1.Ziemskie energie pierwotne i użyteczne, promienista energia el-magn.

Można wyróżnić energie:

- odnawialne, które są energiami pozaziemskimi, dostarczonymi do Ziemi w sposób ciągły,

- nieodnawialne, zakumulowane na Ziemi.

Odnawialne energie: ruchu obrotowego Ziemi (prądy morskie), ziemskiej energii grawitacyjnej i energii cieplnej zakumulowanej w Ziemi

Nieodnawialne:- energia wiązań chemicznych - zawarta w kopalnych paliwach organicznych (węgle, torf, gaz ziemny),

- energia jądrowa zawarta w atomach głównie takich pierwiastków jak : ²³⁵uran, ²³⁸uran i tor.

Źródłem wszystkich postaci energii odnawialnych jest Słońce i w minimalnej ilości Księżyc. Zalicza się tu:

- energie grawitacyjne Słońca i Księżyca (pływy morskie),

- energię elektromagnetyczną temperaturowego (głównie) promieniowania elektromagnetycznego Słońca. Energia ta jest źródłem energii chemicznej tworzonej biomasy (ok. 0,03%) i energii mechanicznej.

Słońce to olbrzymi reaktor termojądrowy. Zgodnie z wzorem Plancka 99% mocy promieniowania termicznego Słońca wysyłane jest w zakresie długości fal elektromagnetycznych od 280 [nm] do 5000 [nm], a więc w zakresie promieniowań: nadfioletowego, widzialnego i podczerwonego. Maksimum promieniowania, zgodnie z prawem przesunięciowym Wiena, przypada na długość fali 560 [nm].

Do Ziemi (kula ziemska wraz z atmosferą) dociera ze Słońca moc promienista [kW] w zakresie długofalowego promieniowania optycznego.

Ziemskie energie pierwotne docierające do odbiorników nazywa się energiami bezpośrednimi. W odbiornikach energie bezpośrednie przetwarzane są na energie użyteczne.

Wśród energii użytecznych zużywanych bezpośrednio przez ludzi wyróżniamy:

- energię mechaniczną,

- energię chemiczną,

- energię cieplną,

- energię świetlną.

2. Bilans mocowy Ziemi, el-magn kanał przepływu energii.

Ziemia wypromieniowuje prawie tyle samo energii elektromagnetycznej ile jej otrzymuje z zewnątrz

3.Elektrotermia- dział wiedzy zajmujący się przemianą energii el. na en. cieplną użyt. Oraz urzadzeniami do wywoływania tych przemian i ich zastosowaniami technicznymi.

Tech świetlna - wytwarzanie,rozsył , wytw swiatła do celów użytkowych, luminancyjnych i sygnalizacyjnych

Elektrotechnika- dział wiedzy zajmujący się zast zjawisk elektr i el-magn w sposób praktyczny

-wytwarzanie energii

-przesyłanie

-amplitudowo- f-ciowe przemienianie

-przemiana na analo- cyfro układy i sygnały.

4. Zakres widma fal elektromagnetycznych wykorzystywanych elektrotechnice.

1 - urządzenia prądu stałego: oporowe, elektrodowe, łukowe, plazmowe, jonowe, elektronowe, 2 - urządzenia częstotliwości sieciowej: oporowe, elektrodowe, łukowe, plazmowe, indukcyjne, 3 - urządzenia indukcyjne małej i średniej częstotliwości, 4 -urządzenia ultradźwiękowe, 5 - urządzenia indukcyjne i płazmowe wielkiej częstotli­wości, 6 - urządzenia pojemnościowe i plazmowe, 7 - urządzenia mikrofalowe i plazmowe, 8 - urządzenia fotonowe oraz urządzenia: oporowe, łukowe, plazmowe i jonowe o pośrednim i radiacyjnym sposobie nagrzewania wsadów.

5.Elektrotermiczne straty cieplne a elektryczna generacja ciepła uzytecznego.

