陶瓷加熱器科學(xué)原理

什么是陶瓷加熱器？
陶瓷加熱器科學(xué)原理 ，陶瓷加熱器是利用正溫度系數(shù)（PTC）陶瓷加熱元件，通過電阻加熱原理產(chǎn)生熱量的電加熱器。陶瓷材料具有足夠的電阻和導(dǎo)熱性，可以在電流流過它們時(shí)產(chǎn)生和傳導(dǎo)熱量。它們具有高強(qiáng)度和耐用性。因此，它們?cè)谟米骷訜嵩r(shí)表現(xiàn)良好。陶瓷加熱器的發(fā)熱體由純陶瓷材料制成，但大多數(shù)是由金屬和陶瓷材料包封而成的復(fù)合材料。后者中的陶瓷材料充當(dāng)絕緣體，但同時(shí)將熱量傳導(dǎo)到周圍環(huán)境，從而*大限度地減少與未絕緣電阻絲相關(guān)的熱量和能量損失。
陶瓷加熱器用的工業(yè)廣泛，例如干燥、煮沸、成型和熔化產(chǎn)品。陶瓷加熱器廣泛用于空間供暖，提供快速、**和清潔的熱源。

陶瓷加熱器的科學(xué)原理
要了解陶瓷加熱器的設(shè)計(jì)和操作中涉及的重要科學(xué)原理。我們需要首先解決電阻加熱問題。如前所述，陶瓷加熱器通過電阻加熱或也稱為焦耳或歐姆加熱的原理工作。電阻加熱是在電流通過材料時(shí)由于電阻損耗而產(chǎn)生熱量的現(xiàn)象。它是將電能轉(zhuǎn)化為熱能的一種形式。這種轉(zhuǎn)變對(duì)電加熱器是有益的，因?yàn)殡娮钃p耗提高了它們的效率。然而，這種效應(yīng)在某些情況下是不希望的，例如在電力傳輸和分配以及運(yùn)行大多數(shù)類型的電子設(shè)備和設(shè)備中。
焦耳**定律或焦耳-楞次定律在數(shù)學(xué)上顯示了所產(chǎn)生的熱能與輸入電參數(shù)之間的關(guān)系。該定律指出，單位時(shí)間的熱量，即加熱功率（P），與電流（I）和電阻（R）的平方的乘積成正比，用數(shù)學(xué)方程表示：P=I2R。
分子水平的電阻加熱
電阻加熱現(xiàn)象可以通過在分子水平上觀察電流流動(dòng)期間材料內(nèi)部發(fā)生的情況來解釋。
當(dāng)導(dǎo)體中兩點(diǎn)之間存在電勢(shì)差時(shí)，會(huì)產(chǎn)生電場(chǎng)，加速其*外層的自由電子在原子間移動(dòng)，從而為這些電子提供動(dòng)能。電子從電位較高的點(diǎn)移動(dòng)到電位較低的點(diǎn)。電子流的速率被稱為電流，一個(gè)基本的電參數(shù)。電流與電壓（V）、兩點(diǎn)之間的電位差成正比，與電阻成反比；這種關(guān)系由數(shù)學(xué)方程表示：I = V/R。
當(dāng)這些電子流向電位較低的點(diǎn)時(shí)，它們會(huì)與構(gòu)成材料的原子、其他電子和雜質(zhì)發(fā)生碰撞，從而引起分子的振動(dòng)。除此之外，還存在阻礙電子流動(dòng)的相反力。當(dāng)電子流向較低的電位時(shí)，這些碰撞和相反的力會(huì)產(chǎn)生摩擦。為了克服電子運(yùn)動(dòng)過程中的摩擦，電子必須根據(jù)材料產(chǎn)生的熱量做功。材料（或本文中的加熱元件）產(chǎn)生的熱量被用來提高其周圍物體的溫度。
電阻的外在屬性
電阻是材料的一種外在屬性，是指對(duì)電流或電子流動(dòng)的反作用力。作為一種外在性質(zhì)，它取決于材料的長(zhǎng)度 (l) 和橫截面積 (A)，其值可由 R = ρL/A 計(jì)算得出。在這個(gè)等式中，ρ 是電阻率，它是一種固有屬性，隨材料的溫度而變化。
除超導(dǎo)體外，所有材料都具有一定程度的電阻。對(duì)于被歸類為良好加熱元件的材料，它必須具有足夠的內(nèi)阻。具有更高電阻的材料更有效地阻礙電流流動(dòng)并產(chǎn)生更多熱量。然而，作為絕緣體的材料的電阻不應(yīng)該非常高。

傳熱機(jī)制
陶瓷加熱器通過傳導(dǎo)、對(duì)流或輻射將熱量傳遞到周圍環(huán)境。傳導(dǎo)熱傳遞涉及兩個(gè)接觸物體之間的熱傳遞。對(duì)流熱傳遞涉及兩種流體（液體或氣體）之間的熱傳遞。在對(duì)流空間加熱器中，空氣流過熱陶瓷加熱元件并提高環(huán)境溫度。*后，在輻射傳熱中，通過電磁輻射的熱能直接發(fā)射到附近的物體或人。
正溫度系數(shù)
電阻率和電阻隨溫度變化。如果材料的電阻隨著溫度的升高而增加，則材料具有正溫度系數(shù)。陶瓷是半導(dǎo)體材料，具有正溫度系數(shù)。
當(dāng)陶瓷加熱元件的溫度由于吸收電流而增加到其設(shè)定溫度時(shí)，電阻將增加到無窮大，從而停止電流流動(dòng)和熱量產(chǎn)生。設(shè)定點(diǎn)溫度取決于陶瓷的成分。因此，陶瓷加熱器可以適應(yīng)環(huán)境溫度，并在較熱的環(huán)境中產(chǎn)生較少的熱量。它們僅提供足夠的熱量而不會(huì)過度提高周圍溫度。因此，陶瓷加熱器是自我調(diào)節(jié)的，而這種特性在金屬加熱元件中是不存在的。自我調(diào)節(jié)的特性使它們操作起來更**。