teplo se šíří z teplejšího prostředí do chladnějšího: a) vedením

Elektrické teplo  teplo získáváme přeměnou elektrické energie  využíváme ho: v průmyslu, v domácnostech, v zemědělství, v lékařství, v dopravě apod.  elektrickým teplem se zpracovávají kovy (žíhání, tavení, pájení, svařování), topí se jím, suší, vaří a léčí  oproti jiným zdrojům tepla má mnoho výhod, např. přesnost ohřevu, pohotovost, snadné řízení, čistota a další  základní pojmy a veličiny: a) teplota  vyjadřuje stav, tepelný potenciál tělesa  je to stavová veličina, která určuje stav látek a je mírou kinetické energie pohybujících se molekul  jednotkou je Celsiův stupeň (°C) a kelvin (K)  mezi jednotkami platí vztah: 0 K = -273,15°C b) teplo  je určitý druh energie, která se vyměňuje mezi látkami s rozdílnými teplotami  jednotkou je joule (J) c) další tepelné veličiny  měrná teplená kapacita – c (J.kg-1.K-1)  skupenské teplo – L (J)  součinitel tepelné vodivosti – λ (W.m-1.K-1)  elektrické zdroje tepla: a) Joulovo teplo  vzniká při průchodu proudu rezistorem b) infračervené záření  to záření vysílá každé těleso teplejší než 0 K c) elektrický oblouk

 intenzivně svítící a zřetelně ohraničený výboj ve vzduchu nebo v plynu mezi dvěma elektrodami d) elektrická jiskra  vzniká při jiskrovém výboji střídavého nebo stejnosměrného napětí a představuje zdroj tepla lokalizovaný na místo dopadu jiskry e) dielektrické teplo  vzniká vlivem vodivosti a polarizace izolantu, na který působí elektrické pole f) vířivé proudy  ve vodivém předmětu vloženém do střídavého magnetického pole se v něm indukují v rovinách kolmých na směr magnetického toku  vznikají v něm ztráty vířivými proudy, které se mění na teplo a vodivý předmět se zahřívá g) hysterezní ztráty  ve feromagnetických materiálech, které jsou vloženy do střídavého magnetického pole, vznikají kromě ztrát vířivými proudy ztráty vzniklé přemagnetováním h) Peltierův jev  při napájení stejnosměrného obvodu složeného ze dvou kolíků (Bi, Cu), že teplota spoje obou kovů se při průchodu proudu jedním směrem se zvyšuje oproti teplotě okolí a naopak při průchodu proudu opačným směrem snižuje

 teplo se šíří z teplejšího prostředí do chladnějšího: a) vedením

 teplo, které se přenese z jednoho konce tělesa na druhý b) prouděním  vzniká, je-li jedním prostředím pevné těleso a druhým prostředím kapalina nebo plyn c) sáláním  přenos tepla prostorem z teplejšího tělesa na chladnější neviditelným tepelným zářením (o vlnové délce 0,75 až 10 μm)  velikost pohlcené energie závisí na materiálu tělesa, jeho povrchu a tvaru a také na tom, kolik dopadající energie se odrazí a kolik se propustí bez oteplení tělesa

Elektrické teplo v průmyslových odvětvích  zdroje elektrického tepla se využívají při různých způsobech ohřevu  používají se zejména tyto způsoby ohřevu: a) odporový ohřev (přímý i nepřímý, infračervenými paprsky) b) obloukový ohřev (přímý, nepřímý, se zakrytým obloukem) c) indukční ohřev (nízkofrekvenční – 50 Hz, nebo se zvýšenou frekvencí – 500 až 3 000 Hz) d) dielektrický ohřev

