유도가열 원리

유도가열이란

유도가열은 교번 자기장으로 도전성 물체에 열을 만드는 가열 방식이다.

열원이 물체 내부에 있어, 바깥 표면을 거치지 않고 직접 가열한다.

열처리, 용해, 접합 등 산업 현장에서 급속·국부 가열을 맡는다.

발열 원리

가열코일에 고주파 교류를 흘리면 시간에 따라 변하는 자속이 생긴다.

도전성 물체에 이 자속이 쇄교하면 패러데이 법칙에 따라 와전류가 흐른다.

와전류가 물체의 저항을 지나며 줄열이 발생한다.

열은 피가열물 내부에서 직접 생기므로 가열이 빠르다.

철·니켈 같은 강자성체에서는 히스테리시스 손실이 더해진다.

표피효과와 주파수

표피효과는 교류 주파수가 높을수록 전류가 도체 표면으로 몰리는 현상이다.

표피 깊이는 주파수 제곱근에 반비례하므로, 고주파일수록 얕게 가열된다.

상용 주파수 근처의 저주파는 깊은 곳까지 가열하여 대형 금속 용해에 쓴다.

중주파는 단조 전 가열에, 고주파는 표면 경화와 용접에 쓰인다.

가열 깊이는 주파수로 정하는 것이 설계의 기준이다.

자성체와 비자성체

자성체에서는 와전류손 외에 히스테리시스 손실이 추가로 발열한다.

히스테리시스 손실은 자속이 방향을 바꾸며 자구 사이 마찰로 생기는 열이다.

비자성체는 와전류손이 주된 발열이다. 두 기구를 구분해 써야 한다.

이 점을 직접 확인해 보자.

정리

정리하면, 유도가열은 교번 자속이 만든 와전류의 줄열로 물체를 가열한다.

가열 깊이는 주파수로 정하고, 자성체에는 히스테리시스 손실이 더해진다.

답안에는 두 발열 기구와 표피효과를 함께 적는 것이 채점 포인트다.

이 개념은 1교시 용어와 3교시 원리 문제로 자주 출제된다.