يعمل نظام التسخين العازل وتطبيقاته

جرب أداة القضاء على المشاكل





لعب اختراع طرق طهي الطعام واستخدام النار دورًا كبيرًا في تطور البشر. لقد تعلمنا استخدام النار للطهي والذوبان المعادن ، لعمليات الإنتاج في الصناعات ، وما إلى ذلك. ولكن الاختراق الأعظم جاء عندما اخترعنا طرقًا للقيام بنفس الأشياء دون استخدام النار. مع مرور الوقت و تطوير التقنيات ، قمنا بتطوير العديد من البدائل لاستخدامها بدلاً من النار في عمليات التدفئة. أحد هذه الاختراعات الرائعة هو مبدأ 'التسخين العازل'. دعونا نرى كيف يعمل هذا المبدأ وكيف يتم تطبيقه.

ما هو التسخين العازل؟

يمكن تحديد تعريف التسخين العازل على أنه - 'عملية تسخين المادة عن طريق إحداث حركة عازلة في جزيئاتها باستخدام بالتناوب المجالات الكهربائية '. تتكون جميع المواد من جزيئات تتكون من ذرات. ال مخطط دائرة التدفئة العازلة هو مبين أدناه.




تحتوي الجزيئات القطبية على لحظات ثنائية القطب. عندما تتعرض هذه الجزيئات للمجال الكهربائي ، فإنها تحاول محاذاة نفسها في اتجاه المجال. عندما يتأرجح المجال المطبق ، تخضع جزيئات المادة هذه لتدوير من أجل الحفاظ على توافقها مع المجال. عندما يغير المجال اتجاهه ، فإن هذه الجزيئات أيضًا تعكس اتجاهها. هذه العملية تسمى 'دوران عازل'.

تدفئة عازلة

تدفئة عازلة



ترتبط درجة حرارة الجزيئات بالطاقة الحركية للجزيئات. في الدوران العازل للجزيئات ، مع زيادة الطاقة الحركية للجزيئات ، تزداد درجة حرارة الجزيئات. عندما تتصادم الجزيئات أو تتلامس مع جزيئات أخرى ، هذه الطاقة يتم نقلها إلى جميع أجزاء المادة وبالتالي تسخين المادة.

هكذا دوران عازل في المادة غالبًا ما يشار إليه باسم التسخين العازل للمادة. يتم هذا التسخين إما باستخدام المجالات الكهربائية لترددات RF أو المجالات الكهرومغناطيسية. يجب أن يتأرجح الحقل المطبق حتى يحدث الدوران العازل. يؤثر التردد والطول الموجي للحقل المطبق أيضًا على أداء النظام.

عمل التسخين العازل

كما هو موضح أدناه ، يتكون مخطط الدائرة لنظام التسخين العازل من لوحين معدنيين يتم تطبيق المجال الكهربائي عليهما. يتم وضع المادة المراد تسخينها بين هذين المعدنين. هناك نوعان من الطرق التي يتم بها تسخين المواد باستخدام عملية التسخين.


التسخين باستخدام الموجات ذات التردد المنخفض ، كتأثير قريب من المجال والتدفئة باستخدام الموجات عالية التردد باستخدام الموجات الكهرومغناطيسية. يختلف أيضًا نوع المواد المسخنة باستخدام هذه الأنواع المختلفة من الموجات.

الموجات منخفضة التردد لها أطوال موجية أعلى. وبالتالي يمكنهم اختراق المواد غير الموصلة بشكل أعمق من الموجات الكهرومغناطيسية. يجب أن تكون المسافة بين الرادياتير والممتص للأنظمة التي تستخدم مجالات التردد المنخفض أقل من 1/2 π من الطول الموجي. لذلك ، فإن عملية التسخين باستخدام مجال كهربائي منخفض التردد قريبة من عملية التلامس.

أنظمة التردد العالي لها أطوال موجية أقل. الموجات الكهرومغناطيسية و أفران ميكروويف تستخدم لهذه الأنظمة. في هذه الأنظمة ، تكون المسافة بين الصفائح المعدنية أكبر من الطول الموجي للحقل المطبق. في هذه الأنظمة ، تتشكل الموجات الكهرومغناطيسية التقليدية للمجال البعيد بين الصفائح المعدنية.

