التدفئة الحثية الأساسية

أساسيات التسخين بالحث الحثي

التدفئة بالحث الحثي تحدث في جسم موصِّل للكهرباء (وليس بالضرورة فولاذ مغناطيسي) عندما يوضع الجسم في مجال مغناطيسي متغير. ويرجع التسخين بالحث إلى التباطؤ وفقدان التيار الدوامي.

التدفئة بالحث الحثي هي عملية تسخين جسم موصِّل للكهرباء (عادةً ما يكون معدنًا) عن طريق الحث الكهرومغناطيسي، من خلال الحرارة المتولدة في الجسم بواسطة التيارات الدوامية. ويتكون السخان الحثي من مغناطيس كهربائي ومذبذب إلكتروني يمرر تياراً متردداً عالي التردد (AC) عبر المغناطيس الكهربائي. ويخترق المجال المغناطيسي المتردد بسرعة الجسم ويولد تيارات كهربائية داخل الموصل، وتسمى التيارات الدوامة. تسخن التيارات الدوامة التي تتدفق عبر مقاومة المادة عن طريق تسخين جول. في المواد المغناطيسية الحديدية (والمغناطيسية الحديدية) مثل الحديد، قد تتولد الحرارة أيضًا عن طريق خسائر التباطؤ المغناطيسي. يعتمد تردد التيار المستخدم على حجم الجسم ونوع المادة والاقتران (بين ملف الشغل والجسم المراد تسخينه) وعمق الاختراق.

لا تحدث خسائر التباطؤ إلا في المواد المغناطيسية مثل الصلب والنيكل وعدد قليل جدًا من المواد الأخرى. وينص فقدان التباطؤ على أن هذا يحدث بسبب الاحتكاك بين الجزيئات عندما تكون المادة ممغنطة أولاً في اتجاه واحد، ثم في الاتجاه الآخر. ويمكن اعتبار الجزيئات مغناطيسات صغيرة تدور مع كل انعكاس لاتجاه المجال المغناطيسي. ويلزم بذل جهد (طاقة) لتحويلها. وتتحول الطاقة إلى حرارة. يزداد معدل استهلاك الطاقة (الطاقة) مع زيادة معدل الانعكاس (التردد).

تحدث خسائر التيار الدوامي في أي مادة موصلة في مجال مغناطيسي متغير. ويتسبب ذلك في التوجه، حتى إذا لم يكن للمواد أي من الخواص المغناطيسية المرتبطة عادةً بالحديد والصلب. ومن الأمثلة على ذلك النحاس والنحاس الأصفر والألومنيوم والزركونيوم والفولاذ المقاوم للصدأ غير المغناطيسي واليورانيوم. التيارات الدوامة هي تيارات كهربائية تحثها حركة المحولات في المادة. وكما يوحي اسمها، فإنها تبدو وكأنها تتدفق في دوامات على الدوامات داخل كتلة صلبة من المادة. تعتبر خسائر التيار الدوامي أكثر أهمية من خسائر التباطؤ في التسخين بالحث. لاحظ أن التسخين بالحث يتم تطبيقه على المواد غير المغناطيسية، حيث لا تحدث خسائر تباطؤ.

بالنسبة لتسخين الصلب لأغراض التصلب أو التشكيل أو الصهر أو أي أغراض أخرى تتطلب درجة حرارة أعلى من درجة حرارة كوري، لا يمكننا الاعتماد على التباطؤ. يفقد الصلب خصائصه المغناطيسية فوق درجة الحرارة هذه. عندما يتم تسخين الفولاذ تحت درجة حرارة كوري، عادةً ما تكون مساهمة التباطؤ ضئيلة للغاية بحيث يمكن تجاهلها. لجميع الأغراض العملية، فإن I²R من التيارات الدوامية هي الطريقة الوحيدة التي يمكن من خلالها تحويل الطاقة الكهربائية إلى حرارة لأغراض التسخين بالحث.

هناك أمران أساسيان لحدوث التسخين بالحث الحثي:

• مجال مغناطيسي متغير
• مادة موصلة للكهرباء موضوعة في المجال المغناطيسي