Το φαινόμενο Joule του ηλεκτρικού ρεύματος χρησιμοποιείται για τη μετατροπή της ηλεκτρικής ενέργειας σε θερμότητα για τη θέρμανση αντικειμένων. Συνήθως χωρίζεται σε θέρμανση άμεσης αντίστασης και θέρμανση έμμεσης αντίστασης. Η τάση τροφοδοσίας του πρώτου εφαρμόζεται απευθείας στο θερμαινόμενο αντικείμενο και όταν ρέει ρεύμα, το ίδιο το θερμαινόμενο αντικείμενο (όπως ένα ηλεκτρικά θερμαινόμενο σίδερο) θερμαίνεται. Ένα αντικείμενο που μπορεί να θερμανθεί απευθείας με αντίσταση πρέπει να είναι αγωγός, αλλά με υψηλή ειδική αντίσταση. Δεδομένου ότι η θερμότητα παράγεται από το ίδιο το θερμαινόμενο αντικείμενο, ανήκει στην εσωτερική θέρμανση και η θερμική απόδοση είναι υψηλή. Η θέρμανση έμμεσης αντίστασης πρέπει να κατασκευάζεται από ειδικά κράματα ή μη μεταλλικά υλικά για την κατασκευή θερμαντικών στοιχείων, τα οποία παράγουν θερμική ενέργεια και μεταδίδουν στο θερμαινόμενο αντικείμενο μέσω ακτινοβολίας, μεταφοράς και αγωγιμότητας. Δεδομένου ότι το θερμαινόμενο αντικείμενο και το θερμαντικό στοιχείο χωρίζονται σε δύο μέρη, ο τύπος του θερμαινόμενου αντικειμένου γενικά δεν είναι περιορισμένος και εύκολος στη χρήση.
Τα υλικά που χρησιμοποιούνται στο θερμαντικό στοιχείο της θέρμανσης έμμεσης αντίστασης γενικά απαιτούν μεγάλη ειδική αντίσταση, μικρό συντελεστή θερμοκρασίας αντίστασης, μικρή παραμόρφωση σε υψηλή θερμοκρασία και δεν είναι εύκολο να εύθραυστα. Συνήθως χρησιμοποιούνται κράμα σιδήρου-αλουμινίου, κράμα νικελίου-χρωμίου και άλλα υλικά μετάλλων και καρβίδιο του πυριτίου, διπυριτικό μολυβδαίνιο και άλλα μη μεταλλικά υλικά. Η μέγιστη θερμοκρασία εργασίας των μεταλλικών θερμαντικών στοιχείων μπορεί να φτάσει τους 1000~1500 βαθμούς ανάλογα με τον τύπο του υλικού. Η μέγιστη θερμοκρασία λειτουργίας των μη μεταλλικών θερμαντικών στοιχείων μπορεί να φτάσει τους 1500~1700 βαθμούς. Το τελευταίο είναι εύκολο στην εγκατάσταση και μπορεί να αντικατασταθεί από ζεστό φούρνο, αλλά χρειάζεται συσκευή ρύθμισης πίεσης κατά την εργασία και η διάρκεια ζωής του είναι μικρότερη από αυτή των θερμαντικών στοιχείων από κράμα και χρησιμοποιείται γενικά σε φούρνους υψηλής θερμοκρασίας, χώρους όπου η η θερμοκρασία υπερβαίνει τη μέγιστη θερμοκρασία λειτουργίας που επιτρέπεται από τα θερμαντικά στοιχεία μεταλλικού υλικού και ορισμένες ειδικές περιπτώσεις. Η θερμική επίδραση του ίδιου του αγωγού θερμαίνεται από το επαγόμενο ρεύμα (δινορεύμα) που παράγεται από τον αγωγό σε ένα εναλλασσόμενο ηλεκτρομαγνητικό πεδίο. Σύμφωνα με τις διαφορετικές απαιτήσεις της διαδικασίας θέρμανσης, η συχνότητα τροφοδοσίας AC που χρησιμοποιείται στην επαγωγική θέρμανση είναι συχνότητα ισχύος (50~60 kHz), μεσαία συχνότητα (60~10000 Hz) και υψηλή συχνότητα (μεγαλύτερη από 10000 Hz). Η τροφοδοσία συχνότητας ισχύος χρησιμοποιείται συνήθως στη βιομηχανία τροφοδοσίας εναλλασσόμενου ρεύματος, οι περισσότερες χώρες στην παγκόσμια συχνότητα ισχύος είναι 50 Hz. Η τάση που εφαρμόζεται στη συσκευή επαγωγής από το τροφοδοτικό συχνότητας ισχύος για επαγωγική θέρμανση πρέπει να είναι ρυθμιζόμενη. Σύμφωνα με την ισχύ του εξοπλισμού θέρμανσης και τη χωρητικότητα του δικτύου τροφοδοσίας, το τροφοδοτικό (6~10 kV) μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παροχή ρεύματος μέσω του μετασχηματιστή. Η συσκευή θέρμανσης μπορεί επίσης να συνδεθεί απευθείας στο δίκτυο χαμηλής τάσης 380 volt.
