ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Диэлектрический нагрев из "Электротермия" В отличие от проводников тока, где имеются свободные электрические заряды — электроны или ионы, приобретающие под влиянием электрического поля направленное движение, электрические заряды в диэлектрике связаны внутриатомными или внутримолекулярными силами, что и обусловливает ничтожно малую проводи мость диэлектриков (весьма большое сопротивление). [c.95] Под влиянием электрического поля заряды в атомах и молекулах диэлектрика испытывают действие механической силы, благодаря чему происходит поляризация диэлектрика, т. е. смещение электрических зарядов положительных — в направлении поля, отрицательных — против направления поля. [c.95] Если диэлектрик поместить в переменное электрическое поле, созданное между пластинами, например, плоского конденсатора, как было показано на рис. 5, то под влиянием этого поля в диэлектрике будет происходить поляризация то в одном направлении, то в другом. Это непрерывное смещение заряженных частиц представляет собой электрический ток, называемый током смещения. [c.96] На рис. 41, а приведена векторная диаграмма, где изображены векторы напряжения и тока в диэлектрике. Смещение вектора тока относительно вектора напряжения на угол ф 90° означает, что ток в диэлектрике имеет не только реактивную составляющую /р, но и активную /а, которая обусловлена затратой энергии поля или наличием потерь в диэлектрике. На рис. 41, б показана схема замещения установки диэлектрического нагрева в виде последовательно включенных активного сопротивления г и емкости С. [c.97] Для данного материала диэлектрическая проницаемость и тангенс угла потерь зависят от частоты. Характер этой зависимости показан на рис. 42. [c.98] И ряд других материалов органического и минерального происхождения. Полупроводники обладают как свойствами диэлектриков, так и свойствами проводников тока. [c.99] Это объясняется тем, что полупроводники имеют небольшое количество свободных зарядов (электронов или ионов), которые под действием электрического поля приобретают направленное движение, образуя так называемый ток проводимости. Одновременно с этим под действием электрического поля в полупроводнике происходит поляризация, которая вызывает ток смещения. Поэтому в полупроводнике, помещенном в переменное электрическое поле, наряду с током смещения, возникает ток проводимости, который совпадает по фазе с напряжением и, следовательно, вызывает дополнительное поглощение мощности. Векторная диаграмма для полупроводника подобна диаграмме для диэлектрика, но угол потерь имеет большее значение. [c.99] Свойства диэлектриков и полупроводников в значительной степени зависят от температуры и влажности. Для большинства материалов, при повышении температуры и влажности диэлектрические потери возрастают. Характер изменения фактора потерь к в зависимости от влажности для некоторых материалов показан на рис. 43. [c.99] Для повышения удельной мощности, выделяющейся в материале, а следовательно, и скорости нагрева, как следует из формулы (2-59), можно повышать или частоту тока, если этому не сопутствует уменьшение фактора потерь, или повышать напряженность поля. В последнем случае необходимо, чтобы напряженность поля не превосходила пробивной напряженности, при которой наступает пробой диэлектрика. [c.100] Практически применяемые частоты при диэлектрическом нагреве находятся в пределах от 100 кгц до 100 мгц и в редких случаях несколько выше. Напряженность поля колеблется от нескольких сотен вольт до 2—2,5 кв на 1 сантиметр. [c.100] Несмотря на кажущуюся простоту формулы (2-59), использование ее для определения удельной мощности, выделяющейся в материале, встречает определенные трудности. [c.100] Электрические свойства материалов зависят как от природы и состояния самого материала (температуры, влажности и т. д.), так и от параметров поля. [c.100] Поэтому для оценки теплового эффекта при том или ином технологическом процессе необходимо изучить свойства материала в зависимости от параметров поля и состояния материала по ходу процесса. [c.100] Особенностью диэлектрического метода нагрева является преобразование электрической энергии в тепловую в самом материале. Если диэлектрик или полупроводник, заполняющий пространство между электродами, представляет однородное тело, то нагрев его происходит равномерно. Если же материал является неоднородным и фактор потерь в отдельных частях или слоях материала имеет различные значения, то нагрев происходит неравномерно, при этом степень неравномерности зависит также от способа размещения материала относительно поля. [c.100] На рис. 44 показаны две схемы размещения неоднородного материала в электрическом поле. [c.100] Следовательно, в материале, имеющем большее значение фактора потерь, будет выделяться и большая мощность. [c.101] При размещении по схеме рис. 44, б напряженность поля в материалах распределяется обратно пропорционально их диэлектрическим проницаемостям, т. е. [c.101] Таким образом, в этом случае отношение удельных мощностей пропорционально отношению тангенсов углов потерь и обратно пропорционально отношению диэлектрических проницаемостей. Отмеченные особенности распределения мощности имеют большое значение при нагреве, например, неоднородных слоистых материалов. [c.101] Допустимая напряженность поля в воздушном зазоре составляет от 1—1,5 до 2—6 квкмР она зависит от наличия в воздушном зазоре паров воды и других веществ, которые могут выделяться из материала в процессе нагрева. [c.103] Напряжения на материале и на воздушном зазоре сдвинуты по фазе на некоторый угол, поэтому их надо складывать как векторы, но ввиду того, что этот угол мал, геометрическая сумма приближенно соответствует арифметической сумме. [c.103] Вернуться к основной статье