विद्युत्‌ तापन

विद्युत् तापन : विजेच्या मुक्त प्रवाहाला विरोध करून विद्युत् ऊर्जेचे उष्णतेत रूपांतर करणाऱ्या पद्धतींना विद्युत् तापन म्हणतात. विद्युत् तापनाचे पुढील फायदे आहेत : या रीतीने वस्तू गरम करताना तिचे तापमान अचूकपणे नियंत्रित करता येते वस्तू सर्वच अथवा गरजेनुसार वस्तूचा एखादा विशिष्ट भाग सहजपणे एकसारखा तापविता येतो. इतर तापन पद्धतींच्या (उदा., इंधन जाळून तापविण्याच्या पद्धती) तुलनेत विद्युत् तापन ही अधिक स्वच्छ अशी पद्धती आहे. कारण विद्युत् तापनात ज्वलन नसते. विद्युत् तापनात स्वयंचलित ⇨विद्युत् मंडल खंडकाची योजना करता येत असल्याने जादा भारांपासून तिचे संरक्षण करता येते. अशा रीतीने ही पद्धती सुरक्षित समजतात. ही पद्धती झटपट वापरता येणारी व सहजपणे जुळवून घेता येणारीही आहे.

तसेच इतर तापन पद्धतींशी तुलना करता विद्युत् तापनात खर्च होणाऱ्या विजेचाच तेवढा विचार करणे योग्य होणार नाही तर या पद्धतीत लागणारी मजुरी व कालावधी, तयार मालाचा दर्जा, स्वच्छता, सुरक्षितता व तिचा चालू खर्च या सर्वांचा एकत्रित विचार केला पाहिजे. म्हणजे तयार मालाचा उत्पादन खर्च व दर्जा यांची तुलना करायला पाहिजे. अशी तुलना केल्यास विद्युत् तापन पद्धती बहुतेक बाबतींत इतर तापन पद्धतींच्या तुलनेत एकंदरीत फायदेशीर व सरस असल्याचे दिसून येते. यामुळेच उद्योगधंदे, कारखाने व घरगुती तापनासाठी ही पद्धती वाढत्या प्रमाणात वापरली जात आहे.

अर्थात विद्युत् तापनाच्या बाबतीत काही दक्षताही घ्यावी लागते. विद्युत् तापनाचे काम करणाऱ्या व्यक्ती, ज्यावर तापन क्रिया करतात ते द्रव्य वा वस्तू आणि आर्द्रता या गोष्टी कोणत्याही विद्युतीय भागाच्या प्रत्यक्ष संपर्कात येणार नाहीत, याची काळजी घेतात. त्यासाठी विद्युतीय भाग निरोधकांनी सुरक्षित करतात. तसेच विद्युत् पुरवठा करणाऱ्या केबलींची अग्रेही सुरक्षित करतात त्याकरिता ती उच्च उष्णतेच्या क्षेत्रापासून दूरवर योग्य अशा आवेष्टनात बंदिस्त असतात. उच्च कंप्रतेच्या उपकरणांचा जवळच्या रेडिओ ग्राही संचांना उपद्रव पोहोचू नये म्हणून त्या उपकरणांभोवती धातूचे संरक्षक आवरण बसवितात. शिवाय दुरूस्ती करताना वा भाग बदलताना उष्णता निरोधक फाडावे लागणार नाहीत अशी दक्षता घेतात. रोधतापक योग्य प्रकारच्या नळ्यांमध्ये बंदिस्त केलेले असतात, अशा नळ्या द्रवात बुडविता येण्यासारख्या किंवा बाहेरच्या कठीण परिस्थितीत उघड्या ठेवता येण्यासारख्या असतात. अप्रत्यक्ष तापनासाठी आवेष्टनयुक्त पात्रातून उष्णतेचे संक्रमण करू शकणारे माध्यम (उदा., खास प्रकारचे तेल, द्रव किंवा वायू) फिरवितात. काही विद्युत् संवाहक द्रव्यांमधून विद्युत् प्रवाह पाठवून ती तापवितात तर काही विद्युत् संवाहक द्रव त्यांच्यात बुडवून ठेवलेल्या विद्युत् अग्रांमधून विद्युत् प्रवाह पाठवून तापवितात. या बाबतीत द्रव्याकडून होणाऱ्या विद्युत् रोधामुळे उष्णता निर्माण होते.