Το τροφοδοτικό μέσης συχνότητας έχει χρησιμοποιήσει σετ γεννητριών μέσης συχνότητας για μεγάλο χρονικό διάστημα. Αποτελείται από μια γεννήτρια μέσης συχνότητας και έναν ασύγχρονο κινητήρα μετάδοσης κίνησης. Η ισχύς εξόδου αυτής της μονάδας είναι γενικά στην περιοχή των 50~1000 κιλοβάτ. Με την ανάπτυξη της τεχνολογίας ηλεκτρονικών ισχύος, έχουν χρησιμοποιηθεί τροφοδοτικά μέσης συχνότητας μετατροπέα θυρίστορ. Αυτό το τροφοδοτικό μέσης συχνότητας χρησιμοποιεί θυρίστορ για να μετατρέψει το εναλλασσόμενο ρεύμα συχνότητας ισχύος σε συνεχές ρεύμα και στη συνέχεια να μετατρέψει το συνεχές ρεύμα σε εναλλασσόμενο ρεύμα της απαιτούμενης συχνότητας. Λόγω του μικρού μεγέθους, του μικρού βάρους, της απουσίας θορύβου, της αξιόπιστης λειτουργίας κ.λπ. αυτού του εξοπλισμού μετατροπής συχνότητας, αντικατέστησε σταδιακά το σετ γεννήτριας μέσης συχνότητας.
Το τροφοδοτικό υψηλής συχνότητας χρησιμοποιεί συνήθως έναν μετασχηματιστή για να ανεβάσει την τριφασική τάση 380 volt σε υψηλή τάση περίπου 20,000 βολτ και στη συνέχεια χρησιμοποιεί ένα θυρίστορ ή ανορθωτή πυριτίου υψηλής τάσης για να διορθώσει τη συχνότητα ισχύος εναλλασσόμενο ρεύμα σε συνεχές ρεύμα και στη συνέχεια χρησιμοποιεί έναν ηλεκτρονικό ταλαντωτή για να μετατρέψει το συνεχές ρεύμα σε εναλλασσόμενο ρεύμα υψηλής συχνότητας, υψηλής τάσης. Η ισχύς εξόδου του εξοπλισμού τροφοδοσίας υψηλής συχνότητας κυμαίνεται από δεκάδες κιλοβάτ έως εκατοντάδες κιλοβάτ.
Τα αντικείμενα που θερμαίνονται επαγωγικά πρέπει να είναι αγωγοί. Όταν το ρεύμα AC υψηλής συχνότητας διέρχεται από τον αγωγό, ο αγωγός παράγει ένα εφέ δέρματος, δηλαδή, η πυκνότητα του επιφανειακού ρεύματος του αγωγού είναι μεγάλη και η πυκνότητα ρεύματος του κέντρου του αγωγού είναι μικρή.