Rozpływ monochromatycznych energii elektromagnetycznych

A₁ - całkowita energia

A₂ - energia elektromagnetyczna tracona przez urządzenia

A₃ - energia elektromagnetyczna w głównym torze przepływu energii przez urządzenie

A₄ - energia elektromagnetyczna gł. toru urządzenia która jest bezpowrotnie tracona

A
- energia elektromagnetyczna wypromieniowana poza urządzenie

A
- energia elektromagnetycznych strat cieplnych

A₅ - energia elektromagnetyczna na wyjściu urządzenia przeznaczona do dalszego przesyłu

Każde urządzenie elektryczne o zaprojektowanej konstrukcji musi być tak zbilansowane cieplnie, aby - przy danych warunkach oddawania mocy cieplnej i przy obciążeniu go w założonym czasie daną mocą elektromagnetyczną - nie została przekroczona temperatura dopuszczalna jego najbardziej cieplnie zagrożonych części (punktów). Przez temperaturę dopuszczalną rozumie się wartość temperatury, powyżej której dana część urządzenia może ulec przyspieszonej lub gwałtownej degradacji i przestać spełniać swoją elektromagnetyczną, mechaniczną, cieplną, chemiczną czy świetlną funkcję.

6. Elektrotermia i jej podział. Przetwornik El-term i wsad.

Elektrotermia jest działem wiedzy zajmującym się przemianami energii elektrycznej na energię cieplną użytkową. Elektrotermia jest powiązana z elektryką, z termo techniką, z energetyką, a w szczególności z elektroenergetyką. oraz z technologią Integralną częścią elektrotermii jest termokinetyka, czyli nauka o ruchu ciepła i formach jego przepływu.

Elektrotermię dzieli się na elektrotermię przemysłową i elektrotermię bytową.

- Elektrotermia przemysłowa obejmuje zagadnienia elektrotermiczne występujące w hutnictwie i metalurgii, w obróbkach cieplnych, cieplno-chemicznych, suszarnictwie, łączeniu, itd.oraz. w budownictwie, rolnictwie, transporcie czy medycynie.

- Elektrotermia bytowa zajmuje się zagadnieniami związanymi z konstruowa­niem i eksploatowaniem grzejników popularnych stosowanych w gospodarstwie domowym.

Wszelkie ciała stanowiące obiekt zastosowania przemian elektrotermicznych określa się jako wsad. Natomiast każde ciało, w którym następuje przemiana elektrotermiczna to przetwornik elektrotermiczny (elektroenergotermiczny).

7.Ciepło w technice. Płomieniowy a elektrotermiczny sposób wytwarzania ciepła.

Elektrotermiczny sposób wytwarzania ciepła jest konkurencyjny w stosunku do płomieniowego (paliwowego) sposobu wytwarzania ciepła. Bezpośrednie spalanie w określonym miejscu paliw organicznych( biomasa, węgiel, gaz , ropa) nazywa się grzaniem płomieniowym (paliwowym). Elektrotermiczny sposób wytwarzania ciepła w dużej części zastąpił sposób płomieniowy. Zastąpienie to było potrzebne do przeprowadzenia pewnych procesów technologicznych, niemożliwych do zrealizowania z zastosowaniem metod płomieniowych. Do takich procesów należą np. te, w których występuje konieczność: nagrzewania objętościowego, selektywnego, nagrzewania w próżni i in.

Maksymalne gęstości powierzchniowe mocy uzyskiwane z różnych źródeł.

8.Podziały stosowane w elektrotermii i kryteria

Podziały stosowane w elektrotermii dotyczące rodzaju nagrzewań i rodzaju urządzeń elektrotermicznych przeprowadzane są w oparciu o różne kryterium klasyfikacji:

1.Według kryterium konstrukcji urządzenia. Elektryczne urządzenia grzejne można podzielić na komorowe i bezkomorowe.

a)Wśród urządzeń bezkomorowych wyróżnia się:

- elektryczne narzędzia grzejne (wymagają poruszania nimi przy użytkowaniu np. lutownica, żelazko, lokówka),

- elektryczne przyrządy grzejne, które są urządzeniami przenośnymi i nie wymagają poruszania nimi przy użytkowaniu (np. ogrzewacze wnętrzowe, grzałki),

- nagrzewnice elektryczne, które są urządzeniami grzejnymi nieprzenośnymi

b)Do urządzeń komorowych zalicza się:

- piece elektryczne

- suszarki elektryczne

- cieplarki elektryczne

2.Kryterium metody elektrotermicznej, wyróżnia się tu 11 metod nagrzewania: oporowe ,elektrodowe, łukowe, indukcyjne, pojemnościowe, mikrofalowe, elektronowe, plazmowe, jarzeniowe (jonowe), ultradźwiękowe, fotonowe (laserowe)

3.Kryterium rodzaju energii docierającej do wsadu, z której wynika podział na

-nagrzewanie bezpośrednie - wsad jest przetwornikiem energotermicznym. ,eliminuje się zewnętrzne źródła ciepła, które występują przy grzaniu pośrednim.