विद्युत् तापनाच्या रोध, प्रज्योत, अवरक्त किरण (दृश्य वर्णपटातील तांबड्या रंगाच्या पलीकडील अदृश्य किरण), प्रवर्तन व अपारक या प्रमुख पद्धती आहेत. मराठी विश्वकोशात ‘औद्योगिक इलेक्ट्रॉनिकी’ या नोंदीत प्रवर्तनी व अपारक तापन पद्धतींची काही माहीती दिलेली आहे तर ‘पोलाद’ या नोंदीत पोलादनिर्मितीसाठीच्या प्रज्योत व प्रवर्तन तापन पद्धतींची माहिती आलेली आहे, तसेच प्रवर्तन पद्धतीचा आधार असलेला ‘त्वक् परिणाम’ व ‘विद्युत् भट्टी’ या विषयांवरही स्वतंत्र नोंदी आहेत.

  रोध तापन पद्धती : या पद्धतीमध्ये तार किंवा पट्टीच्या स्वरूपात असलेल्या रोधांमधून विद्युत् प्रवाह पाठवून उष्णता निर्माण केली जाते. अशा तापक रोधकांची क्षमता जवळजवळ १०० टक्के असते. रोधकातून उत्पन्न झालेल्या उष्णतेचा बहुतेक भाग तापविण्याच्या पदार्थांपर्यंत सरळ संवहन करून किंवा प्रारणाने (तरंगरूपी ऊर्जेच्या रूपाने) पाठविता येतो. अशा तापकात वापरण्याची तार किंवा पट्टी तापलेली असताना देखील तिचा आकार बदलू नये किंवा ती वाकू नये म्हणून विशेष मजबूत घडणीची बनवलेली असते परंतु तापमान वाढले म्हणजे भट्टीच्या बाजूच्या उच्चतापसह (उच्च तापमानालाही न वितळता टिकून राहणाऱ्या) विटा काही प्रमाणात विद्युत् संवाहक बनू लागतात व त्यांमधून थोडा थोडा विद्युत् प्रवाह गळती होऊन वाहू लागतो. ह्याबद्दल मात्र विशेष काळजी घ्यावी लागते.

भट्टीतील तापमानाचे अचूकपणे नियंत्रण करण्यासाठी स्वयंचलित तापमान नियंत्रण पद्धती वापरता येते. अशा प्रकारची एक पद्धत आ. १ मध्ये दाखविली आहे. यामध्ये तापक रोधक रोधकाच्या एकसरीत एक सपृक्तिक्षम प्रतिक्रियाककारक (जादा नियंत्रक गुंडाळी असलेला लोखंडी गाभ्याचा प्रतिक्रियाकरक) बसविलेला असतो. तापमान मोजण्याकरिता वापरलेले तपयुग्म [दोन भिन्न धातूंच्या पट्ट्या टोकांशी जोडून बनविलेली प्रयुक्ती हिच्यातील दोन संधी भिन्न तापमानांना असताना तिच्यात विद्युत् चालक प्रेरणा (विद्युत् मंडलातून विजेचा प्रवाह चालू ठेवण्यास करणीभूत होणारी प्रेरणा) निर्माण होते ⟶ तापमापन] एका प्रवर्तकाच्या (प्रवर्तकता वेटोळ्याच्या) मदतीने या प्रतिक्रियाकारकाच्या नियंत्रक गुंडाळीमधून जाणाऱ्या एकदिश विद्युत् प्रवाहावर नियंत्रण ठेवते. ज्या वेळी एकदिश प्रवाह जास्तीत जास्त असतो त्या वेळी तापक रोधकातून जाणाऱ्या प्रत्यावर्ती प्रवाहाला (मूल्य व दिशा दर सेकंदास वारंवार उलटसुलट बदलत असणाऱ्या प्रवाहाला) हा प्रतिक्रियाकरक जवळजवळ प्रतिबंध (अडथळा) करीतच नाही व या वेळी तापक रोधकातून त्याच्या पूर्ण ऊर्जेएवढी उष्णता उत्पन्न होत असते. तापक रोधकाचे तापमान वाढत जाऊन ते नियंत्रण करण्याइतके वाढले म्हणजे एकदिश प्रवाह कमी होतो व प्रतिक्रियाकारकाचा प्रतिबंध वाढतो व तापक रोधकातून जाणारा प्रत्यावर्ती प्रवाह कमी होऊन तापक रोधकांचे तापमान कमी होते. अशा रीतीने तापमानाचे नियंत्रण होऊन रोधकाच्या तापमानामध्ये चांगला समतोल राखता येतो.

