Chào mừng đến với thế giới của lò cảm ứng. Nói một cách đơn giản, Lò nung cảm ứng là lò điện sử dụng nguyên lý cảm ứng điện từ để chuyển đổi năng lượng điện thành năng lượng nhiệt, do đó làm nóng hoặc nấu chảy kim loại. Nó giống như một thứ rất mạnh mẽ, có hiệu quả “lò vi sóng,” nhưng một cái chỉ hoạt động trên vật liệu dẫn điện (chủ yếu là kim loại).
Nguyên tắc cốt lõi: Sưởi ấm cảm ứng điện từ
Để hiểu một lò cảm ứng, trước tiên bạn phải hiểu khái niệm về “gia nhiệt cảm ứng điện từ.” Nguyên tắc này dựa trên hai hiện tượng vật lý quan trọng:
- Cảm ứng điện từ (Định luật cảm ứng Faraday)
- Hiệu ứng Joule (sưởi ấm Joule)
Hãy chia nhỏ quá trình này:
Bước chân 1: Tạo từ trường thay thế
- Một trong những thành phần cốt lõi của lò cảm ứng là cuộn dây cảm ứng, được quấn từ một ống đồng rỗng.
- Khi một dòng điện xoay chiều (AC) tần số phù hợp (cao, trung bình, hoặc tần số dòng) đi qua cuộn dây này, nó tạo ra một cách nhanh chóng từ trường xen kẽ xung quanh cuộn dây.
Bước chân 2: Dòng điện cảm ứng trong kim loại
- Chúng tôi đặt kim loại được nung nóng hoặc nấu chảy (được gọi là thù lao) vào từ trường luân phiên này (Ví dụ, trong một nồi nấu kim loại đặt bên trong cuộn dây cảm ứng).
- Theo nguyên lý cảm ứng điện từ, từ trường thay đổi liên tục này “vết cắt” qua dây dẫn kim loại, “xúi giục” dòng điện trong điện tích kim loại.
- Dòng điện vòng kín hình thành bên trong dây dẫn được gọi là dòng điện “Hiện tại Eddy” bởi vì đường đi của nó giống như một xoáy nước hoặc xoáy nước.
Chuyển đổi năng lượng: Năng lượng điện trở thành nhiệt như thế nào
Bây giờ chúng ta có điện (Dòng điện xoáy) chảy bên trong kim loại, bước tiếp theo là biến nó thành nhiệt.
Điều này đạt được chủ yếu thông qua Hiệu ứng Joule (còn được gọi là sưởi ấm điện trở):
- Bất kỳ nhạc trưởng (bao gồm cả điện tích kim loại) có cái riêng của nó điện trở.
- Khi có dòng điện xoáy mạnh chạy qua kim loại, họ phải vượt qua sự kháng cự nội tại này.
- Trong quá trình này, năng lượng điện được chuyển đổi trực tiếp một cách hiệu quả thành một lượng lớn năng lượng nhiệt—một chuyển đổi tại chỗ—theo định luật Joule (Nhiệt Q = I^2Rt, nơi 'tôi' hiện tại, 'R' là điện trở, và ‘t’ là thời gian).
Một sự tương tự đơn giản:
Hãy nghĩ đến một cuộn bếp điện hoặc một máy nướng bánh mì. Khi dòng điện đi qua bộ phận làm nóng có điện trở cao, phần tử phát sáng màu đỏ và nóng lên. Trong lò cảm ứng, Bản thân điện tích kim loại đóng vai trò là “yếu tố làm nóng,” và dòng điện xoáy là dòng điện chạy qua nó.
Hiệu ứng phụ: Mất trễ
Đối với kim loại từ tính như sắt và niken, có thêm một hiệu ứng làm nóng. Từ trường xen kẽ tạo ra các miền từ cực nhỏ (như vô số nam châm cực nhỏ) bên trong kim loại chuyển động qua lại nhanh chóng. Nội bộ này “ma sát” cũng tạo ra nhiệt, được gọi là mất trễ. Tuy nhiên, hiệu ứng này biến mất khi kim loại được nung nóng trên điểm Curie của nó (nơi nó mất đi từ tính).
Bản tóm tắt: Quy trình làm việc của lò cảm ứng
- Bật nguồn: Nguồn điện gửi AC tới cuộn dây cảm ứng.
- Tạo trường: Cuộn dây tạo ra một sức mạnh, từ trường xen kẽ.
- Cảm ứng hiện tại: Từ trường xuyên qua điện tích kim loại, tạo ra dòng điện xoáy mạnh bên trong nó.
- Tạo nhiệt: Dòng điện xoáy lấn át điện trở của kim loại, tạo ra nhiệt lượng Joule cực lớn và làm cho kim loại nóng lên nhanh chóng từ trong ra ngoài.
- Tan chảy: Nhiệt tiếp tục tăng cho đến khi nhiệt độ đạt đến điểm nóng chảy của kim loại, và kim loại bắt đầu tan chảy.
Ưu điểm chính của lò cảm ứng:
- Hệ thống sưởi không tiếp xúc: Năng lượng được truyền qua từ trường, không có ngọn lửa hoặc tiếp xúc vật lý từ bộ phận làm nóng, làm giảm ô nhiễm.
- Hệ thống sưởi bên trong: Nhiệt được tạo ra trực tiếp bên trong bản thân kim loại, không được truyền từ nguồn bên ngoài. Điều này dẫn đến hiệu suất nhiệt cực cao và tốc độ làm nóng rất nhanh.
- Khuấy điện từ: Lực do dòng điện xoáy trong kim loại nóng chảy tạo ra sẽ tự động khuấy động chất lỏng, đảm bảo thành phần và nhiệt độ đồng đều hơn.
