陶瓷加熱器的科學(xué)原理

要了解陶瓷加熱器的設(shè)計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)變對電加熱器是有益的，因為電阻損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。

焦耳第 一定律或焦耳-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期間材料內(nèi)部發(fā)生的情況來解釋。

當(dāng)導(dǎo)體中兩點之間存在電勢差時，會產(chǎn)生電場，加速其外層的自由電子在原子間移動，從而為這些電子提供動能。電子從電位較高的點移動到電位較低的點。電子流的速率被稱為電流，一個基本的電參數(shù)。電流與電壓（V）、兩點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時，它們會與構(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。除此之外，還存在阻礙電子流動的相反力。當(dāng)電子流向較低的電位時，這些碰撞和相反的力會產(chǎn)生摩擦。為了克服電子運(yùn)動過程中的摩擦，電子須根據(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，是指對電流或電子流動的反作用力。作為一種外在性質(zhì)，它取決于材料的長度 (l) 和橫截面積 (A)，其值可由 R = ρL/A 計算得出。在這個等式中，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。對于被歸類為良好加熱元件的材料，它須具有足夠的內(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。