Решение Теста №12 по Электротехнологическим Установкам

Ниже представлены ответы на вопросы тестов по дисциплине «Электротехнологические установки», подготовленные для записи в тетрадь. ТЕСТ № 12 1. Классификация электротермических процессов. Электротермические процессы классифицируются по способу превращения электрической энергии в тепловую: — Дуговой нагрев: использование энергии электрической дуги (дуговые сталеплавильные печи). — Сопротивляющийся нагрев (косвенный): ток проходит через нагревательный элемент, который передает тепло изделию излучением или конвекцией. — Сопротивляющийся нагрев (прямой): ток проходит непосредственно через нагреваемое тело (изделие). — Индукционный нагрев: нагрев проводящих тел в переменном магнитном поле за счет вихревых токов. — Диэлектрический нагрев: нагрев непроводящих материалов (диэлектриков) в переменном электрическом поле. — Электронно-лучевой и лазерный нагрев: использование кинетической энергии потока электронов или энергии фотонного излучения. 2. Физические основы электрогидравлического эффекта (эффекта Юткина). Эффект Юткина — это возникновение сверхвысокого гидравлического давления при осуществлении высоковольтного электрического разряда внутри объема жидкости. Основные стадии процесса: — Стадия стримера: формирование тонкого канала проводимости в жидкости. — Стадия главного разряда: мгновенное выделение энергии в канале разряда. — Образование плазменной каверны: жидкость в канале мгновенно испаряется и ионизируется, образуя полость с огромным давлением. — Формирование ударной волны: расширение каверны порождает мощную ударную волну, которая совершает механическую работу (дробление, штамповка). ТЕСТ № 13 1. Физические основы диэлектрического нагрева. Диэлектрический нагрев основан на явлении диэлектрических потерь в материале, помещенном в переменное электрическое поле высокой частоты. Под действием поля происходит поляризация молекул диэлектрика. Мощность, выделяемая в единице объема диэлектрика, определяется формулой: \[ P = E^2 \cdot \omega \cdot \varepsilon_0 \cdot \varepsilon \cdot \text{tg}\delta \] где: \( E \) — напряженность электрического поля; \( \omega \) — круговая частота; \( \varepsilon \) — относительная диэлектрическая проницаемость; \( \text{tg}\delta \) — тангенс угла диэлектрических потерь. Тепло выделяется равномерно по всему объему материала за счет трения между молекулами при их переориентации. 2. Режимы работы установок индукционного нагрева. Режимы работы определяются частотой тока и требуемой глубиной проникновения тепла: — Поверхностный нагрев: используется высокая частота для закалки поверхностного слоя металла. — Сквозной нагрев: используется пониженная частота для равномерного прогрева заготовки под ковку или штамповку. — Режим плавки: поддержание металла в жидком состоянии с интенсивным перемешиванием за счет электродинамических сил. ТЕСТ № 14 1. Принцип работы установок индукционного нагрева. Работа основана на законе электромагнитной индукции. Переменный ток, протекающий по индуктору (катушке), создает переменное магнитное поле. Это поле пронизывает помещенную в него металлическую заготовку и индуцирует в ней вихревые токи (токи Фуко). Согласно закону Джоуля-Ленца, эти токи нагревают заготовку: \[ Q = I^2 \cdot R \cdot t \] Важной особенностью является «поверхностный эффект» (скин-эффект), при котором ток распределяется преимущественно в поверхностном слое, толщина которого \( \Delta \) зависит от частоты \( f \): \[ \Delta = \sqrt{\frac{\rho}{\pi \cdot \mu \cdot f}} \] 2. Принцип работы низкочастотных установок диэлектрического нагрева. Низкочастотные установки (обычно промышленной частоты 50 Гц) применяются редко из-за низкой эффективности нагрева большинства диэлектриков на таких частотах. Однако они используются для материалов с очень большими значениями \( \text{tg}\delta \) или при сочетании с другими методами. Принцип заключается в создании сильного электрического поля между обкладками конденсатора, внутри которого находится материал. На низких частотах для получения значительной тепловой мощности требуется создание очень высоких напряженностей поля \( E \), что ограничивается электрической прочностью изоляции. Поэтому чаще применяются установки ВЧ (высокой частоты) и СВЧ (сверхвысокой частоты).