-nagrzewanie pośrednie polega na wytworzeniu ciepła w przetworniku elektro­termicznym, skąd ciepło może przenosić się do wsadu następującymi drogami: radiacyjną, konwekcyjną lub kondukcyjną

4.Kryterium rozkładu gęstości objętościowej mocy wydzielanej we wsadzie podczas procesu nagrzewania:.

- nagrzewanie objętościowe - niemożliwe do zrealizowania przy wykorzystaniu płomie­niowego sposobu wytwarzania ciepła - moc cieplna wydziela się w całej objętości wsadu.

- nagrzewanie selektywne

5.Kryterium końcowego rozkładu temperatury w nagrzewanym wsadzie :nagrzewanie skrośne i selektywne wsadu. O nagrzaniu skrośnym - celem grzania jest uzyskanie jednakowej temperatu­ry w całej objętości wsadu. Nagrzanie skrośne wsadu można osiągnąć stosując grzanie objętościowe bądź selektywne.

6.Kryterium wartości częstotliwości pola elektromagnetycz­nego, którego energia zamieniana jest we wsadzie na ciepło,

7.Kryterium technologii grzania wykorzystywane przy: obróbce cieplnej, cieplno-chemicznej i cieplno-fizycznej, topieniu, drążeniu, rozdzielaniu , łączeniu , suszeniu czy ogrzewaniu.

8.Kryterium kinetyki wsadu grzania: nieprzelotowe i przelotowe,

9.Kryterium środowiska wsadu - nagrzewanie próżniowe, cieczowe, fluidalne w atmosferze naturalnej lub sztucznej (technologicznej)

10 Kryterium prowadzenia cyklu nagrzewania - nagrzewanie przerywane, okresowe i ciągłe lub nagrzewanie impulsowe i ciągłe

11 Kryterium szybkości obciążenia temperatury wsadu

- stygnięcie (spadek temp. )

--stygnięcie spowolnione (obniżenie temp. wsadu )

- studzenie - przyspieszone obniżenie temp. wsadu

11.Procesy cieplne elektrotermicznych fazowe w układach elektrotermicznych

W układach można wyróżnić:

-procesy termogeneracyjne polegające na wytwarzaniu ciepła kosztem energii dopro­wadzonej do układu

-procesy termodynamiczne polegające na zmianach termodynamicznych parametrów stanu układu Wśród tych procesów wyróżnia się procesy termokinetyczne, polegające na wymianie ciepła wewnątrz układów lub pomiędzy nimi

Zmiany energii cieplnej układów

Procesom termokinetycznym towarzyszą zjawiska związane z przyrostem lub ubytkiem energii cieplnej układów. Przyrost ten polegać może na pobieraniu lub oddawaniu ciepła w powiązaniu:

-ze wzrostem lub maleniem temperatury układu (procesy termoakumulacyjne),

-z przemianami fazowymi zachodzącymi w układzie

W procesach termoakumulacyjnych przyrosty lub ubytki ilości ciepła zawartego w elementach układu, zdeterminowane są przez różnice temperatur każdego z elementów. Wielkością charakteryzującą zdolność materii do akumulowania ciepła jest pojemność cieplna
, gdzie : dQ_a - elementarna ilość ciepła pochłoniętego lub oddanego przez element układu, dt - zmiana temperatury elementu.Pojemność cieplna odniesiona do elementarnej objętości tworzy wielkość k zwaną akumulacyjnością cieplną, tzn
, Natomiast akumulacyjność ciepła odniesienia do gęstości ρ elementu. Ciepło ciała można obliczyć

