مرحبا بكم في عالم أفران الحث. ببساطة, فرن الحث هو فرن كهربائي يستخدم مبدأ الحث الكهرومغناطيسي لتحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة حرارية, وبالتالي تسخين أو صهر المعادن. انها مثل قوية جدا, فعال “فرن الميكروويف,” ولكنها تعمل فقط على المواد الموصلة (المعادن في المقام الأول).
المبدأ الأساسي: التدفئة بالحث الكهرومغناطيسي
لفهم فرن الحث, يجب عليك أولا أن تفهم مفهوم “التدفئة الحث الكهرومغناطيسي.” يعتمد هذا المبدأ على ظاهرتين فيزيائيتين رئيسيتين:
- الحث الكهرومغناطيسي (قانون فاراداي للحث)
- تأثير الجول (جول للتدفئة)
دعونا نحلل هذه العملية:
خطوة 1: توليد مجال مغناطيسي متناوب
- أحد المكونات الأساسية للفرن التعريفي هو ملف التعريفي, الذي يتم جرحه من أنبوب نحاسي مجوف.
- عندما التيار المتردد (تكييف) من التردد المناسب (عالي, واسطة, أو تردد الخط) يمر عبر هذا الملف, فهو يولد بسرعة المجال المغناطيسي المتناوب حول الملف.
خطوة 2: حث التيار في المعدن
- نضع المعدن ليتم تسخينه أو صهره (المعروف باسم تكلفة) في هذا المجال المغناطيسي المتناوب (على سبيل المثال, في بوتقة موضوعة داخل الملف التعريفي).
- وفقا لمبدأ الحث الكهرومغناطيسي, هذا المجال المغناطيسي المتغير باستمرار “تخفيضات” من خلال الموصل المعدني, “تحريض” تيار كهربائي داخل شحنة المعدن.
- يُسمى تيار الحلقة المغلقة المتكون داخل الموصل بـ “إدي تيار” لأن مساره يشبه الدوامة أو الدوامة في الماء.
تحويل الطاقة: كيف تصبح الطاقة الكهربائية حرارة
والآن بعد أن أصبح لدينا كهرباء (التيارات الدوامة) تتدفق داخل المعدن, والخطوة التالية هي تحويلها إلى حرارة.
ويتم تحقيق ذلك في المقام الأول من خلال تأثير جول (المعروف أيضا باسم التدفئة المقاومة):
- أي موصل (بما في ذلك الشحنة المعدنية) لديها خاصة بها المقاومة الكهربائية.
- عندما تتدفق التيارات الدوامة القوية عبر المعدن, يجب عليهم التغلب على هذه المقاومة الداخلية.
- في هذه العملية, يتم تحويل الطاقة الكهربائية بكفاءة مباشرة إلى كمية كبيرة من الطاقة الحرارية التحويل في الموقع- وفقا لقانون جول (الحرارة Q = I^2Rt, حيث "أنا" الحالي, "R" هي المقاومة, و"ر" هو الوقت).
تشبيه بسيط:
فكر في ملف موقد كهربائي أو محمصة. عندما يمر التيار عبر عنصر التسخين عالي المقاومة, يتوهج العنصر باللون الأحمر ويصبح ساخنًا. في فرن الحث, الشحنة المعدنية نفسها تعمل بمثابة “عنصر التسخين,” والتيار الدوامي هو الكهرباء المتدفقة من خلاله.
التأثير الثانوي: فقدان التباطؤ
للمعادن المغناطيسية مثل الحديد والنيكل, هناك تأثير تسخين إضافي. يسبب المجال المغناطيسي المتناوب المجالات المغناطيسية الصغيرة (مثل عدد لا يحصى من المغناطيسات المجهرية) داخل المعدن ليقلب بسرعة ذهابًا وإيابًا. هذا الداخلي “احتكاك” كما يولد الحرارة, وهو ما يسمى فقدان التباطؤ. لكن, يختفي هذا التأثير بمجرد تسخين المعدن فوق نقطة كوري (حيث تفقد جاذبيتها).
ملخص: سير عمل الفرن التعريفي
- تشغيل الطاقة: يرسل مصدر الطاقة التيار المتردد إلى الملف التعريفي.
- إنشاء حقل: يولد الملف قوة, المجال المغناطيسي المتناوب.
- حث التيار: يخترق المجال المغناطيسي الشحنة المعدنية, إحداث تيارات إيدي قوية داخلها.
- توليد الحرارة: تتغلب التيارات الدوامية على مقاومة المعدن, توليد حرارة جول هائلة والتسبب في تسخين المعدن بسرعة من الداخل الى الخارج.
- تذوب: تستمر الحرارة في التصاعد حتى تصل درجة الحرارة إلى نقطة انصهار المعدن, ويبدأ المعدن في الذوبان.
المزايا الرئيسية للأفران الحثية:
- التدفئة بدون تلامس: يتم نقل الطاقة عبر المجال المغناطيسي, بدون لهب مفتوح أو اتصال جسدي من عنصر التسخين, مما يقلل من التلوث.
- التدفئة الداخلية: يتم توليد الحرارة مباشرة داخل المعدن نفسه, لم يتم نقلها من مصدر خارجي. وهذا يؤدي إلى كفاءة حرارية عالية للغاية وسرعات تسخين سريعة جدًا.
- التحريك الكهرومغناطيسي: تعمل القوى الناتجة عن التيارات الدوامية في المعدن المنصهر على تحريك السائل تلقائيًا, ضمان تكوين أكثر اتساقا ودرجة الحرارة.
