Порыв ветра подымает пыль, крутит ее в вихре. Так и электромагнитная волна, пронизывая любое вещество, любую конструкцию, заставляет двигаться в вихре свободные электроны в проводниках, раскачивает, колеблет молекулы и ионы в изоляционных материалах. Чем стремительнее движутся частицы вещества, тем выше его температура. При помощи электромагнитных волн — токов высокой частоты (ТВЧ) — возможно нагреть в принципе любой материал до любой температуры.
Справа — нагреватели, в которых действует магнитное поле. Их используют для отлично электропроводных материалов. Слева — нагреватели, в которых действует электрическое поле. Они предназначены для материалов с высоким электросопротивлением (полупроводники, изоляторы). 1 — индукционная печь, трудящаяся на токе с частотой 50 гц. Дабы при данной низкой частоте обеспечить хорошую магнитную связь между первичной обмоткой печи (индуктором) и нагреваемым металлом, печь снабжена металлическим сердечником (магнитопроводом); 2 — индукционная бессердечниковая печь (частота тока от 500 гц до нескольких мегагерц). Количество тигля не редкость от нескольких кубических миллиметров до сотен литров; з — индуктор для поверхностного нагрева под закалку (частота тока от нескольких килогерц до нескольких мегагерц). Продемонстрирован несложный одновитковый индуктор для нагрева боковой поверхности изделий в форме диска. Довольно часто используются индукторы сложной формы, время от времени с ферромагнитными магнитопроводами; 4—установка для индукционной плавки стекла. Электропроводность стекла кроме того при самой большой температуре довольно много меньше электропроводности металлов. Для нагрева стекла нужно индуктировать в нем более высокие напряжения, чем в металле. Используются частоты от единиц до десятков мегагерц; 5 — устройство для нагрева в высокочастотном электрическом поле. Для для того чтобы нагрева используются частоты не ниже нескольких мегагерц.; 6 — высокочастотный нагреватель для стерилизации консервов в стеклянных банках; 7 — нагреватель в виде волновода, в котором действуют одновременно и электрические и магнитные поля. При предстоящем увеличении частоты переходим от нагревателей ТВЧ к нагревателям инфракрасным излучением. Для получения теневого излучения используются не электронные генераторы, а нагретые поверхности; 8 — установка с лампами инфракрасного излучения для сушки лаковых покрытий.
На данный момент главное количество высокочастотной энергии потребляется для промышленного нагрева. На многих фабриках трудятся высокочастотные нагревательные установки мощностью в тысячи и сотни киловатт.
Конструкция нагревателя ТВЧ зависит от формы и размеров нагреваемых объектов, от электрофизических черт материала объекта, от удельного электросопротивления, от того, какой нагрев требуется — равномерный, сплошной, частичный, поверхностный, и от вторых факторов.
Диапазон частот, используемых для нагрева ТВЧ, простирается от звуковых (протяженность волн больше тысячи километров) и до миллиардов герц (сантиметровые волны). Чем больше размеры нагреваемого объекта и чем выше электропроводность материала, тем более низкие частоты возможно использовать для нагрева. И напротив, чем выше электросопротивление, чем меньше габариты нагреваемых объектов, тем более высокие частоты — маленькие волны — нужны.
Главный материал в современном машиностроении — сталь. Нагрев ТВЧ разрешает легко и дешево создавать поверхностное ее упрочнение. Индуктированные токи высокой частоты циркулируют лишь в узком поверхностном слое стали. В случае, если нагревать ТВЧ достаточно скоро, то тепло из поверхностного слоя не успеет дойти до сердцевины. По окончании для того чтобы нагрева металлическое изделие будет закалено лишь на поверхности, а в середине останется вязким и, следовательно, не будет хрупким.
Потому, что при поверхностной закалке нагревается лишь часть всего количества изделия, электричества расходуется меньше, чем при ветхих способах — при целом нагреве. Многие ответственные детали машин, тракторов, металлорежущих станков и разных вторых автомобилей и механизмов сейчас закаливаются токами высокой частоты.