Η επαγωγική θέρμανση μπορεί να θερμάνει το αντικείμενο ομοιόμορφα και την επιφάνεια ως σύνολο. Μπορεί να λιώσει μέταλλα. Σε ζώνες υψηλής συχνότητας, η αλλαγή του σχήματος του πηνίου θέρμανσης (γνωστό και ως επαγωγέας) μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για αυθαίρετη τοπική θέρμανση. Θέρμανση αντικειμένων χρησιμοποιώντας τις υψηλές θερμοκρασίες που δημιουργούνται από ένα ηλεκτρικό τόξο. Το τόξο είναι μια εκκένωση αερίου μεταξύ δύο ηλεκτροδίων. Η τάση του τόξου δεν είναι υψηλή αλλά το ρεύμα είναι μεγάλο και το ισχυρό του ρεύμα διατηρείται από μεγάλο αριθμό ιόντων που εξατμίζονται στο ηλεκτρόδιο, έτσι το τόξο επηρεάζεται εύκολα από το περιβάλλον μαγνητικό πεδίο. Όταν σχηματίζεται τόξο μεταξύ των ηλεκτροδίων, η θερμοκρασία της στήλης τόξου μπορεί να φτάσει τα 3000~6000K, η οποία είναι κατάλληλη για τήξη μετάλλων σε υψηλή θερμοκρασία.
Υπάρχουν δύο τύποι θέρμανσης τόξου: άμεση και έμμεση θέρμανση τόξου. Το ρεύμα τόξου που θερμαίνεται από το άμεσο τόξο διέρχεται απευθείας από το θερμαινόμενο αντικείμενο, το οποίο πρέπει να είναι ένα ηλεκτρόδιο ή μέσο του τόξου. Το ρεύμα τόξου που θερμαίνεται από έμμεσο τόξο δεν διέρχεται από το θερμαινόμενο αντικείμενο, αλλά θερμαίνεται κυρίως από τη θερμότητα που εκπέμπεται από το τόξο. Τα χαρακτηριστικά της θέρμανσης τόξου είναι: υψηλή θερμοκρασία τόξου, συγκέντρωση ενέργειας και η επιφανειακή ισχύς της πισίνας του κλιβάνου τόξου παραγωγής χάλυβα μπορεί να φτάσει τα 560~1200 kW/τετραγωνικό μέτρο. Ωστόσο, ο θόρυβος του τόξου είναι μεγάλος και το χαρακτηριστικό βολτ-αμπέρ του είναι χαρακτηριστικό αρνητικής αντίστασης (χαρακτηριστικό πτώσης). Προκειμένου να διατηρηθεί η σταθερότητα του τόξου όταν θερμαίνεται το τόξο, η στιγμιαία τιμή της τάσης του κυκλώματος είναι μεγαλύτερη από την τιμή της αρχικής τάσης όταν το ρεύμα τόξου διασχίζει το μηδέν, και για να περιοριστεί το ρεύμα βραχυκυκλώματος, μια αντίσταση μια ορισμένη τιμή πρέπει να συνδεθεί σε σειρά στο κύκλωμα τροφοδοσίας. Τα ηλεκτρόνια που κινούνται με μεγάλη ταχύτητα υπό τη δράση ενός ηλεκτρικού πεδίου χρησιμοποιούνται για να βομβαρδίσουν την επιφάνεια ενός αντικειμένου και να το θερμάνουν. Το κύριο συστατικό για τη θέρμανση με δέσμη ηλεκτρονίων είναι η γεννήτρια δέσμης ηλεκτρονίων, γνωστή και ως πιστόλι ηλεκτρονίων. Το όπλο ηλεκτρονίων αποτελείται κυρίως από κάθοδο, πολυηλεκτρόδιο δέσμης, άνοδο, ηλεκτρομαγνητικό φακό και πηνίο εκτροπής. Η άνοδος είναι γειωμένη, η κάθοδος συνδέεται στην αρνητική υψηλή θέση, η δέσμη εστίασης είναι συνήθως το ίδιο δυναμικό με την κάθοδο και σχηματίζεται ένα επιταχυνόμενο ηλεκτρικό πεδίο μεταξύ της καθόδου και της ανόδου. Τα ηλεκτρόνια που εκπέμπονται από την κάθοδο επιταχύνονται σε πολύ υψηλή ταχύτητα υπό τη δράση του επιταχυνόμενου ηλεκτρικού πεδίου, εστιάζονται από τον ηλεκτρομαγνητικό φακό και στη συνέχεια ελέγχονται από το πηνίο εκτροπής, έτσι ώστε η δέσμη ηλεκτρονίων να εκτοξεύεται προς το θερμαινόμενο αντικείμενο σε μια ορισμένη κατεύθυνση. .
