Rabagrots en céramique Céramiques Principes scientifiques

Que sont les radiateurs en céramique?

La science des radiateurs en céramique: les radiateurs en céramique sont des radiateurs électriques qui utilisent un élément de chauffage en céramique de cohérence de température positive (PTC) pour générer de la chaleur par le principe du chauffage résistif. Les matériaux en céramique ont une résistance électrique suffisante et une conductivité thermique pour générer et effectuer de la chaleur lorsqu'un courant électrique les traverse. Ils sont également forts et durables, ce qui les rend idéaux pour une utilisation comme éléments chauffants. Alors que l'élément chauffant d'un radiateur en céramique est fait de matériau en céramique pur, la plupart sont des matériaux composites encapsulés avec du métal et de la céramique. La céramique dans ces derniers matériaux agit comme un isolant tout en conduisant de la chaleur à l'environnement environnant, minimisant les pertes de chaleur et d'énergie associées à un fil de résistance non isolé.

Les radiateurs en céramique sont utilisés dans un large éventail d'industries, telles que les produits de séchage, d'ébullition, de moulage et de fusion. Les radiateurs en céramique sont largement utilisés dans le chauffage de l'espace, offrant une source de chaleur rapide, sûre et propre.

La science des radiateurs en céramique
Pour comprendre les principes scientifiques importants impliqués dans la conception et le fonctionnement des radiateurs en céramique, nous devons d'abord aborder la question du chauffage résistif. Comme mentionné précédemment, les radiateurs en céramique fonctionnent à travers le principe du chauffage résistif, également connu sous le nom de chauffage Joule ou OHM. Le chauffage résistif est le phénomène dans lequel la chaleur est générée en raison de pertes résistives lorsqu'un courant électrique passe à travers un matériau. Il convertit l'énergie électrique en chaleur. Cette conversion est bénéfique pour les radiateurs électriques car les pertes résistives augmentent leur efficacité. Cependant, cet effet n'est pas souhaitable dans certaines situations, comme dans la transmission et la distribution de puissance et dans la plupart des types de dispositifs et d'équipements électroniques.

La première loi de Joule, ou la loi de Joule - Lenz, montre mathématiquement la relation entre l'énergie thermique générée et les paramètres électriques d'entrée. Cette loi stipule que la quantité de chaleur par unité de temps ou le pouvoir de chauffage (P), est proportionnelle au produit du courant (i) et au carré de la résistance (R), exprimé comme l'équation mathématique: P=i²r.

Chauffage résistif au niveau moléculaire
Le chauffage résistif peut s'expliquer en observant ce qui se passe dans un matériau pendant l'écoulement du courant au niveau moléculaire.

Lorsqu'une différence de potentiel existe entre deux points dans un conducteur, un champ électrique est généré, accélérant les électrons libres dans ses coquilles les plus externes lorsqu'ils se déplacent entre les atomes, fournissant ainsi à ces électrons de l'énergie cinétique. Les électrons se déplacent du point de potentiel plus élevé jusqu'au point de potentiel plus faible. Le taux de débit d'électrons est connu sous le nom de courant, un paramètre électrique fondamental. Le courant est directement proportionnel à la tension (V), la différence de potentiel entre deux points et inversement proportionnel à la résistance; Cette relation est exprimée par l'équation mathématique: i=v / r.

Lorsque ces électrons s'écoulent vers un point de potentiel inférieur, ils entrent en collision avec les atomes, les autres électrons et les impuretés qui composent le matériau, provoquant la vibration des molécules. De plus, il existe des forces opposées qui résistent à l'écoulement des électrons. Ces collisions et les forces opposées créent un frottement lorsque les électrons s'écoulent vers un potentiel inférieur. Pour surmonter cette friction, les électrons doivent effectuer un travail en fonction de la chaleur générée par le matériau. La chaleur générée par le matériau (ou l'élément de chauffage dans ce contexte) est utilisée pour augmenter la température des objets environnants.

Propriétés extrinsèques de la résistance
La résistance est une propriété extrinsèque d'un matériau; Il se réfère à la force opposée à l'écoulement du courant ou des électrons. En tant que propriété extrinsèque, elle dépend de la longueur (l) et de la zone de section - (a) du matériau et peut être calculée comme r=ρl / a. Dans cette équation, ρ est la résistivité, une propriété intrinsèque qui varie avec la température du matériau.

À l'exception des supraconducteurs, tous les matériaux possèdent un certain degré de résistance électrique. Pour qu'un matériau soit classé comme un bon élément de chauffage, il doit avoir une résistance interne suffisante. Les matériaux avec une résistance plus élevée entravent plus efficacement l'écoulement du courant et génèrent plus de chaleur. Cependant, la résistance d'un matériau agissant comme isolant ne doit pas être très élevée.
Mécanismes de transfert de chaleur
Les radiateurs en céramique transfèrent la chaleur vers l'environnement environnant par conduction, convection ou rayonnement. Le transfert de chaleur de conduction implique un transfert de chaleur entre deux objets en contact. Le transfert de chaleur à la convection implique un transfert de chaleur entre deux fluides (liquides ou gaz). Dans un radiateur de convection, l'air s'écoule sur l'élément de chauffage en céramique chaude, augmentant la température ambiante. Enfin, dans le transfert de chaleur du rayonnement, l'énergie thermique est émise directement aux objets à proximité ou aux personnes via un rayonnement électromagnétique.

Coefficient de température positif
La résistivité et la résistance varient avec la température. Si la résistance d'un matériau augmente avec l'augmentation de la température, il a un coefficient de température positif. La céramique, en matière de semi-conducteurs, a un coefficient de température positif.

Lorsque la température d'un élément de chauffage en céramique augmente à sa température de point de réglage en raison de l'absorption du courant, la résistance augmente à l'infini, arrêtant l'écoulement du courant et la génération de chaleur. La température du point de consigne dépend de la composition de la céramique. Par conséquent, les radiateurs en céramique peuvent s'adapter à la température ambiante et générer moins de chaleur dans des environnements plus chauds. Ils fournissent juste assez de chaleur sans augmenter excessivement la température environnante. Par conséquent, les radiateurs en céramique sont auto - régulant, une propriété que l'on trouve dans les éléments de chauffage métallique. Cet soi - La nature de régulation les rend plus sûrs à fonctionner.