Lembaran pemanas banyak digunakan di berbagai peralatan pemanas, yang intinya bergantung pada elemen pemanas, jadi apa elemen pemanasnya? Apa sifat-sifat elemen pemanas? Artikel ini akan membawa Anda untuk memahami.
1. Apa itu elemen pemanas?
Elemen pemanas adalah bahan atau alat yang mengubah energi listrik secara langsung menjadi energi panas atau panas melalui prinsip yang disebut pemanasan joule. Pemanasan Joule adalah fenomena di mana konduktor menghasilkan panas karena aliran arus listrik. Ketika arus listrik mengalir melalui material, elektron atau pembawa muatan lainnya bertabrakan dengan ion atau atom konduktor, menciptakan gesekan pada skala atom. Gesekan ini kemudian memanifestasikan dirinya sebagai panas. Hukum pertama Joule (Hukum Joule-Lenz) digunakan untuk menggambarkan panas yang dihasilkan oleh arus listrik dalam sebuah konduktor. Ini dinyatakan sebagai,
P=IV atau P=I²R
Menurut persamaan ini, panas yang dihasilkan bergantung pada arus, tegangan, atau resistansi bahan konduktor. Dalam desain seluruh elemen pemanas, resistansi merupakan faktor penting.
Prinsip memanaskan aslinya
Pemanasan Joule terbukti di semua bahan konduktif dengan intensitas yang bervariasi, kecuali bahan khusus yang disebut superkonduktor. Secara umum, untuk bahan konduktif, panas yang dihasilkan lebih sedikit karena pembawa muatan mengalir dengan mudah; Untuk bahan dengan resistansi tinggi, lebih banyak panas akan dihasilkan. Superkonduktor, di sisi lain, memungkinkan arus mengalir tanpa menghasilkan panas. Secara umum, panas dari konduktor diklasifikasikan sebagai kehilangan energi. Energi listrik yang digunakan untuk menggerakkan peralatan listrik menghasilkan panas yang tidak perlu dalam bentuk rugi-rugi transmisi dan pada akhirnya tidak menghasilkan kerja yang bermanfaat.
Dalam arti tertentu, efisiensi elemen pemanas listrik hampir 100 persen , karena semua energi yang disuplai diubah menjadi bentuk yang diinginkan. Elemen pemanas tidak hanya menghantarkan panas, tetapi juga mentransfer energi melalui cahaya dan radiasi. Namun, ini hanya berlaku untuk beberapa resistor ideal. Kapasitansi dan induktansi bawaan material mengubah energi listrik menjadi medan listrik dan magnet, masing-masing, menghasilkan sedikit kerugian. Mempertimbangkan seluruh sistem pemanas, kehilangan berasal dari panas yang hilang dari fluida proses atau dari pemanas itu sendiri ke lingkungan luar. Oleh karena itu, sistem harus diisolasi untuk memanfaatkan semua panas yang dihasilkan.
Kedua, sifat elemen pemanas
Ketika arus melewatinya, hampir semua konduktor dapat menghasilkan panas. Namun, tidak semua konduktor cocok untuk elemen pemanas. Kombinasi yang tepat dari sifat listrik, mekanik dan kimia diperlukan. Berikut ini adalah beberapa fitur yang penting untuk desain elemen pemanas.
Tahanan: Untuk menghasilkan panas, elemen pemanas harus memiliki ketahanan yang cukup. Namun, resistansi tidak bisa cukup tinggi untuk menjadi isolator. Resistansi sama dengan resistivitas dikalikan dengan panjang konduktor dibagi dengan penampang konduktor. Untuk penampang tertentu, untuk mendapatkan konduktor yang lebih pendek, digunakan bahan dengan resistivitas tinggi.
Ketahanan oksidasi: Panas biasanya mempercepat oksidasi logam dan keramik. Oksidasi menghabiskan elemen pemanas, mengurangi kapasitasnya atau merusak strukturnya. Ini membatasi umur elemen pemanas. Untuk elemen pemanas logam, paduan dibentuk dengan oksida, yang membantu menahan oksidasi dengan membentuk lapisan pasivasi. Untuk elemen pemanas keramik, skala pelindung anti-oksidasi SiO2 atau Al2O3 adalah yang paling umum. Jenis elemen pemanas yang tidak cocok untuk digunakan dalam lingkungan pengoksidasi, seperti grafit, paling umum digunakan dalam tungku vakum, atau tungku yang mengandung gas atmosfir bukan pengoksidasi seperti H2, N2, Ar, atau He, di mana tidak ada udara. di ruang pemanas.
Koefisien suhu resistensi: Perhatikan bahwa resistivitas material berubah dengan suhu. Di sebagian besar konduktor, resistansi meningkat dengan meningkatnya suhu. Fenomena ini mempengaruhi beberapa bahan lebih jelas dari yang lain. Koefisien ketahanan suhu tinggi terutama digunakan dalam aplikasi termal. Untuk demam, biasanya lebih baik menggunakan nilai yang lebih rendah. Meskipun perubahan resistansi dapat diprediksi secara akurat dalam beberapa kasus, peningkatan resistansi yang tajam diperlukan untuk memberikan lebih banyak daya. Untuk menyesuaikan sistem dengan perubahan resistivitas, sistem kontrol atau umpan balik digunakan.
Sifat mekanis: Elemen pemanas yang kaku berubah bentuk saat digunakan pada suhu tinggi. Saat material mendekati tahap peleburan atau rekristalisasi, material menjadi lebih cenderung melemah dan berubah bentuk dibandingkan dengan keadaannya pada suhu kamar. Elemen pemanas yang baik mempertahankan bentuknya bahkan pada suhu tinggi. Di sisi lain, keuletan juga merupakan sifat mekanik yang ideal, terutama untuk elemen pemanas logam. Daktilitas memungkinkan material ditarik menjadi benang dan dibentuk tanpa mempengaruhi kekuatan tariknya.
Titik leleh: Selain suhu oksidasi yang meningkat secara signifikan, titik leleh suatu material juga membatasi suhu operasinya. Keramik umumnya memiliki titik leleh yang lebih tinggi daripada pemanas logam.