Τα πλεονεκτήματα της θέρμανσης με δέσμη ηλεκτρονίων είναι: (1) έλεγχος της τρέχουσας τιμής, δηλαδή της δέσμης ηλεκτρονίων, η οποία μπορεί εύκολα και γρήγορα να αλλάξει τη θερμαντική ισχύ. (2) Ο ηλεκτρομαγνητικός φακός μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να αλλάξει ελεύθερα το θερμαινόμενο τμήμα ή η περιοχή του τμήματος βομβαρδισμού δέσμης ηλεκτρονίων μπορεί να ρυθμιστεί ελεύθερα. (3) Η πυκνότητα ισχύος μπορεί να αυξηθεί έτσι ώστε η ουσία στο σημείο βομβαρδισμού να εξατμιστεί σε μια στιγμή. Χρησιμοποιώντας αντικείμενα υπέρυθρης ακτινοβολίας, το αντικείμενο απορροφά τις υπέρυθρες ακτίνες, μετατρέπει την ενέργεια ακτινοβολίας σε θερμική ενέργεια και τη θερμαίνει.
Το υπέρυθρο είναι ένα ηλεκτρομαγνητικό κύμα. Στο ηλιακό φάσμα, πέρα από το κόκκινο άκρο του ορατού φωτός, υπάρχει μια αόρατη μορφή ακτινοβολούμενης ενέργειας. Στο ηλεκτρομαγνητικό φάσμα, το εύρος μήκους κύματος του υπέρυθρου είναι μεταξύ {{0}}.75~1{{10}}00 μικρομέτρων και της συχνότητας το εύρος είναι μεταξύ 3×1{{2{0}}~4×10 kHz. Σε βιομηχανικές εφαρμογές, το υπέρυθρο φάσμα συχνά χωρίζεται σε διάφορες ζώνες: 0,75~3,0 μικρά για την περιοχή του εγγύς υπέρυθρου. 3,0~6,0 μικρά για την περιοχή μεσαίας υπέρυθρης ακτινοβολίας. 6,0~15,0 μικρά για την περιοχή μακρινής υπέρυθρης ακτινοβολίας. 15,0~1000 microns για την εξαιρετικά μακρινή υπέρυθρη περιοχή. Διαφορετικά αντικείμενα έχουν διαφορετική ικανότητα να απορροφούν υπέρυθρες ακτίνες, ακόμα κι αν το ίδιο αντικείμενο έχει διαφορετική ικανότητα να απορροφά υπέρυθρες ακτίνες διαφορετικού μήκους κύματος. Ως εκ τούτου, η εφαρμογή υπέρυθρης θέρμανσης, ανάλογα με τον τύπο του θερμαινόμενου αντικειμένου, επιλέξτε την κατάλληλη πηγή υπέρυθρης ακτινοβολίας, έτσι ώστε η ενέργεια της ακτινοβολίας να συγκεντρώνεται στο εύρος μήκους κύματος απορρόφησης του θερμαινόμενου αντικειμένου για να επιτευχθεί ένα καλό αποτέλεσμα θέρμανσης.
