سخانات السيراميك سخانات السيراميك المبادئ العلمية

ما هي سخانات السيراميك؟

علم سخانات السيراميك: سخانات السيراميك عبارة عن سخانات كهربائية تستخدم عنصر تسخين في درجة الحرارة الإيجابية (PTC) لتوليد الحرارة من خلال مبدأ التسخين المقاوم. المواد الخزفية لديها مقاومة كهربائية كافية والتوصيل الحراري لتوليد وإجراء الحرارة عندما يتدفق التيار الكهربائي من خلالها. كما أنها قوية ودائمة ، مما يجعلها مثالية للاستخدام كعناصر التدفئة. في حين أن عنصر التدفئة في سخان السيراميك مصنوع من مواد خزفية نقية ، فإن معظمها مواد مركبة مغلفة بالمعادن والسيراميك. تعمل السيراميك في هذه المواد الأخيرة كعازل بينما تقوم أيضًا بإجراء الحرارة إلى البيئة المحيطة ، مما يقلل من فقدان الحرارة والطاقة المرتبطة بسلك المقاومة غير المعزول.

يتم استخدام سخانات السيراميك في مجموعة واسعة من الصناعات ، مثل التجفيف والغليان والقولبة والذوبان. تستخدم سخانات السيراميك على نطاق واسع في تسخين الفضاء ، مما يوفر مصدر حرارة سريع وآمن ونظيف.

علم سخانات السيراميك
لفهم المبادئ العلمية المهمة التي تنطوي عليها تصميم وتشغيل سخانات السيراميك ، نحتاج أولاً إلى معالجة مسألة التدفئة المقاومة. كما ذكرنا سابقًا ، تعمل سخانات السيراميك من خلال مبدأ التسخين المقاوم ، والمعروف أيضًا باسم تسخين Joule أو Ohm. التسخين المقاوم هو الظاهرة التي يتم فيها توليد الحرارة بسبب الخسائر المقاومة عندما يمر التيار الكهربائي عبر مادة. إنه يحول الطاقة الكهربائية إلى حرارة. هذا التحويل مفيد للسخانات الكهربائية لأن الخسائر المقاومة تزيد من كفاءتها. ومع ذلك ، فإن هذا التأثير غير مرغوب فيه في مواقف معينة ، كما هو الحال في نقل الطاقة وتوزيعها وفي تشغيل معظم أنواع الأجهزة والمعدات الإلكترونية.

قانون Joule الأول ، أو Joule - Lenz ، يوضح الرياضيات العلاقة بين الطاقة الحرارية التي تم إنشاؤها والمعلمات الكهربائية للمدخلات. ينص هذا القانون على أن كمية الحرارة لكل وحدة زمنية ، أو قوة التدفئة (P) ، تتناسب مع منتج التيار (I) ومربع المقاومة (R) ، المعبر عنها كمعادلة رياضية: P=i²r.

التدفئة المقاومة على المستوى الجزيئي
يمكن تفسير التسخين المقاوم من خلال مراقبة ما يحدث داخل مادة أثناء تدفق التيار على المستوى الجزيئي.

عندما يكون هناك اختلاف محتمل بين نقطتين في الموصل ، يتم إنشاء مجال كهربائي ، مما يسرع الإلكترونات الحرة في أقصىها الخارجية أثناء تحركها بين الذرات ، وبالتالي تزويد هذه الإلكترونات بالطاقة الحركية. تنتقل الإلكترونات من نقطة إمكانات أعلى إلى نقطة انخفاض الإمكانات. يُعرف معدل تدفق الإلكترون بالتيار ، وهو معلمة كهربائية أساسية. يتناسب التيار مباشرة مع الجهد (V) ، والفرق المحتمل بين نقطتين ، وتناسب عكسيا مع المقاومة ؛ يتم التعبير عن هذه العلاقة من خلال المعادلة الرياضية: I=v/r.

عندما تتدفق هذه الإلكترونات نحو نقطة انخفاض الإمكانات ، فإنها تصطدم بالذرات والإلكترونات الأخرى والشوائب التي تشكل المادة ، مما يتسبب في اهتزاز الجزيئات. علاوة على ذلك ، هناك قوى متعارضة تقاوم تدفق الإلكترونات. هذه التصادمات والقوى المعارضة تخلق احتكاكًا عندما تتدفق الإلكترونات نحو إمكانات أقل. للتغلب على هذا الاحتكاك ، يجب على الإلكترونات أداء العمل بناءً على الحرارة الناتجة عن المادة. يتم استخدام الحرارة الناتجة عن المادة (أو عنصر التدفئة في هذا السياق) لزيادة درجة حرارة الكائنات المحيطة.

الخصائص الخارجية للمقاومة
المقاومة هي خاصية خارجية للمادة. إنه يشير إلى القوة التي تعارض تدفق التيار أو الإلكترونات. كخاصية خارجية ، يعتمد ذلك على الطول (L) و Cross - المنطقة المقطعية (A) من المادة ويمكن حسابها على أنها r=ρl/a. في هذه المعادلة ، ρ هي المقاومة ، وهي خاصية جوهرية تختلف مع درجة حرارة المادة.

باستثناء الموصلات الفائقة ، تمتلك جميع المواد درجة من المقاومة الكهربائية. لكي يتم تصنيف المادة كعنصر تسخين جيد ، يجب أن يكون لها مقاومة داخلية كافية. المواد ذات المقاومة العليا تعيق تدفق التيار وتوليد المزيد من الحرارة. ومع ذلك ، فإن مقاومة المادة التي تعمل كعازل لا ينبغي أن تكون عالية جدا.
آليات نقل الحرارة
تنقل سخانات السيراميك الحرارة إلى البيئة المحيطة من خلال التوصيل أو الحمل الحراري أو الإشعاع. ينطوي نقل الحرارة التوصيل على نقل الحرارة بين كائنين ملامسين. ينطوي انتقال حرارة الحمل الحراري على نقل الحرارة بين سائقين (سوائل أو غازات). في سخان مساحة الحمل الحراري ، يتدفق الهواء فوق عنصر التدفئة السيراميك الساخن ، مما يرفع درجة الحرارة المحيطة. أخيرًا ، في نقل الحرارة الإشعاعي ، تنبعث من الطاقة الحرارية مباشرة إلى الأشياء القريبة أو الأشخاص عبر الإشعاع الكهرومغناطيسي.

معامل درجة الحرارة الإيجابية
المقاومة والمقاومة تختلف مع درجة الحرارة. إذا زادت مقاومة المادة مع زيادة درجة الحرارة ، فإن لديها معامل درجة حرارة إيجابية. السيراميك ، كونها مواد أشباه الموصلات ، لها معامل درجة حرارة إيجابية.

عندما تزداد درجة حرارة عنصر التدفئة السيراميك إلى درجة حرارة نقطة المجموعة بسبب امتصاص التيار ، تزداد المقاومة إلى ما لا نهاية ، مما يوقف التدفق الحالي وتوليد الحرارة. تعتمد درجة حرارة نقطة المجموعة على تكوين السيراميك. لذلك ، يمكن أن تتكيف سخانات السيراميك مع درجة الحرارة المحيطة وتولد حرارة أقل في البيئات الأكثر دفئًا. أنها توفر حرارة كافية دون زيادة درجة الحرارة المحيطة بشكل مفرط. لذلك ، فإن سخانات السيراميك هي نفسها - تنظيم ، خاصية غير موجودة في عناصر تسخين المعادن. هذا الذات - تنظيم الطبيعة يجعلها أكثر أمانًا للعمل.