Диэлектрический нагрев

Под
диэлектрическим нагревом понимается нагрев диэлектриков и
полупроводников в переменном электрическом поле, под действием которого
нагреваемый материал поляризуется. Поляризация — это процесс смещения
связанных зарядов, приводящий к появлению электрического момента у
любого макроскопического элемента объема. Поляризацию
разделяют на упругую и релаксационную: упругая (безынерционная)
обусловливает энергию электрического поля, а релаксационная
(инерционная)—теплоту, выделяющуюся в нагреваемом материале …

Что такое диэлектрический нагрев

Под диэлектрическим нагревом понимается нагрев диэлектриков и полупроводников в переменном электрическом поле, под действием которого нагреваемый материал поляризуется. Поляризация — это процесс смещения связанных зарядов, приводящий к появлению электрического момента у любого макроскопического элемента объема.

Поляризацию разделяют на упругую и релаксационную: упругая (безынерционная) обусловливает энергию электрического поля, а релаксационная (инерционная)—теплоту, выделяющуюся в нагреваемом материале. При релаксационной поляризации внешним электрическим полем совершается работа по преодолению сил внутренних связей («трения») атомов, молекул, заряженных комплексов. Половина этой работы превращается в теплоту.

Мощность, выделяющуюся в диэлектрике, обычно относят к единице объема и вычисляют по формуле

где — комплексно-сопряженная проводимость материала, ЕM — напряженность электрического поля в материале.

Комплексная проводимость

Здесь r — полная комплексная диэлектрическая проницаемость.

Действительная часть ‘, называемая диэлектрической проницаемостью, влияет на количество энергии, которая может быть запасена в материале. Мнимая часть «, называемая фактором потерь, является мерой энергии (теплоты), рассеиваемой в материале.

Фактор потерь учитывает энергию, выделяющуюся в материале как за счет поляризации, так и за счет токов сквозной проводимости.

В практике расчетов используют величину, называемую тангенсом угла потерь:

Тангенс угла потерь определяет отношение энергии, расходуемой на нагрев, к запасенной энергии электромагнитных колебаний.

С учетом изложенного объемная удельная активная мощность, Вт/м3:

или

Таким образом, удельная объемная мощность пропорциональна квадрату напряженности электрического поля в нагреваемом материале, частоте и фактору потерь.

Напряженность электрического поля в нагреваемом материале зависит от приложенного напряжения, диэлектрической проницаемости ‘, расположения и формы электродов, образующих поле. Для некоторых наиболее часто встречающихся в практике случаев расположения электродов напряженность электрического поля рассчитывают по формулам, приведенным на рисунке 1.

Рис. 1. К расчету напряженности электрического поля: а — цилиндрический конденсатор, б — плоский однослойный конденсатор, в, г — плоский многослойный конденсатор с расположением слоев материала соответственно поперек и вдоль электрического поля.

Следует отметить, что предельное максимальное значение Ем ограничивается электрической прочностью нагреваемого материала. Напряженность не должна превышать половины пробивной напряженности. Ем для семян зерновых и овощных культур принимается в пределах (5… 10) 103 В/м, для дерева—(5…40) 103 В/м, поливинил-хлорида — (1…10) 105 В/м.

Фактор потерь » зависит от химического состава и структуры материала, его температуры и влагосодержания, от частоты и напряженности электрического поля в материале.

Особенности диэлектрического нагрева материалов

Диэлектрический нагрев применяют в различных отраслях промышленности и сельского хозяйства.

10.12.2016 Без рубрики Нет комментариев