हल्ली असे संपृक्तिक्षम प्रतिक्रियाकारक प्रयुक्ती म्हणून वापरण्याऐवजी सिलिकोन नियंत्रित धनावस्थी एकदिशकारक वापरला जातो. ह्याची मूळ किंमत जरी जास्त असली, तरी त्यात कोणतेही हलणारे भाग नसल्यामुळे झीज कमी होऊन तो जास्त दिवस टिकतो व त्याची देखरेखही कमी करावी लागते. त्याचप्रमाणे ही प्रयुक्ती प्रमाणित देखरेखीसाठीही वापरता येते आणि संपृक्तिक्षम प्रतिक्रियाकारक वापरण्याची जरूरी भासत नाही [⟶ तापनियंत्रक]. तापक रोधक जर व्यवस्थितपणे उष्णता निरोधक व विद्युत् निरोधक पदार्थाच्या आधाराने ठेवलेला असेल, तर रोधकामध्ये उत्पन्न होणारी बहुतेक उष्णता टिकवून ठेवता येऊन ती तापविण्याच्या विविध प्रकारच्या क्रियांमध्ये पूर्ण क्षमतेने वापरता येते. अशा उष्णता निरोधक पदार्थाचा उपयोग केलेल्या तापक उपकरणाला चुला किंवा भट्टी म्हणतात.

सर्वसाधारणपणे ज्या उपकरणामध्ये ४२५° से. पर्यंत तापमान उत्पन्न करता येते त्याला चुला म्हणतात. ज्या उपकरणात ४२५° ते २,७६०° से. पर्यंत तापमान उत्पन्न करता येते त्याला भट्टी म्हणतात. चुल्यामधील रोधक भागांना आधार देणाऱ्या उष्णता निरोधक वस्तूंकरिता तापसह माती, केओलीन, ॲल्युमिना किंवा झिर्‌कोनिया अशा उच्चतापसह पदार्थांपासून बनविलेल्या विटा वापरतात.

तापक रोधक बनविण्याकरिता निकेल व क्रोमियम यांच्या मिश्रधातू [⟶ नायक्रोम], क्रोमियम व ॲल्युमिनियम यांच्या मिश्रधातू, सिलिकॉन कार्बाइड, कृत्रिम प्लॅटिनम, टंगस्टन, ग्रॅफाइट इ. द्रव्ये वापरतात.

भट्टीमध्ये ठेवलेल्या तापक रोधकाची उष्णता प्रारणाद्वारे सरळ तापविण्याच्या वस्तूकडे पाठविता येते किंवा तापक रोधक पडद्याआड अथवा भिंतीआड ठेवून त्याची उष्णता, भट्टीतून तापविलेली हवा किंवा एखादा वायू खेळवून त्यामार्फत संवहन पद्धतीने तापविण्याच्या वस्तूकडे पाठविता येते. साधारणतः ६५०° से. तापमानाखाली प्रारण कमजोर असते. व त्यामुळे अशा तापमनांसाठी काम करणाऱ्या भट्‌ट्यांमध्ये प्रेरित पद्धतीने वायू फिरवून संवहन पद्धतीने उष्णतेचे प्रेषण करावे लागते. ६५०° से. पासून ८१५° से. पर्यंत तापमानात प्रारण परिणामकारक होऊ लागते. तर त्या वेळी वायूंचे संवहन मात्र कमजोर होऊ लागते. म्हणून प्रारण व वायू संवहन अशी दुहेरी पद्धत वापरतात आणि ८१५° से. तापमानापुढे मात्र फक्त प्रारण पद्धतीच विशेषकरून वापरतात.