Η ηλεκτρική θέρμανση υπερύθρων είναι στην πραγματικότητα μια ειδική μορφή θέρμανσης με αντίσταση, δηλαδή υλικά όπως βολφράμιο, σίδηρο-νικέλιο ή κράμα νικελίου-χρωμίου χρησιμοποιούνται ως καλοριφέρ για την παραγωγή πηγών ακτινοβολίας. Όταν ενεργοποιείται, δημιουργείται θερμική ακτινοβολία λόγω της θερμότητας που παράγεται από την αντίστασή του. Οι πηγές ηλεκτρικής υπέρυθρης θέρμανσης που χρησιμοποιούνται συνήθως είναι ο τύπος λαμπτήρα (ανακλαστικός), ο τύπος σωλήνα (τύπος σωλήνα χαλαζία) και ο τύπος πλάκας (επίπεδος τύπος). Ο τύπος λαμπτήρα είναι ένας υπέρυθρος λαμπτήρας, με νήμα βολφραμίου ως καλοριφέρ, και το νήμα βολφραμίου είναι σφραγισμένο σε ένα γυάλινο κέλυφος γεμάτο με αδρανές αέριο, ακριβώς όπως οι συνηθισμένοι λαμπτήρες φωτισμού. Όταν το ψυγείο ενεργοποιείται, θερμαίνεται (η θερμοκρασία είναι χαμηλότερη από αυτή ενός κανονικού λαμπτήρα), εκπέμποντας έτσι μεγάλη ποσότητα υπέρυθρων ακτίνων με μήκος κύματος περίπου 1,2 microns. Εάν το εσωτερικό τοίχωμα του γυάλινου κελύφους είναι επικαλυμμένο με ένα ανακλαστικό στρώμα, οι υπέρυθρες ακτίνες μπορούν να συγκεντρωθούν προς μία κατεύθυνση, επομένως οι πηγές υπέρυθρης ακτινοβολίας τύπου λαμπτήρα ονομάζονται επίσης ανακλαστικοί υπέρυθροι εκπομποί. Ο σωλήνας της σωληνοειδούς πηγής υπέρυθρης ακτινοβολίας είναι κατασκευασμένος από γυαλί χαλαζία και ένα σύρμα βολφραμίου βρίσκεται στη μέση, επομένως ονομάζεται επίσης σωληνωτός πομπός υπερύθρου χαλαζία. Το μήκος κύματος του υπέρυθρου που εκπέμπεται από τον τύπο λαμπτήρα και τον τύπο σωλήνα είναι στην περιοχή των 0.7~3 microns και η θερμοκρασία εργασίας είναι χαμηλή, η οποία χρησιμοποιείται γενικά για θέρμανση, ψήσιμο, στέγνωμα και υπέρυθρη φυσιοθεραπεία στο φως και κλωστοϋφαντουργίας. Η επιφάνεια ακτινοβολίας της πηγής υπέρυθρης ακτινοβολίας τύπου πλάκας είναι ένα επίπεδο, που αποτελείται από μια επίπεδη πλάκα αντίστασης, η μπροστινή πλευρά της πλάκας αντίστασης είναι επικαλυμμένη με ένα υλικό με μεγάλο συντελεστή ανάκλασης και η πίσω πλευρά είναι επικαλυμμένη με ένα υλικό με ένας μικρός συντελεστής ανάκλασης, έτσι το μεγαλύτερο μέρος της θερμικής ενέργειας ακτινοβολείται από το μπροστινό μέρος. Η θερμοκρασία εργασίας του τύπου πλάκας μπορεί να φτάσει περισσότερο από 1000 βαθμούς, η οποία μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την ανόπτηση συγκολλήσεων από χαλύβδινα υλικά και σωλήνες και δοχεία μεγάλης διαμέτρου.
Επειδή το υπέρυθρο έχει ισχυρή ικανότητα διείσδυσης, είναι εύκολο να απορροφηθεί από αντικείμενα και μόλις απορροφηθεί από αντικείμενα, μετατρέπεται αμέσως σε θερμική ενέργεια. Η απώλεια ενέργειας πριν και μετά την υπέρυθρη θέρμανση είναι μικρή, η θερμοκρασία είναι εύκολο να ελεγχθεί και η ποιότητα θέρμανσης είναι υψηλή, επομένως, η εφαρμογή υπέρυθρης θέρμανσης αναπτύσσεται γρήγορα. Τα ηλεκτρικά πεδία υψηλής συχνότητας χρησιμοποιούνται για τη θέρμανση μονωτικών υλικών. Το κύριο αντικείμενο θέρμανσης είναι το διηλεκτρικό. Όταν το διηλεκτρικό τοποθετηθεί σε ένα εναλλασσόμενο ηλεκτρικό πεδίο, θα πολωθεί επανειλημμένα (το φαινόμενο ότι το διηλεκτρικό έχει ίση ποσότητα φορτίου αντίθετη πολικότητα στην επιφάνειά του ή στο εσωτερικό του υπό τη δράση του ηλεκτρικού πεδίου), μετατρέποντας έτσι την ηλεκτρική ενέργεια σε το ηλεκτρικό πεδίο σε θερμική ενέργεια.
