Физические основы электронагрева. Теплогенерация при прохождении электрического тока через твердое тело, жидкость, газ

Электрические печи используются для расплавления металлов и сплавов, восстановление металлов из руд, для нагрева металла перед пластической деформацией. Преимущества: отсутствие продуктов сгорания; равномерный подвод теплоты к поверхности нагреваемых изделий; возможность нагревать отдельные участки поверхности Недостатки: высокая стоимость одного топлива по сравнению с органическим топливом; более высокие эксплуатационные и капитальные затраты; более низкая надёжность и долговечность по сравнению с топливными печами. В основе методов получения теплоты за счёт электроэнергии лежат 3 преимущества, которые в различных вариантах используются в различных электропечах:

1) Теплогенерация в рабочем теле в результате приложения к нему разности потенциалов (электродуговые печи). 

2) Теплогенерация при помещении рабочего тела в переменное электромагнитное поле (индукционные печи). 3) Теплогенерация в поверхностном слое рабочего тела при ударе о него ускоряемого в вакууме потока электронов (вакуумные печи). Рабочее тело может быть: твёрдым, жидким и газообразным.

Твёрдое тело – это печи сопротивления. Жидкое тело – это печи электрошлакового переплава. Газообразное тело – это электроннолучевые печи. Теплогенерация теплоты за счёт разности потенциалов(электродуговые, сталеплавильные печи, печи сопротивления). Обязательным условием в этом случае является наличие в рабочем теле свободных зарядов (электронов или ионов). Тело должно быть электропроводно. При приложении разности потенциалов появляется ток и выделяется теплота в соответствии с законом Джоуля-Ленца: Q=UIt=I²Rt.В дуговых печах возникает электродуга между электродами, либо между электродом и металлом. Температура дуги колеблется от 200 до 8000 ̊С. Плотность теплового потока от этой дуги 8000-10000 кВт/м². В печах электрошлакового переплава теплота выделяется при прохождении тока через слой жидкого шлака и передаётся к поверхности оплавляемого электрода. В печах сопротивления разность потенциалов прилагается к нагревательному элементу, от которого теплота передаётся на металл (печи косвенного действия). Либо нагреваемое тело включается в электроцепь (печи прямого действия).