9.Bilans Energetyczny urządzenia elektrotermicznego

- całkowita energia elektromagnetyczna doprowadzona do urządzenia,

- energia elektromagnetyczna występująca poza głównym torem elektrotermicznym urządzenia, zużywana do zasilania podających czy dosuwających układów napędowych oraz układów: regulacji, sterowania i sygnalizacji,

- energia elektromagnetyczna dopływająca do głównego toru elektrycznego urządzenia a przeznaczona - po ewentualnych dalszych przemianach - na procesy grzejne,

- energia strat elektromagnetycznych (wypromieniowanych i cieplnych) w głównym torze elektrycznym urządzenia (straty np. w przewodach, transformatorach, półprzewodnikach, lampach),

- energia elektromagnetyczna doprowadzona do przetwornika elektrotermicznego i zamieniona w nim na energię cieplną,

- energia strat cieplnych - będąca częścią energii cieplnej
- oddawana do otoczenia z różnych części toru grzejnego urządzenia i ze wsadu,

- energia cieplna akumulacyjna - będąca częścią energii cieplnej
- zakumulowana w różnych częściach toru grzejnego urządzenia z wyjątkiem wsadu,

- energia cieplna użyteczna powodująca wzrost energii wewnętrznej wsadu (np. nagrzewanie, topienie, parowanie wsadu).

W każdym urządzeniu elektrotermicznym występują dwa rodzaje energii: monochromatyczna energia elektromagnetyczna i energia cieplna.

Uwaga

Energia
może mieć charakter energii traconej (np. akumulowanie ciepła w ogniotrwałych i termoizolacyjnych obudowach komór grzejnych) lub - wraz z energią
- charakter energii użytecznej (np. ogrzewanie pomieszczenia przy pomocy pieca akumulacyjnego).

Wykres bilansu energii urządzenia elektrotermicznego pozwala wyznaczyć jego sprawność. I tak:

- sprawność elektryczna (
) urządzenia:

- sprawność cieplna (
) urządzenia:

- sprawność elektrotermiczna (
) urządzenia:

- sprawność całkowita (
) urządzenia:

12.Termokinetyka i formy ruchu ciepła

Termokinetyka - nauka o ruchu ciepła i o formach jego przepływu. Zadania z dziedziny termokinetyki polegają głównie na poszukiwaniu rozkładu temperatur w poszczególnych częściach układu termokinetycznego, jak i wyznaczaniu ilości ciepła przekazywanego między tymi częściami.

Formy ruchu ciepła

- wypadkowy przepływ od ciała o wyższej temp. do ciała o niższej

- każde ciało nagrzane powyżej zera bezwzględnego wypromieniowuje energie

Wymiana ciepła w procesach termokinetycznych może być realizowana za pomocą trzech sposobów, obejmujących:

- Przewodzenie ciepła (kondukcja) jest to wymiana ciepła między stykającymi się częściami jednego ciała lub różnych ciał, polegająca na przekazywaniu energii kinetycznej (występuje cieczach i gazach).

- Unoszenie ciepła (konwekcja) polega na przekazywaniu energii w wyniku makroskopowego ruchu substancji .Unoszeniu ciepła zawsze towarzyszy kondukcja, i radiacja.

- Promieniowaniem ciepła (radiacja) nazywa się przekazywanie energii pomiędzy ciałami lub częściami tego samego ciała, za pośrednictwem promieniowania elektromagnetycznego temperaturowego.

13.Konwekcyjne przejmowanie ciepła

Unoszeniu ciepła w płynie zawsze towarzyszy kondukcja. Dzieje się tak prawie zawsze podczas przepływu płynu lepkiego wzdłuż powierzchni ciała stałego. Przepływ ciepła między płynem a powierzchnią ciała stałego odbywa się przez konwekcję i przez przewodzenie. Taką formę ruchu ciepła nazywa się przejmowa­niem ciepła przez konwekcję.