Активно используются в современной технике высокочастотные плавильные печи. В них выплавляют многие отличные сорта стали, магнитные сплавы, жаростойкие сплавы. Довольно часто плавка производится в разреженном пространстве — в высоком вакууме. При вакуумной плавке получаются сплавы и металлы наивысшей чистоты.
Нагрев ТВЧ дает возможность приобрести отличную скоростную пайку разными припоями. Особенно активно используется пайка при нагреве ТВЧ в инструментальном производстве. Она оказывает помощь крепить пластинки жёстких сплавов в резцах, фрезах, зубках для врубовых автомобилей, бойках отбойных молотков, шарошках для буров.
Нагрев ТВЧ сейчас попадает кроме того в такие области, как, к примеру, зубопротезная техника. Тут используется высокочастотная плавка в сочетании с центробежной отливкой, высокочастотная пайка и сварка.
В металлопромышленности ТВЧ нагревают металлические заготовки для обработки их давлением (для штамповки, ковки, накатки). При нагреве ТВЧ не образуется окалины. Это экономит металл, увеличивает срок работы штампов, усиливает уровень качества поковок. Облегчается и оздоровляется труд рабочих.
На фабриках пластмассовых изделий нагревают в установках ТВЧ заготовки перед прессовкой, создают вулканизацию разных резиновых изделий.
Отлично оказывает помощь нагрев ТВЧ при склеивании. Многослойные небьющиеся стекла с пластмассовыми прокладками между слоями стекла изготавливают при нагреве ТВЧ в прессах. Так же создают нагрев древесины при изготовлении некоторых фасонных деталей и сортов фанеры из нее.
Для сварки швов в изделиях из узких страниц пластмасс используют машинки ТВЧ, напоминающие швейные. Так изготавливают чехлы, футляры, коробки, трубы.
Одно из старейших применений нагрева ТВЧ — сушка. Но электрический ток, в особенности ТВЧ, — дорогой энергоноситель. Исходя из этого сушка ТВЧ используется, в то время, когда делают дорогую продукцию и в то время, когда общее число удаляемой жидкости мало. В большинстве случаев стараются комбинировать сушку ТВЧ с другими методами (паром, горячим воздухом).
Существуют установки для стерилизации нагревом ТВЧ. Потому, что целый процесс нагрева закупоренной банки длится не более 60 секунд, консервы получаются большого качества. Они смогут быть изготовлены из таких ласковых ягод, как земляника, которая наряду с этим не теряет собственного запаха.
Последние годы все шире используется нагрев ТВЧ в стекольном производстве при сварке разных стеклянных изделий (труб, пустотелых блоков) и при варке стекла из шихты.
В начале этого раздела мы сравнивали электрические токи, возбуждаемые переменными электромагнитными полями, с обычными вихрями. Как мы знаем, что на вихревом перемещении основана работа центробежных насосов. Конструкция насоса зависит от плотности и вязкости той жидкости либо газа, для перекачивания которых он рекомендован. Так и конструкции нагревателей ТВЧ (индукторов, обкладок, антенн), каковые должны возбуждать электронные вихри, зависят от электрических черт нагреваемых материалов.
Индуктор для отлично электропроводных материалов обязан создавать в объекте громадной ток при довольно низком напряжении. В очень материалах, напротив, нужно высокое напряжение, но ток малой силы.
Возможно выстроить нагреватель ТВЧ, в котором действуют одновременно и магнитное и электрическое быстропеременное поля. До тех пор пока электросопротивление нагреваемого материала громадно, энергия передается электрическим полем. При низком электросопротивлении энергию передает магнитное поле. Подобный нагреватель может согласовывать генератор ТВЧ с его нагрузкой, даже в том случае, если электросопротивление данной нагрузки в ходе нагрева изменяется в тысячи раз.