हीटिंग शीट का व्यापक रूप से विभिन्न प्रकार के हीटिंग उपकरणों में उपयोग किया जाता है, जिनमें से कोर हीटिंग तत्व पर निर्भर करता है, तो हीटिंग तत्व क्या है? ताप तत्वों के गुण क्या हैं? यह लेख आपको समझने के लिए ले जाएगा।
1. ताप तत्व क्या है?
एक ताप तत्व एक सामग्री या उपकरण है जो विद्युत ऊर्जा को सीधे ऊष्मा या तापीय ऊर्जा में जूल हीटिंग नामक सिद्धांत के माध्यम से परिवर्तित करता है। जूल हीटिंग एक ऐसी घटना है जिसमें एक कंडक्टर विद्युत प्रवाह के प्रवाह के कारण गर्मी उत्पन्न करता है। जब सामग्री के माध्यम से एक विद्युत प्रवाह प्रवाहित होता है, तो इलेक्ट्रॉन या अन्य आवेश वाहक कंडक्टर के आयनों या परमाणुओं से टकराते हैं, जिससे परमाणु पैमाने पर घर्षण पैदा होता है। यह घर्षण तब स्वयं को ऊष्मा के रूप में प्रकट करता है। जूल का पहला कानून (जूल-लेनज़ कानून) एक कंडक्टर में विद्युत प्रवाह द्वारा उत्पन्न गर्मी का वर्णन करने के लिए प्रयोग किया जाता है। इसे व्यक्त किया जाता है,
पी=IV या पी=I²R
इन समीकरणों के अनुसार, उत्पन्न ऊष्मा चालक सामग्री के करंट, वोल्टेज या प्रतिरोध पर निर्भर करती है। संपूर्ण ताप तत्व के डिजाइन में, प्रतिरोध एक महत्वपूर्ण कारक है।
मूल को गर्म करने का सिद्धांत
सुपरकंडक्टर नामक एक विशेष सामग्री को छोड़कर, अलग-अलग तीव्रता के सभी प्रवाहकीय सामग्रियों में जूल हीटिंग स्पष्ट है। सामान्य तौर पर, प्रवाहकीय सामग्रियों के लिए कम गर्मी उत्पन्न होती है क्योंकि आवेश वाहक आसानी से प्रवाहित होते हैं; उच्च प्रतिरोध वाली सामग्री के लिए, अधिक गर्मी उत्पन्न होगी। दूसरी ओर, सुपरकंडक्टर्स बिना किसी गर्मी पैदा किए करंट को बहने देते हैं। सामान्य तौर पर, कंडक्टर से निकलने वाली गर्मी को ऊर्जा हानि के रूप में वर्गीकृत किया जाता है। बिजली उपकरणों को चलाने के लिए उपयोग की जाने वाली विद्युत ऊर्जा संचरण हानि के रूप में अनावश्यक गर्मी उत्पन्न करती है और अंततः कोई उपयोगी काम नहीं करती है।
एक मायने में, विद्युत ताप तत्व की दक्षता लगभग 100 प्रतिशत है, क्योंकि आपूर्ति की गई सभी ऊर्जा अपने इच्छित रूप में परिवर्तित हो जाती है। ताप तत्व न केवल ऊष्मा का संचालन करता है, बल्कि प्रकाश और विकिरण के माध्यम से ऊर्जा का संचार भी करता है। हालाँकि, यह केवल कुछ आदर्श प्रतिरोधों पर लागू होता है। सामग्री की अंतर्निहित समाई और अधिष्ठापन विद्युत ऊर्जा को क्रमशः विद्युत और चुंबकीय क्षेत्रों में परिवर्तित करते हैं, जिसके परिणामस्वरूप मामूली नुकसान होता है। पूरे हीटर सिस्टम को ध्यान में रखते हुए, नुकसान प्रक्रिया तरल पदार्थ या हीटर से ही बाहरी वातावरण में छितरी हुई गर्मी से होता है। इसलिए, उत्पन्न सभी गर्मी का उपयोग करने के लिए सिस्टम को अलग किया जाना चाहिए।
दूसरा, ताप तत्व गुण
जब करंट गुजरता है, तो लगभग सभी कंडक्टर गर्मी पैदा कर सकते हैं। हालांकि, सभी कंडक्टर हीटिंग तत्वों के लिए उपयुक्त नहीं हैं। विद्युत, यांत्रिक और रासायनिक गुणों का सही संयोजन आवश्यक है। निम्नलिखित कुछ विशेषताएं हैं जो ताप तत्व डिजाइन के लिए महत्वपूर्ण हैं।