Na podstawie teorii podobieństwa można otrzymać dla zjawisk przejmowania ciepła przez konwekcję m.in. następujące liczby kryterialne

liczbę Nusselta łączącą ruch ciepła w strumieniu płynu z wnikaniem ciepła do ściany, liczbę Grashofa charakter. stosunek sił wyporu do sił tarcia wewnętrznego płynu, liczbę Prandtla charakteryzującą podobieństwo rodzaju płynu

liczbę Fouriera charakteryzujący nieustalony ruch ciepła w płynie liczby Strouhala (s) i A obrazujący nieustalony charakter przepływu płynu.

14.Radiacyjna wymiana ciepła

Promienista wymiana energii pomiędzy ciałami może być zależna od temperatur bezwzględnych ciał, ich własności promienistych i wzajemnych usytuowań w przestrzeni. Większość ciał promieniuje i odbija promieniowanie selektywnie oraz posiada nieizotermiczne powierzchnie czy objętości. Ciała te mogą być częściowo przeźroczyste dla promieniowania, mogą posiadać nieregularne kształty i być nieregularnie rozmieszczone w przestrzeni. Procesy radiacyjnej wymiany ciepła są skomplikowane i praktycznie nierozwiązywalne bez przyjęcia pewnych założeń upraszczających..

W przypadku, gdy jedna z trzech powierzchni będzie posiadać okr.temp. . i absorpcyjność , powstanie wymiana między dwoma powierzchniami w układzie otwartym. Moce wymieniane między nimi będą równe
i

10.Materiały ogniotrwałe i izolujące stosowane w urządzeniach elektrotermicznych

Niektóre części urządzeń elektrotermicznych muszą być wykonane z:

- Materiałów, które w wysokich temp charakteryzują się sztywnością , dużą wytrzymałościa mechaniczną i odpornościa na działanie czynników chemicznych

- Materiałów, które ograniczają odpływ ciepła do otoczenia lub odizolują cieplnie
Ponadto wśród różnych materiałów pracujących w wysokich temperaturach, wyróżnić można materiały elektroizolacyjne.

Najbliższymi spełnienia wyżej wymienionych wymagań są tworzywa wykonane z materiałów ceramicznych. Materiały te charakteryzują się występowaniem w nich związków będących w różnych fazach krystalicznych (polikrystalicznych) lub w fazach szklistych. Większość tych materiałów odznacza się nieciągłą budową wewnętrzną wskutek występo­wania w nich tak zwanych porów.

a)Materiały ogniotrwałe

Cechą materiałów ogniotrwałych jest ich odporność na działanie wysokich temperatur. Miarą ich odporności jest ogniotrwałość zwykła, którą należy traktować jako przybliżoną temperaturę topnienia.

Materiały ogniotrwałe powinny posiadać dostateczną wytrzymałość mechaniczną w wysokich temperaturach. Miarą ich maksymalnego poziomu temperatury pracy może być ogniotrwałość pod obciążeniem_.

Różnica między wartościami ogniotrwałości zwykłej i ogniotrwałości pod ob­ciążeniem zależna jest od składu fazowego poszczególnych materiałów ogniotrwałych i może wahać się od kilkudziesięciu do kilkuset stopni.

Do właściwo­ści materiałów ogniotrwałych należą m.in.:

- Duża odporność na temperaturę

- Duża odporność na gwałtowne zmiany temperatur,

- mała przewodność cieplna,

- Małe ciepło właściwe i mały ciężar właściwy

- Mały współczynnik rozszerzalności cieplnej,

- Duża wytrzymałość na ściskanie i rozciąganie,

- Duża twardość a mała ścieralność i łamliwość,

- Mała porowatość

- Duża odporność na korozję chemiczną stałych, ciekłych i gazowych czynników

Wyroby ogniotrwałe dzieli się na: formowane z mas o różnych konsystencjach, formowane na gorąco, topione i odlewane do form. Wśród nieformowanych materiałów ogniotrwałych wyróżnić można:

• Mieliwa i kruszywa,

• Zaprawy i masy

-betony ogniotrwałe i żaroodporne

Według tego kryterium składu chemiczno-mineralnego materiały ogniotrwałe dzieli się na:

I. Materiały kwaśne

II. Materiały zasadowe (MgO>35%)

III. Materiały obojętne

b)Materiały termoizolacyjne

Najistotniejszą własnością materiałów termoizolacyjnych jest ich możliwie mała wartość przewodności cieplnej właściwej. Osiągnięcie małej wartości przewodności cieplnej materiałów ceramicznych, jest nadanie im maksymalnie porowatej struktury.