Elektrické pece  nejdůležitější přednosti jsou: a) jednoduché udržování požadované teploty b) automatické nebo programové řízení teploty

c) větší rovnoměrnost v rozložení teploty d) větší rychlost ohřevu e) menší ztráty opalováním (méně zmetků) f) jednoduchá a pohodlná obsluha g) čistota a přesnost tepelného postupu h) menší zastavěný prostor ch) větší tepelná účinnost i) možnost použití ochranné atmosféry; tvoří ji ochranné plyny, které působí buď aktivně (nitridování, cementování), nebo pasívně (lesklé žíhání, zabránění vzniku oxidů – okují)  požadavky na elektrické pece z elektrotechnického hlediska: a) ochrana před nebezpečným dotykem b) krytí c) ochrana před dotykem živých částí d) měření a řízení teploty e) zapojení pecových rozváděčů Odporové topné články 2

2

 elektrický příkon P = UI = RI = U /R se přitom mění v teplo (Joulovo-Lencovo)  rozlišujeme odporové ohřevy: a) přímý odporový ohřev  pokud je součást, kterou potřebuji zahřát z vodivého materiálu s dostatečným odporem je možné ji přímo zapojit do obvodu

 podmínky: 1. ohřívané těleso musí mít velkou rezistivitu ρ (Ω.m) 2. přívodní vodiče musí mít co nejmenší odpor (jinak se budou zahřívat taky) 3. zdroj musí být schopen dodat velký proud b) nepřímý odporový ohřev  je-li materiál nevodivý nebo je-li jeho činný odpor velmi malý je nutné použit nepřímý odporový ohřev a využít proudění tepla  teplo vzniká v topných rezistorech

 na materiály používané pro výrobu topných rezistorů máme tyto požadavky: 1. velká rezistivita ρ (Ω.m) 2. 3. 4. 5.

-1

malý teplotní součinitel odporu α (K ) vysoký bod tavení odolnost proti oxidaci dobrá zpracovatelnost

 nejpoužívanější materiály pro výrobu topných rezistorů: o

- do 350 C – slitiny Cu-Ni (nikelin, konstantan) o

- do 800 C – chrómová litina, křemíková litina o

- do 1350 C – slitina: Fe-Cr-Mn, Fe-Cr-Al (kanthal, chromal), Fe-Cr-Co o

- nad 1350 C – kovy: Pt, Mo, W  použití: a) v domácnosti: žehličky, elektrické sporáky, rychlovarné konvice, fény, atd. b) v průmyslu odporové pece

 dosahované teploty průmyslových pecí

 otevřené topné články pro odporové pece

kde: 1 – 4 topný vodič v meandru 5 – 7 topný vodič ve šroubovici

 zavřené topné články: a) trubkový (tyčový) článek NiCr izolovaný MgO

b) válcové topné těleso se slídovou izolací

Elektrické odporové pece  v průmyslu velmi rozšířené:  do 250°C → k sušení vinutí a celých elektrických strojů před impregnací a po impregnaci, k sušení nátěrů, různých materiálů nebo potravin  do 1 050°C → pro tepelné zpracování kovů (žíhání, popouštění, kalení)  do 1 350°C → pro sklářský a keramický průmysl, pro tavení některých kovů a při kalení speciálních ocelí  vsázka bývá v odporové kleci v klidu nebo v přerušovaném, plynulém pohybu  vyrábí se pro různé výkony, a to od několika kilowattů do desítek megawattů  různé typy odporových pecí: 1. Pece se stabilní vsázkou

 komorová

 vozíková (vozová)

 šachtová (hlubinná)

 zvonová

1 - topný poklop, 2 – mufle, 3 – vsázka, 4 – spodek, 5 – ventilátor, 6 – topné články  kelímková pec

2. Pece průběžné  narážecí

1 – dráha, 2, 3 – vnější válečková trať, 4 - vsázka  válečková

 pásová

 karuselová

1 – těleso pece, 2 – topné články, 3 – otočná podlaha, 4 – vsázka, 5 – pohon, 6 - dveře  bubnová (s kalicí lázní)