प्रतिरोधकता: गर्मी उत्पन्न करने के लिए, ताप तत्व में पर्याप्त प्रतिरोध होना चाहिए। हालाँकि, प्रतिरोध एक इन्सुलेटर बनने के लिए पर्याप्त उच्च नहीं हो सकता। प्रतिरोध कंडक्टर क्रॉस-सेक्शन द्वारा विभाजित कंडक्टर की लंबाई से गुणा प्रतिरोधकता के बराबर है। किसी दिए गए क्रॉस-सेक्शन के लिए, एक छोटा कंडक्टर प्राप्त करने के लिए, उच्च प्रतिरोधकता वाली सामग्री का उपयोग किया जाता है।
ऑक्सीकरण प्रतिरोध: गर्मी आमतौर पर धातुओं और सिरेमिक के ऑक्सीकरण को तेज करती है। ऑक्सीकरण ताप तत्व का उपभोग करता है, इसकी क्षमता को कम करता है या इसकी संरचना को नुकसान पहुंचाता है। यह हीटिंग तत्व के जीवन को सीमित करता है। धातु के ताप तत्वों के लिए, ऑक्साइड के साथ मिश्रधातुएँ बनाई जाती हैं, जो एक निष्क्रियता परत बनाकर ऑक्सीकरण का विरोध करने में मदद करती हैं। सिरेमिक हीटिंग तत्वों के लिए, SiO2 या Al2O3 का सुरक्षात्मक एंटी-ऑक्सीडेशन स्केल सबसे आम है। हीटिंग तत्वों के प्रकार जो ऑक्सीकरण वातावरण में उपयोग के लिए उपयुक्त नहीं हैं, जैसे कि ग्रेफाइट, आमतौर पर वैक्यूम भट्टियों में उपयोग किया जाता है, या गैर-ऑक्सीडाइजिंग वायुमंडलीय गैसों जैसे H2, N2, Ar, या He, जहां कोई हवा नहीं होती है, में उपयोग किया जाता है। हीटिंग चैंबर में।
प्रतिरोध का तापमान गुणांक: ध्यान दें कि सामग्री की प्रतिरोधकता तापमान के साथ बदलती है। अधिकांश कंडक्टरों में, तापमान बढ़ने पर प्रतिरोध बढ़ता है। यह घटना कुछ सामग्रियों को दूसरों की तुलना में अधिक स्पष्ट रूप से प्रभावित करती है। प्रतिरोध का उच्च तापमान गुणांक मुख्य रूप से थर्मल अनुप्रयोगों में उपयोग किया जाता है। बुखार के लिए, आमतौर पर कम मूल्य का उपयोग करना बेहतर होता है। हालांकि कुछ मामलों में प्रतिरोध में परिवर्तन की सटीक भविष्यवाणी की जा सकती है, अधिक शक्ति प्रदान करने के लिए प्रतिरोध में तेज वृद्धि की आवश्यकता होती है। प्रतिरोधकता को बदलने के लिए सिस्टम को अनुकूलित करने के लिए, नियंत्रण या फीडबैक सिस्टम कार्यरत हैं।
यांत्रिक गुण: उच्च तापमान पर उपयोग किए जाने पर कठोर ताप तत्व ख़राब हो जाते हैं। जैसे-जैसे सामग्री अपने पिघलने या पुनर्संरचना चरण के करीब पहुंचती है, कमरे के तापमान पर इसकी स्थिति की तुलना में सामग्री के कमजोर होने और ख़राब होने की संभावना बढ़ जाती है। एक अच्छा ताप तत्व उच्च तापमान पर भी अपना आकार बनाए रखता है। दूसरी ओर, लचीलापन भी एक आदर्श यांत्रिक गुण है, विशेष रूप से धातु के ताप तत्वों के लिए। तन्यता एक सामग्री को उसकी तन्यता ताकत को प्रभावित किए बिना एक धागे में खींचने और आकार देने में सक्षम बनाती है।
गलनांक: ऑक्सीकरण के काफी बढ़े हुए तापमान के अलावा, किसी सामग्री का गलनांक भी उसके ऑपरेटिंग तापमान को सीमित करता है। सिरेमिक में आमतौर पर धातु के हीटरों की तुलना में अधिक गलनांक होता है।