezumam, lai iegūtu īsāku vadītāju, tiek izmantots materiāls ar augstu pretestību.
Oksidācijas izturība: karstums parasti paātrina metālu un keramikas oksidāciju. Oksidēšanās patērē sildelementu, samazinot tā jaudu vai sabojājot tā struktūru. Tas ierobežo sildelementa kalpošanas laiku. Metāla sildelementiem sakausējumi tiek veidoti ar oksīdiem, kas palīdz pretoties oksidēšanai, veidojot pasivācijas slāni. Keramikas sildelementiem visizplatītākā ir SiO2 vai Al2O3 aizsargājošā antioksidācijas skala. Sildelementu veidi, kas nav piemēroti izmantošanai oksidējošā vidē, piemēram, grafīts, visbiežāk tiek izmantoti vakuuma krāsnīs vai krāsnīs, kas satur neoksidējošas atmosfēras gāzes, piemēram, H2, N2, Ar vai He, kur nav gaisa. apkures kamerā.
Temperatūras pretestības koeficients: Ņemiet vērā, ka materiāla pretestība mainās atkarībā no temperatūras. Lielākajā daļā vadītāju pretestība palielinās, palielinoties temperatūrai. Šī parādība dažus materiālus ietekmē vairāk nekā citus. Augsto temperatūras pretestības koeficientu galvenokārt izmanto termiskajos lietojumos. Drudža gadījumā parasti vēlams izmantot zemāku vērtību. Lai gan dažos gadījumos pretestības izmaiņas var precīzi paredzēt, ir nepieciešams straujš pretestības pieaugums, lai nodrošinātu lielāku jaudu. Lai pielāgotu sistēmu mainīgajai pretestībai, tiek izmantotas vadības vai atgriezeniskās saites sistēmas.
Mehāniskās īpašības: Cietie sildelementi deformējas, ja tos izmanto augstā temperatūrā. Materiālam tuvojoties kušanas vai pārkristalizācijas stadijai, materiālam ir lielāka iespēja vājināt un deformēties, salīdzinot ar stāvokli istabas temperatūrā. Labs sildelements saglabā savu formu pat augstā temperatūrā. No otras puses, elastība ir arī ideāla mehāniska īpašība, īpaši metāla sildelementiem. Elastība ļauj materiālu ievilkt vītnē un veidot, neietekmējot tā stiepes izturību.
Kušanas temperatūra: Papildus ievērojami paaugstinātajai oksidācijas temperatūrai materiāla kušanas temperatūra ierobežo arī tā darba temperatūru. Keramikai parasti ir augstāka kušanas temperatūra nekā metāla sildītājiem.