1 – buben, 2 – komora pece, 3 – pohon bubnu, 4 – šroubový dopravník, 5 – kalicí vana, 6 – paleta

Obloukové pece  rozdělujeme podle působení oblouků takto:

a) pece s obloukem vstupujícím do vsázky

 pro tavení oceli a litiny  mohou být jednofázové, dvoufázové a trojfázové  konstruují se s nevodivou nebo vodivou nístějí (dnem) b) pece s nepřímým ohřevem vsázky

 oblouk hoří v určité výšce nad vsázkou a teplo se do taveniny přenáší sáláním (proud vsázkou neprochází)  tavení barevných (neželezných) kovů c) pece se zakrytým obloukem

 oblouk hoří pod vrstvou vsázky  největší část tepla vzniká průchodem proudu elektrodou a vsázkou (Joulovo teplo)  výroba surového železa, feroslitin a karbidů  tavící oblouková pec na ocel

1 – vana; 2 – víko; 3 – elektrody; 4 – odlévací hubice; 5, 7 – dvířka; 6 – struskový otvor  přívod proudu k obloukové peci

1 – elektroda; 2 – objímka; 3 – rameno; 4 – sloup; 5 – vedení; 6 – izolátory; 7 – lana  přetavovací vakuová oblouková pec

1 – elektroda z přetavovaného kovu; 2 – přetavený vodou chlazený ingot

 principiální schéma zapojení elektrického napájení obloukové pece

Indukční pece  využívají Joulovo teplo získané: a) ve výstupním vinutí transformátoru spojeného nakrátko  mají železné jádro a jsou napájeny napětím průmyslové frekvence 50 Hz b) teplo způsobené vířivými proudy  nemají jádro jsou napájeny napětím o frekvenci 500 až 3 000 Hz  výhody: víření vsázky, dosažení vysoké teploty v celé tavenině, menší opaly, jednodušší řízení výkonu, velký tavný výkon, menší rozměry  nevýhody: poměrně studená struska a větší cena elektrického zařízení  kelímková pec

1 – ohřívací cívka (induktor); 2 – keramický kelímek; 3 – Fe plechy; 4 – plášť; 5 – osa otáčení pece při odpichu;

6 – odlévací hubice  kanálková pec

1 – ohřívací cívka; 2 – transformátorové lechy; 3 – kanálek (závit nakrátko)

Indukční ohřevy  ohřev ústřihů z tyčí

1 – vsázka; 2 – induktor; 3 – keramika; 4 – vodicí trubky

 indukční ohřev pro povrchové kalení

1 – vsázka; 2 – induktor; 3 - sprcha  indukční svařování trubek svinutých z pásu

1 – trubka; 2 – kladky; 3 – induktor; A – bod svaru

Dielektrický ohřev  výroba překližek

1 – překližka; 2 – uzemněná elektroda; 3 – izolovaná elektroda; 4 – izolátor  sušení dřeva na pohybujícím se pásu

1 – dřevěné díly; 2 – horní izolované elektroda; 3 – kovový dopravní pás  sušení pásu papíru

1 – běžící papírový pás; 2 –válcové elektrody  svařování plastové fólie

1 – fólie; 2, 3 – elektrody  „Šití“ plastové fólie

1 – fólie; 2 – pohyblivá elektroda ve tvaru kladky; 3 – spodní elektroda

Mikrovlnný ohřev  uspořádání mikrovlnného ohřevu

 princip magnetronu

1 – měděná válcová anoda (vn); 2 – axiální otvory; 3 – žhavená katoda; 4 – kapacitní „můstek“ kmitavého obvodu ve tvaru „Ω“; 5 - anténa Tečka v kroužku naznačuje směr stejnosměrného magnetického pole. Spirálovitě se pohybující elektrony (v mag. poli) dodávají energii kmitavému obvodu; frekvence je v řádu GHz.

