Încalzirea dielectricilor - Principiul încalzirii dielectrice

Încalzirea dielectricilor - Principiul încalzirii dielectrice

Principiul încalzirii dielectrice

Orice material izolant se polarizeaza sub efectul câmpului electric (), ceea ce înseamna separarea de sarcini electrice. Daca acest câmp este alternativ sarcina urmareste variatiile câmpului si se orienteaza la fiecare modificare a alternantei.

Orientarea se face cu pierderi (cu exceptia vidului), pierderi care se transforma în caldura.

Puterea disipata în dielectric

în cazul în care câmpul electric este uniform (fig.a)  , deci vom avea fluxul electric , D fiind inductia electrica. În prezenta acestui flux electric apare polarizarea materialului dielectric. Sarcina totala este  , unde C este capacitatea condensatorului C F/m.

Daca câmpul electric este alternativ, dipolii îsi schimba polaritatea la fiecare alternanta. Pentru un dielectric ideal (perfect cu δ=0), curentul din circuitul exterior este

i. Daca tensiunea este sinusoidala u, rezulta I.

În cazul dielectricilor reali (δ diferit de zero), polarizarea îsi schimba sensul dar cu o întârziere datorata “vâscozitatii” dielectrice, numita histerezis electric, prin analogie cu fenomenul magnetic. Astfel permitivitatea poate fi considerata o marime complexa

, cu partea reala ε^’  si imaginara ε^’’ .

Unghiul de pierderi este caracterizat de tg . Curentul electric este defazat cu unghiul δ fata de unghiul normal de defazaj π/2 (fig.b). Puterea activa ce se dezvolta în condensator este .

Daca se tine cont de relatiile precedente vom avea curentul efectiv   rezulta deci puterea : P

Densitatea volumetrica a puterii   P_v, Daca în continuare se tine seama ca rezulta: . Produsul este numit factorul de pierderi.

Daca factorul de pierderi este mic, încalzirea se face lent si este dificil de obtinut temperatura dorita. Daca factorul de pierderi este foarte ridicat, ia nastere un curent de fuga si utilizarea tensiunilor înalte nu mai este posibila. Pentru ca încalzirea prin histerezis sie utilizata cu succes trebuie ca :

Parametrii de care depinde cel mai mult factorul de pierderi sunt: continutul de apa, frecventa câmpului si temperatura.

Continutul de apa este foarte important deoarece apa are factorul de pierderi foarte ridicat (3 la 20⁰C .. 6 la 100⁰C).

Frecventa – odata cu cresterea acesteia creste si factorul de pierderi. Pentru a avea o putere volumica suficient de ridicata trebuie ca frecventa sa fie mai mare de 1MHz.

Temperatura – are o influenta variabila în functie de material, dar majoritatea materialelor încalzite în industrie au un factor de pierderi ce creste odata cu temperatura.

Ecuatia încalzirii dielectricilor

Energia acumulata este W=mcΔθ , unde m este masa dielectricului, c - caldura specifica, iar Δθ variatia temperaturii. Din aceasta relatie rezulta puterea volumica . Egalând aceasta relatie cu cea precedenta obtinuta pentru puterea volumica rezulta: - ec. încalzirii dielectricului.