電気加熱の種類と原理

電気エネルギーを熱エネルギーに変換することを電気加熱といいます。
試験対策としてはもちろん、空調や電気炉などの電気設備に使用されているので理解しておく必要がある部分です。
本項では電気加熱の種類や特徴電熱のエネルギーに関する計算を取り上げます。

電気加熱は他の加熱方式と比較して以下のような特徴(メリット)があります。

  • 温度制御が容易
  • 非常に高い温度を得られる(アーク加熱)
  • 内部加熱・均一加熱・局部加熱が可能(誘電加熱)
  • 急速な加熱が可能
  • 真空などの特殊な状況での加熱が可能
  • 熱効率が高い
  • 塵埃やガスの発生がない

メリットが多いので電子レンジやホットカーペット、IHヒーターなどの身近な家電にも利用されています。

電気加熱の種類と原理は以下の通りです。

次に電気加熱に関連した熱量の計算の説明をします。
重要な公式はジュールの法則で、抵抗Rに電流Iをt秒間流した時に発生する熱量Qを下記の式で求めるものです。
Q=I2Rt(J:ジュール)
上記の式は電熱装置の消費電力が100%熱量に変換できた場合の式になります。

しかし、実際には変換効率を考慮に入れなければならないので下記の式で求めることになります。
Q=I2Rtη(J:ジュール)
η:効率

続いて比熱の説明です。
比熱とは、物質1(g)の温度を1(℃)上げるのに必要な熱量のことで、物質によって異なっています。
これをもとにすると熱量Qを求める式は以下のようになります。
Q=cmθ
c:比熱
m:物質の重さ
θ:上昇温度

以上の式を使って物質の加熱に必要な電力量Pは下記の式で求めることができます。

電気加熱が応用された機器を実務で扱うことは少ないかもしれませんが、設備の一部として理解しておく必要があります。
試験では、加熱方式の種類や特徴、比熱の計算が設問として出されるようなので覚えるようにしましょう。

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