تطبيقات التسخين العازل

تم اقتراح مبدأ التسخين العازل باستخدام الحقول الكهربائية عالية التردد في ثلاثينيات القرن الماضي في مختبرات هاتف بيل. من خلال تغيير وتيرة المجالات الكهربائية ، تم تصميم أنظمة العزل الكهربائي لأنواع عديدة من التطبيقات.

عند استخدام المايكرويف

في هذا التسخين العازل ، يكون 2.45 جيجا هرتز من تردد الميكروويف يستخدم. تعد أفران الميكروويف المستخدمة في المنازل مثالاً على هذا النوع من التطبيقات. توفر هذه الأنظمة نظام تدفئة أقل اختراقًا وعالي الكفاءة. يوفر التسخين الحجمي للميكروويف عمق اختراق أكبر. وبالتالي يتم استخدام هذا التسخين لتسخين السوائل والمعلقات والمواد الصلبة على نطاق صناعي.

فرن المايكرويف

فرن المايكرويف

يتم تطبيق التسخين الحجمي بالميكروويف للبسترة ، والبسترة السريعة ، وكيمياء الميكروويف ، والتعقيم ، وحفظ الطعام ، وإنتاج الوقود الحيوي ، إلخ.

عند استخدام الترددات اللاسلكية

  • غالبًا ما يجد عازل الترددات اللاسلكية تطبيقات في مجال إنتاج المحاصيل.
  • يستخدم هذا النوع من التسخين لقتل بعض الآفات في الغذاء بعد حصاد المحصول.
  • يمكن لهذا النوع من التسخين تسخين المواد بشكل موحد.
  • يمكن لهذا النوع من التسخين معالجة الطعام بسرعة.
  • الإنفاذ الحراري ، عملية التسخين بالترددات الراديوية للعضلات لعلاج العضلات تستخدم هذا النوع من التسخين.
  • تسمى هذه العملية علاج ارتفاع الحرارة ، حيث يتم استخدام درجات حرارة أعلى
  • قتل السرطان وأنسجة الورم ، يتم استخدام التسخين بترددات RF
الإنفاذ الحراري بالموجات القصيرة

الإنفاذ الحراري بالموجات القصيرة

معالجة الغذاء

في مرحلة ما بعد خبز البسكويت في خط الإنتاج ، سيقلل التسخين العازل RF من وقت الخبز. يمكن إنتاج بسكويت بالحجم المناسب والشكل واللون باستخدام الفرن ولكن تسخين RF يمكن أن يزيل الرطوبة المتبقية من الأجزاء الجافة بالفعل من البسكويت.

  • يمكن أن يؤدي تسخين RF إلى زيادة سعة الفرن المستخدم في مصانع إنتاج الأغذية ، حتى 50٪.
  • تستخدم منتجات الأطفال القائمة على الحبوب وحبوب الإفطار الخبز بعد التسخين بواسطة RF العازل.
  • في تجفيف الطعام ، يتم استخدام الخبز العازل مع الخبز التقليدي.
  • عندما يتم استخدام عازل كهرومغناطيسي للخبز ، يتم تحقيق جودة أفضل للطعام.
  • يمكن الحفاظ على الخصائص الغذائية والحسية للأغذية أثناء معالجة الطعام عند استخدام التسخين الكهرومغناطيسي العازل ، حيث يمكن تحقيق درجات حرارة معالجة أعلى في فترة زمنية أقصر.

منذ فترة اختراعها ، يتم استخدام التسخين العازل في أشكال مختلفة. من طعام رائع المعالج لطريقة دقيقة للجراحة الكهربائية ، وجد العزل الكهربائي تطبيقه في كل مجال من مجالات العلوم تقريبًا.

يمكن اعتبار إعداد آلية التسخين العازل مشابهًا لهيكل المكثف . في عازل مكثف يوضع بين لوحين موصلين ويتم إنتاج الكهرباء في عازل. بينما في نظام التسخين العازل للكهرباء ، يتم وضع المادة المراد تسخينها بين لوحين موصلين ، حيث يتم تطبيق المجال الكهربائي وتوليد الحرارة داخل المادة.

الوقت الحاضر تدفئة عازلة وجدت العديد من التطبيقات في الصناعة الزراعية ، لتنفيذ العديد من طرق مكافحة الآفات. المجال الكهربائي المطبق على فرن الميكروويف هو تردد منخفض أم مجال تردد أعلى؟