วัสดุกำเนิดความร้อน

สุรศักดิ์ ไวทยวงศ์สกุล

 

    ทุกวันนี้เราต่างคุ้นเคยกับเครื่องใช้ไฟฟ้าที่เกี่ยวข้องกับความร้อน เช่น หม้อหุงข้าวไฟฟ้า กระติกต้มน้ำ กระทะไฟฟ้า เป็นอย่างดีแล้ว ส่วนประกอบสำคัญอย่างยิ่งของเครื่องใช้ไฟฟ้าเหล่านี้ก็คือ วัสดุกำเนิดความร้อน (heating element) ซึ่งเป็นชิ้นส่วนที่ทำหน้าที่เปลี่ยนกระแสไฟฟ้าให้เป็นความร้อนนั่นเอง ซึ่งหากปราศจากชิ้นส่วนชิ้นนี้ เครื่องใช้ไฟฟ้าดังกล่าวก็ไม่สามารถทำงานได้ นอกจากเครื่องใช้ไฟฟ้าในครัวเรือนดังกล่าวแล้ว ก็ยังมีอุปกรณ์เครื่องใช้ในอุตสาหกรรมอีกหลายชนิดที่มีวัสดุให้กำเนิดความร้อนเป็นส่วนประกอบ เช่น เตาหลอมโลหะ เตาเผาเซรามิก เป็นต้น         

    วัสดุกำเนิดความร้อนทำงานได้อย่างไร? ตามหลักการทางฟิสิกส์แล้ว เมื่อให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านวัสดุใดก็ตาม จะมีการสูญเสียพลังงานไป เนื่องจากความต้านทานของวัสดุนั้นเสมอ พลังงานที่สูญเสียไปนี้อาจเปลี่ยนไปอยู่ในรูปต่างๆ เช่น พลังงานกล พลังงานแสง พลังงานความร้อน หรือหลายๆ รูปพร้อมกัน วัสดุยิ่งมีความต้านทานสูงเพียงใด พลังงานที่สูญเสียไปก็จะมากขึ้นตามไปด้วย สำหรับวัสดุกำเนิดความร้อนนอกจากต้องมีความต้านทานสูง (แต่ต้องไม่ถึงกับเป็นฉนวนไฟฟ้า มิฉะนั้นกระแสไฟฟ้าจะไม่สามารถไหลผ่านและทำให้เกิดความร้อนขึ้นได้) แล้ว สมบัติสำคัญอีกหนึ่งคือต้องทนต่อความร้อนสูงที่เกิดขึ้นโดยไม่เกิดการหลอมหรืออ่อนตัวเสียรูป ซึ่งจะทำให้เกิดอันตรายต่อการใช้งานได้ 

    วัสดุกำเนิดความร้อนที่ใช้กันทั่วไปสำหรับเครื่องใช้ไฟฟ้าภายในบ้านได้แก่ ลวดนิโครม (Nichrom) ซึ่งเป็นโลหะผสมระหว่างนิกเกิล เหล็กและโครเมียม ซึ่งมีราคาถูก และสามารถใช้งานถึงอุณหภูมิ 1100 องศาเซลเซียส แต่สำหรับในเตาที่ใช้ในอุตสาหกรรม เช่น เตาหลอมโลหะและเตาเผาผลิตภัณฑ์เซรามิก จำเป็นต้องใช้วัสดุชนิดอื่น ที่ให้ความร้อนสูง และทนอุณหภูมิสูงกว่าลวดนิโครม อาทิ วัสดุให้กำเนิดความร้อนชนิดเหล็ก-โครเมียม-อลูมินัม (Fe-Cr-Al) วัสดุจำพวกเซรามิก เช่น ซิลิกอนคาร์ไบด์ (SiC) โมลิบดินัมไดซิลิไซด์ (MoSi2) และเซอร์โคเนีย (ZrO2) เป็นต้น การเลือกใช้วัสดุให้กำเนิดความร้อนนั้น นอกจากขึ้นอยู่กับราคาและอุณหภูมิที่ต้องการแล้ว ยังต้องคำนึงถึงสภาพการใช้งานอีกด้วย วัสดุให้กำเนิดความร้อนบางชนิด เช่น ซิลิกอนคาร์ไบด์ เมื่อใช้ในสภาพบรรยากาศปกติแล้วจะเกิดการออกซิไดซ์เป็นซิลิกอนออกไซด์ ซึ่งจะทำให้ความต้านทานเพิ่มขึ้น ทำให้ต้องใช้ร่วมอุปกรณ์จ่ายกระแสไฟฟ้าชนิดพิเศษ ที่สามารถปรับอัตราการจ่ายกระแสไฟฟ้าได้ หรือวัสดุให้กำเนิดความร้อนชนิดเหล็ก-โครเมียม-อลูมินัม เมื่อใช้งานที่อุณหภูมิสูงจะมีความแข็งแรงต่ำ เปราะแตกง่าย เป็นต้น

 

เอกสารอ้างอิง

  • วิริยะ สิริสิงห และคณะ, 110 ธาตุ คุณสมบัติและการค้นพบ, สนพ.อักษรวัฒนา, พิมพ์ครั้งที่ 3 · G. Bickley Rammey, Firing Ceramic, World Scientific, 1994.
  • http://www.fabriclink.com/Blends.html

กลับไปหน้าแสดงรายการ