Materiały termoizolacyjne stosowane w urządzeniach elektrotermicznych mają postać prostek, kształtek, zasypek, papierów, tektur, mat czy sznurów.

W oparciu o kryterium składu chemicznego ogniotrwałe wyroby termoizolacyjne dzieli się na krzemionkowe, szamotowe, kaolinowe, czy korundowe

c)Materiały elektroizolacyjne

Materiały elektroizolacyjne powinny posiadać w podwyższonych temperaturach: możliwie małą konduktywność i wytrzymałość na przebicia oraz odporność mechaniczną. Ogniotrwałymi materiałami elektroizolacyjnymi mogą być różne materiały ogniotrwałe z wyjątkiem materiałów w skład których wchodzi węgiel (C) czy karborund (SiC).

15. Pole temperatury i przewodzenie ciepła

Polem temperatury nazywa się przestrzeń, w której każdemu punktowi przy­porządkowana jest temperatura Każdemu punktowi pola temperatury można przyporządkować wektor gradientu temperatury, który w układzie współrzędnych prostokątnych równy jest

W przypadku, gdy temperatura w jakims punkcie pola zależy nie tylko od współrzędnych geometrycznych tego punktu, ale także od czasu τ, tzn. t=f(x,y,z,τ), to pole nazywa się niestacjonarnym. Dla pola stacjonarnego t=f(x,y,z). Jeżeli w polu temperatury znajdują się źródła ciepła, to pole jest nazywane źródłowym. Pole nie zawierające źródeł ciepła nazywa się bezźródłowym.

Dla kondukcyjnego pola izotropowego relację pomiędzy q i grad t opisuje prawo Fouriera q=-λgrad t, gdzie λ - przewodność cieplna właściwa, a miarą wektora q jest skalar

Dla układu współrzędnych prostokątnych i w przypadku ośrodków jednorodnych
tak więc

(**), gdzie a dyfuzyjność cieplna

Równanie przekształca się w przypadków

- stanów stacjonarnych w równanie Poissona

- w przypadku ośrodków bezźródłowych w tzw. równanie Fouriera dla ośrodków bezźródłowych

- w przypadku ośrodków bezźródłowych znajdujących się w stanach stacjonarnych w równanie Laplace'a

Po to, aby spośród wielu rozwiązań spełniających równanie (**) otrzymać rozwiązanie należy określić warunki jednoznaczności rozwiązania, do których można zaliczyć:

- warunki geometryczne określające kształt i wymiary ciała,

- warunki fizyczne określające własności fizyczne substancji, z której zbudowane jest ciało,

- rozkład w czasie i przestrzeni gęstości objętościowych strumieni cieplnych,

- warunki początkowe określające rozkład temperatury w chwili początkowej,

- warunki brzegowe określające warunki wymiany ciepła na powierzchniach zewnę­trznych ciała

16. Moce cieplne i rozkłady temperatury w wielowarstwowych ścianach: płaskich, cylindrycznych i kulistych.

W literaturze termokinetyczne przytaczane są wyniki analitycznych rozwiązań równań różniczkowych przewodnictwa cieplnego w stanach stacjonarnych, dla ciał o prostej geometrii (kule i walce pełne i wydrążone, ściany płaskie, prostopadłościany, sześciany) przy różnych warunkach brzegowych i przy typowych (najczęściej równomiernych) rozmieszczeniach gęstości objętościowych mocy cieplnych.

Poniżej przedstawiono przykładowe wyniki analitycznych rozwiązań równań różniczkowych, opisujące rozkłady temperatury i przenoszone strumienie cieplne w kilku najprostszych jedno- lub wielowarstwowych układach termokinetycznych o warstwach izotropowych i jednorodnych, przy jednokierunkowych, symetrycznych względem osi czy względem punktu przepływach ciepła i przy równomiernym (pola źródłowe) rozmieszczeniu źródeł ciepła. Przytoczone rozwiązania dotyczą mieszanych i wyidealizowanych warunków brzegowych pierwszego, drugiego o trzeciego rodzaju.

