Техника - молодёжи 1945-03, страница 21

Можно ли за несколько секунд равномерно прогреть толстый деревянный брусок до- 120 градусов, и притом так, чтобы гвоздь, забитый в брусок, остался холодным? Можно ли накалить железную пластинку, запаянную в стеклянный шар, не нагревая стекла, или довести до белого каления поверхность зубьев маленькой шестерни, не повысив температуру металла в средней части шестерни?

Всего лишь несколько лет назад любой из этих вопросов показался бы большинству инженеров неуместной шуткой. А в наши дни техиика не только располагает способом для решения всех этих задач, но и с каждым днем все шире и шире использует его в самых разнообразных отраслях промышленности. Этот способ — нагрев электрическим током высокой частоты, или, короче, ВЧ-нагрев.

Но как может один и тот же способ нагрева решать столь разнообразные задачи —в одном случае нагревать только металл, в другом только не металлические части, то раскалять тонкий поверхностный слой, или, наоборот, равномерно прогревать всю толщу материала? Чтобы разобраться во всех этих противоречиях, проделаем мысленно несколько опытов.

Из изолированной медной проволоки намотаем большую катушку. В катушку положим несколько кубиков из разных материалов: из дерева, из стекла и из меди или железа. Теперь пропустим через катушку переменный ток из городской электросети. Через минуту прервем опыт и вынем кубики из катушки. Что произойдет? 'Мы убедимся, что деревянный и стеклянный кубики остались совершенно холодными, а металлический несколько нагрелся. Когда по катушке протекал переменный ток, в металлическом кубике тоже возникали электрические токи, которые и нагрели его. А дерево и стекло не проводят электричества, и тока в них не могло возникнуть.

Повторим тот же опыт в других условиях. Подведем к катушке ток не от городской сети, а от мощной радиолампы, питающей электрическим током передатчик радиостанции. Такая.лампа называется генераторной, то есть производящей ток. Она тоже вырабатывает переменный ток, меняющий свое направление гораздо чаще, чем ток в городской сета— сотни тысяч раз в секунду.

Такой ток называется переменным током высокой частоты.

Будем пропускать в течение нескольких секунд через катушку ток высокой частоты, а затем вынем кубики. Опыт покажет, что на этот раз металлический кубик раскалился уже докрасна. Но дерево и стекло попрежнему остались холодными. Рассмотрим повнимательнее металлический кубик. Оказывается, что он нагрелся очень неравномерно: поверхностный слой его раскалился, а средня» часть нагрелась гораздо меньше. Электрический ток так быстро менял свое направление, что он как бы не успевал проникнуть в глубь металла Чем выше частота тока, тем

сильнее нагрев, но тем меньше толщина нагреваемого слоя.

Теперь понятно, как можно, изменив частоту переменного тока, прогревать металлы: либо только на поверхности, либо на любую заданную глубину. Но как же использовать ток высокой частоты для нагрева материалов, не проводящих электричества? Ведь в них не возбуждаются токи, и, следовательно, такие материалы, как стекло и дерево, не могут быть нагреты в высокочастотной катушке.

Проделаем новый опыт. Между двумя медными пластинками положим брусок дерева так, чтобы дерево оказалось частью электрической цепи. К пластинкам подведем ток высокой частоты от радиолампы. По закону Ома напряжение, действующее на каком-либо участке электрической цепи, тем больше, чем выше сопротивление этого участка. У дерева электрическое сопротивление в миллионы раз больше, чем у медных пластин и проводов. Стало быть, почти все напряжение цепи будет действовать на дерево. Под действием напряжения высокой частоты брусок быстро нагреется.

Электрическое сопротивление дерева одинаково во всех частях бруска. Поэтому тепло будет выделяться равномерно по всей толще дерева, и прогревание бруска будет гораздо более равномерным, чем при других способах нагрева, — например в сушильной печи, когда тепло подводится к бруску извне. Таким образом током высокой частоты можно просушить в течение часа толстый брусок, на сушку которого любым другим способом ушли бы дни или даже недели.

Зажмем, наконец, между медными пластинками несколько листов стекла, дерева, железа и меди, положенных друг на друга, и подведем к пла

стинке ток высокой частоты. Стекло и дерево нагреются, а в металлических листах, имеющих очень малое электрическое сопротивление, тепло выделяться не будет.

Итак, помещая какое-либо изделие в катушку, по которой течет ток высокой частоты, мы нагреваем все его металлические части. Подбирая то или иное значение частоты, мы можем изменять распределение температуры между поверхностным слоем и основной массой металла.

Помещая изделия между пластинами, к которым подведено напряжение высокой частоты, мы нагреваем неметаллические части изделия, не проводящие электричества.

При этом температура будет распределяться равномерно по всему не металлическому телу.

Среди промышленных применении ВЧ-нагрева наиболее широко известна поверхностная электрозакалка стали. Закаляя тонкий поверхностный слой металла, ВЧ-нагрев позволил уменьшить износ железнодорожных рельсов, повысить срок службы валов авиамоторов, увеличить пробивную способность бронебойных снарядов.

Но самые крупные установки для ВЧ-нагрева были .созданы за годы войны не для закалки снарядов или орудий, а для производства продукта, казалось бы, невоенного значения — бе л ой жести.

Взгляните на, обычную консервную банку. Она сделана из жести, покрытой тонким блестящим слоем олова, предохраняющим ее от порчи. До войны для нанесения этого слоя жесть погружали в ванну с расплавленным оловом. ¹ I

Наступил 1942 год. Богатейшие оловянные рудники мира были захвачены

Металлический, деревянный и стеклянный кубики прогреваются различно токами высокой частоты, Металлический кубик на поверхности накалился до 800 граОу^ сов, а внутри он нагрелся лишь до 100 градусов. Деревянный и стеклянный

кубики остались холодными,

19