3.3.4 Підсумки розрахунку нагрівників

Приведений вище розгляд порядку електричного розрахунку електронагрівачів є найбільш загальним. В ньому закладено ті принципи, ті підходи, які є найбільш характерними. Метою його розгляду було дати зрозуміти підхід до більш складних варіантів розв’язання подібних задач, а також освоїти принцип роботи електронагрівачів прямого нагріву. При подальшому вивченні курсу питання випромінювання та приймання енергії твердим тілом будуть розглядатися як важливий компонент електротехнологій сільськогосподарського виробництва.

Матеріал даної теми варто також ув’язувати із питаннями, які вивчалися у курсі фізики, теоретичної електротехніки та технології сільськогосподарського виробництва.

3.4. Висновки по розділу 3

Електонагрівання в сільському господарстві пов’язано із живими організмами та їх продуктами. Тому режими роботи електронагрівних пристроїв мають відповідати до цих обставин.

Дефіцит паливних матеріалів та їх подорожчання ставить питання про розширення застосування електронагрівних пристроїв у всіх галузях АПК. У зв’язку з цим виникає питання малогабаритних нагрівників-модулів, із яких можна було би комплектувати системи нагрівання середовищ в залежності від потреб технологій.

Важливим питанням для підготовки фахівців з електроенергетики є набуття ними навичок комплектувати нові нестандартні нагрівні системи із наявних стандартних елементів

Розділ 4. Оптичні випромінювання в технологіях апк

4.1. Поняття про природу світла та оптичні випромінювання

Під поняттям "світло" розуміють не тільки видиме світло і прилеглі спектра електромагнітних хвиль - інфрачервоне та ультрафіолетове випромінювання, а і спектри від м'якого рентгенівського випромінювання до радіохвиль міліметрового діапазону [5]. Видиме світло, таким чином, є складовою частиною інтервалу електромагнітних спектрів, які носять назву оптичних випромінюапнь (ОВ). Для їх опису застосовують рівняннями Максвела в диференціальній формі:

- закон повного струму . (4.1)

- закон електромагнітної індукції (4.2)

- закон неперервності магнітного потоку (4.3)

- теорема Гауса (4.4)

; ; - додаткові рівняння (4.5)

В формулах (4.1) - (4.5) умовні позначення мають такий зміст: - напруженість магнітного поля, А/м; - щільність електричного струму, А/м²; - напруженість електричного поля, В/м; - магнітна індукція, Тл; - електрична індукція, Кл/м²; - об’ємна щільність електричного заряду, Кл/м³; - густина струму, А/м²; σ – питома електропровідність речовини, 1/Ом·м; - магнітна стала, Гн/м; - діелектрична стала, Ф/м; - відносна магнітна проникність; - відносна діелектрична проникність.

Рівняння (4.1), (4.2) і (4.6) мають векторний характер, а (4.3) і (4.4) – скалярний.

Швидкість світла, відповідно, у вакуумі та середовищі

с ; , або , (4.6)

де с – швидкість світла у вакуумі, м/с; v – швидкість світла в середовищі, м/с; К_с – коефіцієнт впливу середовища на швидкість світла, функція простору і часу.

Із (1.6) виливає, що швидкість розповсюдження ОВ в середовищі є відмінною від швидкості у вакуумі. Наприклад для води, прийнявши 1, = 81, знайдемо К 0,11. Тоді v =3, 3 10⁴ м/с, тобто приблизно в дев’ять разів менше ніж швидкість світла у вакуумі (с= 3 10⁵ м/с).

Для практичного застосування наведених вище закономірностей доцільно ввести деякі доповнення:

1) електромагнітні хвилі поперечні, тобто напруженості для будь якої точки простору і в будь яку мить вектори напруженості електричного і магнітного полів перпендикулярні до напряму поширення електромагнітної хвилі і утворюють правогвинтову систему (рис. 4.1);

Рис.3.1. Розташування векторів , і у просторі та часі

2) оптичне випромінювання при певних умовах може бути представлене у вигляді хвилі що виникає і розповсюджується, внаслідок гармонічного коливання

E = E₀ cosω(t-x/v); H = H₀ cosω(t-x/v) (4.7)

де E₀ – амплітудне значення напруженості електричного поля, В/м; Н₀ - амплітудне значення напруженості магнітного поля, А/м; ω – циклічна частота коливань, с^-1; t – час переміщення хвилі, м/с; x – відстань, пройдена хвилею, м.

Оскільки циклічна частота ω = 2π/Т (де Т- період коливань), то рівнянь (4.7) можна записати так:

, (4.8)

де λ – довжина хвилі, м; k - хвильове число, м^-1.

Хвильове число є важливою характеристикою електромагнітних випромінювань

k = 2π/λ (4.9)

Аргумент (ω (t-x/v) у функції (4.7) називається фазою φ , тобто

φ = ω (t-x/v) (4.10)

. Значення Е і Н залежать від початку відліку часу t і координати х. Для кількох хвиль, що мають однакові періоди й амплітуди, значення Е або Н у даній точці і в даний момент часу можуть бути різними. Щоб врахувати це, рівняння хвилі записують так:

Е= E₀ cos[ω (t-x/v)+φ₀ ] (4.11)

де φ₀ - початкова фаза.

Замість тригонометричних функцій часто зручно користуватись показниковими. В їх математичну основу покладено формулу Ейлера

ехр.[j φ] = е ^{j φ} =cosφ + j sin φ , (4.12)

Дійсна частина Re ехр.[j φ] являє собою косинусну тригонометричну функцію cos φ, тобто представляє активну складову комплексного значення, в якій відбувається перехід електричної енергії в інші види. . Отже, якщо φ. = ωt - kх, то

Е = Е_о ехр.[j(ωt - kх)] = Е_ое ^{-j kх} е ^ωt. (4.13)

Для енергетичної оцінки ОВ застосуємо поняття активної інтенсивності ОВ. Її визначають на підставі амплітуди коливань Е_о е^-jkх, помноживши її на спряжений вираз Е_о е^jкх. Таким чином

П_r = Е_о е^-jk× Е_о е^jкх = (4.14)

де П_r – активна інтенсивність ОВ, Вт/м²с

Співвідношення (4.12) або (4.14) є рівняннями монохроматичної хвилі і являють собою можливі розв'язки хвильового рівняння.

Поширення хвилі графічно описують за допомогою хвильової поверхні, в усіх точках якої світлові коливання відбуваються в однакових фазах. Геометричне місце точок, до яких у даний момент часу досягають світлові збурення, де коливання здійснюються в тій самій фазі, називається фронтом світлової хвилі. Залежно від форми хвильового фронту хвилі можуть бути плоскі, сферичні, циліндричні, еліпсоїдальні та ін.

Світлові хвилі випромінюються атомами, молекулами, іонами, електронами. Макроскопічні джерела світла складаються з великої кількості елементарних випромінювачів, кожний з яких випромінює світло незалежно від іншого, за винятком лазерів. Час, протягом якого елементарний випромінювач випромінює світлові хвилі, досить малий. Так, атом випромінює світло протягом часу τ ~ 10^-8 с. Сукупність хвиль, які випромінює за цей час атом, називають цугом хвиль.