Rozwiązania równań Laplace'a (stacjonarne pola bezźródłowe) dla równoległościennych wielowarstwowych ścianek płaskich, wielowarstwowych ścianek cylindrycznych czy kulistych, prowadzą do następujących użytecznych wzorów:

- dla n ścianek płasko-równoległych o powierzchni S:

- dla ścianek cylindrycznych o długościach l i promieniach r :

- dla ścianek kulistych o promieniach r :

17. Prądy przewodzenia i przemiany elektrocieplne w stacjonarnym elektrycznym polu przepływowym. Prądy konwekcyjne i przemiany elektrocieplne.

Wśród stacjonarnych pól elektrycznych o
wyróżnia się:

- pola elektrostatyczne, w których nie występuje ruch ładunków, a więc w których nie zachodzą żadne przemiany energetyczne,

- pola elektryczne prądów stałych, w których istnieje przemieszczanie się ładunków swobodnych na odległości makroskopowe, a ładunek przepływający przez rozpatrywany przekrój przestrzeni jest niezmienny w czasie dzięki uzupełnianiu go z zewnątrz.

Wśród pól elektrycznych prądów stałych, które są prawie zawsze stacjonarnymi polami elektromagnetycznymi, można wyróżnić:

- stacjonarne pola przepływowe, które występują często w różnych urządzeniach elektrycznych, będących ośrodkami przewodzącymi lub półprzewodzącymi o dużej liczbie ładunków swobodnych,

- stacjonarne pola swobodnie poruszających się ładunków (np. pola wiązek ładunków poruszających się w próżni).

W stacjonarnych polach przepływowych ma się do czynienia ze stałym prądem przewodzenia, polegającym na jednostajnym i makroskopowym przesuwaniu się (unoszeniu) w jednym kierunku ładunków swobodnych, ulegających w skali makroskopowej wielokrotnym zderzeniom i przyspieszeniom w okresach międzyzderzeniowych.

Natomiast w stacjonarnych polach wiązek ładunków występuje prąd konwekcyjny, polegający na swobodnym i zmiennym w czasie jednokierunkowym ruchu na odległości makroskopowe ładunków obdarzonych masą.

19. Rozkłady natężeń pól i gęstości objętościowych mocy cieplnej w ciałach poddanych działaniu sinusoidalnego pola elektrycznego. Fale elektromagnetyczne i ich tłumienie.

Zjawiska nierównomiernego rozkładu pola elektromagnetycznego w ośrodkach przewodzących (półprzewodzących, quasiprzewodnikowych), polegające na tym, że pole wnika w nie na ograniczoną głębokość, nazywane są ogólnie zjawiskami naskórkowości. W ośrodkach przewodzących połączonych galwanicznie ze źródłem przemiennego napięcia, w których płyną „prostoliniowe” prądy przewodzenia, mówi się zazwyczaj o elektrycznym (prądowym) zjawisku naskórkowości ( o wypieraniu prądu), natomiast w ośrodkach przewodzących sprzężonych indukcyjnie ze źródłem prądu, w których to płyną wirowe prądy przewodzenia, używa się pojęcia: magnetyczne zjawisko naskórkowe.

- Dla ośrodków dobrze przewodzących (dla quasiprzewodników) można otrzymać wzory:

• 
  

• 
  

• 
  

• W ośrodkach przewodzących fala elektromagnetyczna jest silnie tłumiona. Źródłami wtórnych promieniowań, nakładających się na promieniowania pierwotne, są indukowane wirowe przemienne prądy przewodzenia, które zgodnie z regułą Lenza i z drugim prawem Maxwella wytwarzają własne pola magnetyczne skierowane zawsze przeciwnie do pola magnetycznego fali pierwotnej.

- Dla ośrodków półprzewodzących i nieprzewodzących (dla quasidielektryków) wzory opisujące zastępczą głębokość wnikania δ oraz prędkość fazową v i długość fali λ będą równe:

• 
  

• 
  

- Fale sinusoidalne w cylindrycznych ośrodkach przewodzących

• W elektrotechnice (i w elektrotermii) ma się często do czynienia z przewodnikami o kształcie walca i o długościach l dużo większych od ich promieni r_o, umieszczonymi w środowiskach dielektrycznych (np. przewody linii elektrycznych, nagrzewane walce metalowe umieszczone w cewkach (we wzbudnikach)).