Η συχνότητα ηλεκτρικού πεδίου που χρησιμοποιείται για μέτρια θέρμανση είναι υψηλή. Στις ζώνες μεσαίων, βραχέων και εξαιρετικά βραχέων κυμάτων, η συχνότητα είναι αρκετές εκατοντάδες kilohertz έως 300 MHz, η οποία ονομάζεται μέση θέρμανση υψηλής συχνότητας, και εάν είναι μεγαλύτερη από 300 MHz και φτάσει στη ζώνη μικροκυμάτων, ονομάζεται μικροκυματική μέτρια θέρμανση. Συνήθως, η θέρμανση υψηλής συχνότητας πραγματοποιείται στο ηλεκτρικό πεδίο μεταξύ των δύο πλακών. Η θέρμανση του μέσου μικροκυμάτων πραγματοποιείται κάτω από το πεδίο ακτινοβολίας κυματοδηγών, συντονιστών ή κεραιών μικροκυμάτων.
Όταν το διηλεκτρικό θερμαίνεται σε ηλεκτρικό πεδίο υψηλής συχνότητας, η ηλεκτρική ισχύς που αντλείται στον μοναδιαίο όγκο είναι P=0.566fEερtgδ×10 (W/cm)
Εάν εκφράζεται σε θερμότητα, είναι:
H=1.33fEερtgδ×10 (cal/s·cm)
όπου f είναι η συχνότητα του ηλεκτρικού πεδίου υψηλής συχνότητας, εr είναι η σχετική διαπερατότητα του διηλεκτρικού, δ είναι η γωνία απώλειας διηλεκτρικού και E είναι η ένταση του ηλεκτρικού πεδίου. Μπορεί να φανεί από τον τύπο ότι η ηλεκτρική ισχύς που αντλείται από το διηλεκτρικό από το ηλεκτρικό πεδίο υψηλής συχνότητας είναι ανάλογη με το τετράγωνο της έντασης του ηλεκτρικού πεδίου E, τη συχνότητα f του ηλεκτρικού πεδίου και τη γωνία απώλειας δ του διηλεκτρικού . Τα E και f προσδιορίζονται από το εφαρμοζόμενο ηλεκτρικό πεδίο, ενώ το εr εξαρτάται από τις ιδιότητες του ίδιου του διηλεκτρικού. Επομένως, αντικείμενο μεσαίας θέρμανσης είναι κυρίως η ουσία με μεγάλη διηλεκτρική απώλεια.
Δεδομένου ότι η θερμότητα παράγεται μέσα στο διηλεκτρικό (το αντικείμενο που θερμαίνεται), η ταχύτητα θέρμανσης είναι γρήγορη, η θερμική απόδοση είναι υψηλή και η θέρμανση είναι ομοιόμορφη σε σύγκριση με άλλες εξωτερική θέρμανση.
Η θέρμανση μέσων μπορεί να χρησιμοποιηθεί βιομηχανικά για τη θέρμανση των θερμοπηκτωμάτων για να στεγνώσουν κόκκοι, χαρτί, ξύλο και άλλα ινώδη υλικά. Είναι επίσης δυνατή η προθέρμανση των πλαστικών πριν από τη χύτευση, καθώς και ο βουλκανισμός από καουτσούκ και η συγκόλληση ξύλου, πλαστικών κ.λπ. Η επιλογή της κατάλληλης συχνότητας ηλεκτρικού πεδίου και συσκευής μπορεί να θερμάνει την κόλλα μόνο όταν θερμαίνει το κόντρα πλακέ, χωρίς να επηρεάζει το ίδιο το κόντρα πλακέ. Για ομοιογενή υλικά, είναι δυνατή η ενσωματωμένη θέρμανση.
