العناصر الحرارية: الأنواع، الخصائص والتطبيقات
عنصر التسخين هو جهاز يحول الطاقة الكهربائية إلى حرارة عن طريق عملية تسخين جول. عندما يمر تيار كهربائي عبر مقاومة، فإنه ينتج حرارة. تُستخدم عناصر التسخين في معدات التسخين المختلفة أو الأجهزة المنزلية مثل الأفران الكهربائية والأفران الكهربائية والموقد الكهربائي وغيرها.
يعتمد أداء وعمر عنصر التسخين على خصائص المادة المستخدمة له. يجب أن تكون المادة لها الخصائص التالية:
نقطة انصهار عالية
مقاومة عالية للإلكتروناتالكهرباء
معامل درجة الحرارة المنخفض للمقاومة الكهربائيةالكهرباء
قوة شد عالية
مرونة كافية لتشكيل الأسلاك
مقاومة عالية للأكسدة في الهواء المفتوح
في هذا المقال، سنناقش أربعة مواد شائعة تُستخدم لتصنيع عناصر التسخين: نيكلوم، كانثال، نحاس نيكل، وبلاتينيوم. كما سنقارن تركيباتها، خصائصها، وتطبيقاتها.
ما هو نيكلوم؟
نيكلوم هو سبيكة من النيكل والكروم مع كميات صغيرة من الحديد والمنغنيز والسيليكون. إنه أحد أكثر المواد استخدامًا لعناصر التسخين مقاومة للأسلاك. التركيب النموذجي لنيكلوم هو:
| عنصر | نسبة مئوية |
|---|---|
| النيكل | 80% |
| الكروم | 20% |
| الحديد | 0.5% |
| المنغنيز | 0.5% |
| السيليكون | 0.5% |
خصائص نيكلوم
لنيكلوم الخصائص التالية:
المقاومة الكهربائية: 40 µΩ-سم
معامل درجة الحرارة للمقاومة: 0.0004 / درجة مئوية
نقطة الانصهار: 1400 درجة مئوية
الكثافة النوعية: 8.4 غ/سم³
مقاومة عالية للأكسدة
تطبيقات نيكلوم
يُستخدم نيكلوم لصنع عناصر التسخين للأفران الكهربائية والموقد الكهربائي. وهو مناسب للعمل المستمر عند درجة حرارة تصل إلى 1200 درجة مئوية. عند تسخين عنصر التسخين لأول مرة، يتفاعل الكروم في السبيكة مع الأكسجين في الجو ويشكل طبقة من أكسيد الكروم على السطح الخارجي لعنصر التسخين. تعمل هذه الطبقة كطبقة حماية وتمنع الأكسدة والتآكل وإحراق السلك.
ما هو كانثال؟
كانثال هو اسم تجاري لمجموعة من سبائك الحديد والكروم والألومنيوم (FeCrAl). تُستخدم هذه السبائك في مجموعة واسعة من التطبيقات المقاومة والتسخين. التركيب النموذجي لكانثال هو:
| عنصر | نسبة مئوية |
|---|---|
| الحديد | 72% |
| الكروم | 22% |
| الألومنيوم | 5.8% |
خصائص كانثال
لكانثال الخصائص التالية:
المقاومة الكهربائية عند 20 درجة مئوية: 145 µΩ-سم
معامل درجة الحرارة للمقاومة عند 20 درجة مئوية: 0.000001 / درجة مئوية
نقطة الانصهار: 1500 درجة مئوية
الكثافة النوعية: 7.1 غ/سم³
مقاومة عالية للأكسدة
تطبيقات كانثال
يُستخدم كانثال لصنع عناصر التسخين للأفران الكهربائية والموقد الكهربائي. وهو مناسب للعمل المستمر عند درجة حرارة تصل إلى 1400 درجة مئوية. عند تسخين عنصر التسخين لأول مرة، يتفاعل الألومنيوم في السبيكة مع الأكسجين في الجو ويشكل طبقة من أكسيد الألومنيوم فوق عنصر التسخين. هذه الطبقة هي عازل كهربائي ولكن لها توصيل حراري جيد. يجعل هذا العازل الكهربائي عنصر التسخين مقاومًا للصدمة. كانثال مناسب جدًا لصنع عناصر التسخين للأفران الكهربائية المستخدمة في المعالجة الحرارية في صناعات السيراميك والفولاذ والزجاج والإلكترونيات.