• Przyjmując za parametr wielkość
  opisaną wzorem:

• 
  

• można np. wyliczyć:

• - względne ( w stosunku do wartości osiąganych w polach stacjonarnych (indeks „st”)) wartości rezystancji R_zm i indukcyjności wewnętrznych L_wzm przewodów w polach sinusoidalnych, równe:

• 
  

• 
  

• gdzie:

• K_r i K_x - współczynniki kształtu,

• - względne ( w stosunku do wartości na powierzchni walca) rozkłady: natężeń pól E i H, gęstości prądów J i gęstości objętościowych mocy p_V.

• 20.Metody elektrotermiczne i sposoby pośredniego grzania wsadów

• Metoda oporowa polega na wytworzeniu ciepła na skutek przepływu elektronowego prądu przewodzenia przez ciało stałe lub ciecz, połączone galwanicznie z obwodem, W metodzie tej realizowany jest pośredni i bezpośredni sposób nagrzewania. (energia pola -50Hz)

• Metoda elektrodowa polega na wytworzeniu ciepła na skutek przepływu jonowego lub jonowo-elektronowego prądu przewodzenia przez ciecz, połączoną przy pomocy elektrod z obwodem (energia pola -50Hz)

• Metoda indukcyjna polega na wytworzeniu ciepła na skutek przepływu indukowane­go prądu przewodzenia przez ciało stałe lub ciecz, sprzężone indukcyjnie z obwodem (energia pola od kilku (kilkunastu)Hz do kilkudziesięciu MHz).

• Metoda pojemnościowa polega na wytworzeniu ciepła na skutek przepływu prądu przesunięcia przez ciało stałe lub ciecz, sprzężone pojemnościowo z obwodem przez umieszczenie ich w kondensatorze(energia pola kilku do kilkudziesięciu MHz)

• Metoda łukowa polega na wytworzeniu ciepła na skutek przepływu prądu przewo­dzenia w obszarze wyładowania łukowego zachodzącego w próżni lub w środowisku gazowym o ciśnieniu atmosferycznym, przy czym obszar wyładowania łukowego jest połączony przy pomocy elektrod z obwodem(energia pola -50Hz)

• Metoda plazmowa polega na wytworzeniu ciepła na skutek przepływu: prądu przewodzenia w plazmie o ciśnieniu wyższym niż atmosferyczne, spowodowanym wymuszonym przepływem gazu, przy czym obszar plazmy jest sprzężony elek­tromagnetycznie z obwodem lub falowodem (energia pola -kilku do kilku tysięcy MHz) ­Metoda mikrofalowa polega na wytworzeniu ciepła na skutek przepływu prądu przesunięcia przez ciało stałe lub ciecz, poddane działaniu promieniowania mikrofalowego o częstotliwości od kilkuset MHz do kilkuset GHz, do których energia elektromagnetyczna przenosi się dzięki umieszczeniu ich we wnęce rezonansowej, falowodzie czy naprzeciw otwartego końca falowodu.

• Metoda elektronowa polega na wytworzeniu ciepła w ciele stałym lub cieczy pod wpływem uderzających o nie rozpędzonych w próżni elektronów tworzących prąd konwekcyjny, których źródłem jest nagrzana katoda

• Metoda fotonowa polega na wytworzeniu ciepła w ciele stałym lub cieczy poddanych działaniu spójnego, monochromatycznego i mało rozbieżnego fluorescencyjnego promieniowania elektromagnetycznego: mikrofalowego, podczerwonego, świetlnego czy ultrafioletowego

• Metoda ultradźwiękowa polega na wytworzeniu ciepła w ciele starym poddanym działaniu energii fal mechanicznych o częstotliwościach akustycznych, wytwarzanych w przetwornikach elektromechanicznych

• Metoda jarzeniowa (jonowa) polega na wytworzeniu ciepła w obszarze wyładowania jarzeniowego na skutek przepływu prądu przewodzenia oraz we wsadzie pod wpływem uderzających o nie rozpędzonych jonów dodatnich tworzących prąd konwek­cyjny

3

---