Plazmová, elektronová a laserová elektrotepelná zařízení  plazmový generátor (plazmatron) s nezávislým a závislým obloukem

1,2 – elektrody; 3 – plazmotvorný plyn; 4 – vodní chlazení; 5 – plazmový plamen; 6 – ohřívaný materiál  indukční plazmatron

1,3 - Si trubky; 2 – induktor  elektronové dělo

1 – žhavená pomocná katoda Indukční plazmatron; 2 – hlavní katoda; 3 – anoda; 4 – cívka („magnetická čočka“) 5, 6 – zaostřovací cívky  přetavovací vakuová pec

1 – elektronové dělo; 2 – vakuová komora; 3 – přetavovaná tyč; 4 – vodou chlazený krystalizátor; 5 - píst  plynový laser

1 – trubice; 2 – elektrody; 3 – zrcadla rezonátoru; 4 – svazek paprsků; 5 – vf generátor; 6 - autotransformátor

Svařování  slouží k pevnému nerozebíratelnému spojení materiálů  rozlišujeme: 1. obloukové svařování 2. odporové svařování Obloukové svařování  jedná se o tavné svařování  tímto způsobem můžeme zhotovit všechny druhy svarů a spojů  dělí se na dva hlavní způsoby: a) svařování netavicí (uhlíkovou) elektrodou b) svařování tavicí elektrodou  obloukové svařování rozdělujeme z několika hledisek: a) ruční a automatické svařování b) svařování stejnosměrným a střídavým proudem c) svařování uhlíkovou elektrodou, tavící elektrodou, v ochranné atmosféře, pod tavidlem a řezání elektrickým obloukem Svařování tavící elektrodou  nejpoužívanější způsob  oblouk vzniká mezi svařovaným materiálem a kovovou elektrodou  oblouk zapálíme tak, že se elektrodou připojenou k jednomu pólu zdroje dotkneme svařovaného materiálu, který je připojen na druhý pól  průchodem elektrického proudu se v místě dotyku kov rozžhaví a při rychlém oddálení elektrody a při dostatečném napětí zdroje vznikne oblouk

 aby se oblouk vytvořil, musí se napětí zdroje rovnat tzv. zápalnému napětí (závisí na časovém průběhu proudu, druhu elektrod a zdroji)  zápalné napětí bývá 20 až 45 V při proudu 40 až 400 A podle průměru elektrod  teplota oblouku dosahuje až 5 000°Cke svařování je výhodnější stejnosměrný proud, při svařování střídavým proudem oblouk vždy při nulové hodnotě proudu zhasíná a zapálí se opět tehdy, je-li vzduch mezi elektrodou a svařovaným kovem dostatečně ionizovaný  holou elektrodou by se při běžných napětích svařovacích transformátorů nepodařilo oblouk vůbec udržet a proto se používají obalované elektrody nebo elektrody s náplní  svařovací proud musí být co nejméně závislý na délce oblouku  zdroje pro svařování obloukem: a) svařovací dynama b) svařovací usměrňovače c) svařovací transformátory d) elektrická síť

Odporové svařování  tento způsob svařování využívá Joulovo teplo, které vzniká při průchodu svařovaného materiálu mezi elektrodami  rozlišujeme čtyři základní způsoby odporového svařování: a) bodové svařování b) švové svařování c) svařování na tupo d) bradavkové svařování

 svařovací proud bývá pro různé případy v rozmezí 1 až 100 A  napájecí transformátor má proto obvykle pouze jeden výstupní závit, odlitý z mědi nebo bronzu nebo zhotovený z plochých měděných trubek (kterými protéká chladící voda) apod.  svařovací proud se řídí přepínáním odboček na vstupní straně transformátoru (čím více závitů vstupního vinutí je připojeno na síť, tím menší je svařovací proud  výhody: nejsou nutné tavicí svařovací elektrody, nejsou nutní speciální svářeči, tímto způsobem lze svařovat téměř všechny kovy, menší spotřeba energie  bodový svařovací stroj