الحث الكهربائي
الحث الكهربائي هو تأثير الحقل الكهربائي الناتج عن مرور تيار كهربائي عالي التردد في سلك على سلك أو معدن مجاور ولهذا التأثير نوعان: حث ذاتي وهو تأثير المصدر في نفسه، وحث متبادل وهو تأثير المصدر في مصادر الحقول الأخرى، وقد اكتشف العالم مايكل فاراداي الحثّ عام 1831، وقام العالم جيمس كلارك ماكسويل بوصف الحثّ رياضيًا بـقانون فاراداي، ولقد عُمِّمَ قانون فاراداي فيما بعد ليُصبِحَ معادلة ماكسويل-فاراداي إحدى أربع معادلات في نظرية جيمس كلارك ماكسويل للكهرومغناطيسيّة، وكذلك يصف قانون لنز اتجاه الحقل المُحرَّض، وللحث الكهربائي تطبيقاتٍ عدّة في التكنولوجيا، بما في ذلك المكونات الكهربائيّة المحثات والمحوِّلات، وأجهزة كهربائيّة كالمحركات الكهربائيّة والمولِّدَات وفرن الحث الكهربائي.[١]
مبدأ التسخين الكهربائي
عند مرور تيار كهربائي في سلك موصل تظهر عدة تأثيرات مفيدة منها: الحرارة الكهربائية، والإنارة، والمغناطيسية، والتأثيرات الكيميائية، وتعد الحرارة الكهربائية الأثر الأومي لمرور التيار الكهربائي في سلك ناقل، وهنا يتم تحويل كامل الطاقة الكهربائية إلى حرارة بفعل أثر جول، وهذه الحرارة يمكن استخدامها في عمليات التعدين والصهر والمعالجة الحرارية للمعادن، ولكن الحث الكهربائي يحول الحقل الكهرومغناطيسي الذي ينتج تيارات دوامة تميل للمعارضة وتسبب فقدان للطاقة وتحويلها لأشكال أخرى كالطاقة الحرارية التي تستخدم أيضًا في عمليات الصهر والتعدين، وكلما زاد تردد التيار المنشأ للحقل زادت كمية الحرارة بفعل التغيرات السريعة للحقل الكهرومغناطيسي، وهذا ما يحدث بفرن الحث الكهربائي.[٢]
فرن الحث الكهربائي
يوجد عدة أنواع للأفران الكهربائية مثل أفران القوس الكهربائي أو فرن المقاومة أو فرن الحث الكهربائي، وهذه الأفران هي عبارة عن غرفة تعمل على التسخين بالكهرباء كمصدر للحرارة للوصول لدرجات حرارة عالية يمكنها إذابة المعادن، ولا يوجد للكهرباء أي تأثير كهروكيميائي على المعدن ولكن ببساطة تسخنه، ويمكن ذكر أهم المعلومات المرتبطة بفرن الحث الكهربائي كالآتي:[٣]
- لا يزال فرن المقاومة يستخدم في إنتاج كربيد السيليكون والألمنيوم كهربائيًا، أما فرن الحث الكهربائي فيعتمد على مبدأ الحث لرفع درجة حرارة المعدن المراد صهره أو تسخينه حيث يوصل تيار كهربائي ذو تردد عالي لملف يدور حول بطانة الفرن المصنوعة من مواد حرارية والتي توضع فيها المعادن المراد تسخينها، ويستخدم هذا الأسلوب بشكل واسع في التطبيقات الصناعية المختلفة مثل صهر المعادن أو تقسيتها أو لحامها.
- من ميزات أسلوب فرن الحث في التسخين أو الصهر هي الدقة العالية في عملية التسخين، وهي طريقة نظيفة؛ فهي صديقة للبيئة وكذلك هي طريقة سريعة جدًا للتسخين.
- المعادن تتأثر بالمجال المغناطيسي المتغير الشدة والاتجاه بطريقتين هما تكون تيارات كهربائية إعصارية أو دوامية داخل أجزاء المعدن وتتسبب في ارتفاع درجة حرارته، وكذلك تتأثر المعادن بسبب خاصية الهسترة حيث أن لكل معدن دائرة هسترة خاصة به وهاتين الخاصيتين معروفتين بشكل جيد، وهاتين الخاصيتين هما أساس عمل هذه النوعية من الأفران وكلما ازدادت شدة وسرعة التغير في المجال المغناطيسي كلما ظهر تأثير هاتين الخاصيتين بوضوح حيث ترتفع درجة حرارة المعدن حتى ينصهر.
- يتكون الفرن من عدة أجزاء كهربائية وميكانيكية ويعد الجزء الرئيس من الفرن هو الجزء الذي يحدث فيه الانصهار، وهو أسطوانة حجمها يتناسب مع قدرة الفرن ولها بوابة من الأعلى ويتم من خلالها إدخال المعدن المراد صهره، ويحتوي هذا الجزء في داخله على ملف كهربائي كبير يحيط بالأسطوانة حول الجدار الداخلي المصنوع من مواد حرارية خاصة تتحمل درجات حرارة كبيرة جدًا ويسمى بالبطانة، حيث ان المعدن المصهور سيلامس هذه البطانة مباشرةً.
- عند وضع المعدن داخل الفرن يتم تمرير تيار كهربائي متناوب في الملف ويتم ربط عدد من المكثفات الكبيرة على التسلسل أو على التوازي مع الملف للحصول على تردد الرنين المطلوب لنقل أكبر كمية من القدرة للملف، وعندها سيجد المعدن داخل الفرن مجالًا مغناطيسيًا قويًا جدًا وسريع التغير، وتظهر حينها خاصيتا التيارات الإعصارية والهسترة اللتان تحولان تأثير الحقل الكهرومغناطيسي لحرارة تؤدي لانصهار المعدن.
- يصنف فرن الحث الكهربائي حسب تردد التيار الكهربائي المطبق على الملف إلى فرن الحث الكهربائي ذو تردد منخفض وتردد متوسط وتردد عالي وتختلف عن بعضها البعض بقدرتها على صهر المعادن،أما من حيث الحجم هناك احجام مختلفة من هذه النوعية من الافران حيث تبدأ من افران ذات سعة بضع كيلو غرام الى افران تستوعب عدة اطنان من المعادن.
المراجع
- ↑ "What is electric induction?", www.quora.com, Retrieved 6-7-2019. Edited.
- ↑ "Electromagnetic Induction and its Applications", www.toppr.com, Retrieved 6-7-2019. Edited.
- ↑ "Electric furnace", www.britannica.com, Retrieved 6-7-2019. Edited.