द्रव वस्तू तापवताना द्रवामधील नैसर्गिक औष्णिक प्रवाहाने किंवा प्रेरित संवहन प्रवाहामुळे उष्णता सर्व भागांत समप्रमाणात विभागून नेता येते. या पद्धतीमध्ये पृष्ठभागावर चिकटून बसलेले द्रव भाग घासून काढतात. व त्यामुळे उष्णतेचे संवहन चांगल्या प्रकारे होते आणि उष्णतेची तीव्रताही वाढविता येते.

तेलाच्या किंवा पाण्याच्या टाक्या तापविताना द्रवाचे तापमान हळूहळू वाढत जाते व तेथे टाकीच्या तापमानाचे नियंत्रण करणे सोपे असते. लहान आकारमानाचे द्रव पदार्थ तापविताना मात्र सर्व भागांत उष्णता समप्रमाणात वाढत ठेवण्याकरिता उष्णतेचे नियंत्रण करणे अवघड असते. काही पदार्थांची वाफ करताना किंवा ओलसर कागद वाळविताना उष्णतेचे फारच काळजीपूर्वक नियमन करावे लागते.

वितळलेल्या लवणामध्ये बुडवून ठेवलेल्या विद्युत् अग्रांमधून विद्युत् प्रवाह जाऊ लागतो तेव्हा अग्रांमधील लवणाचा भाग रोधक म्हणून वापरता येतो व त्यापासून उष्णता उत्पन्न करता येते. लवणाचे अपघटन (घटक अणूंत तुकडे होण्याची क्रिया) होण्याचे किंवा बाष्पीभवन होण्याचे तापमान हीच तापमानाची अंतिम मर्यादा असते.

जे भाग तापवावयाचे असतात, ते या वितळलेल्या लवणामध्ये बुडवून ठेवतात. या पध्दतीने तापन जलद गतीने करता येते आणि ते भाग बुडालेल्या स्थितीत असल्यामुळे त्यांचे ऑक्सिडीकरण [⟶ ऑक्सिडीभवन] होत नाही. वस्तू तापविण्याच्या या प्रकारात कामगारांना वितळलेल्या लवणाजवळ काम करावे लागल्यामुळे लवणातून निघणाऱ्या वायूंमुळे त्यांना त्रास होतो. तसेच लवण अंगावर उडण्याची भीती असते.

कोणत्याही तापनासाठी किती विद्युत् ऊर्जा लागेल, हे औद्योगिक क्रियेला लागणाऱ्या एकंदर उष्णतेवर अवलंबून असते. प्रत्यक्षात त्यासाठी द्रव वस्तू ठेवण्याच्या भांड्याला तापविण्यास लागणारी उष्णता, वस्तू वितळविण्याकरिता लगणारी उष्णता व वस्तूची वाफ होत असताना लागणारी उष्णता अशा सर्व भागांचा विचार करावा लागतो. ही एकंदर उष्णता किलोवॉट तासात मांडता येते आणि या किलोवॉट-तासाला एकून प्रक्रियेला लागणाऱ्या वेळेने (तासांनी) भाग दिला असता तापकाची किलोवॉट शक्ती मिळते म्हणजेच तापकाची किलोवॉट शक्ती प्रक्रियेला लागणाऱ्या एकंदर वेळेवर अवलंबून असते. प्रक्रियेला जितका जास्त वेळ द्यावा तितकी तापकाची शक्ती कमी ठेवता येऊन तापन साहित्याची किंमत व मजुरीचा एकंदर खर्च कमी करता येतो.

बऱ्याच घरगुती वापराच्या विद्युत् साधनांमध्ये रोध तापनाचा उपयोग केलेला असतो. यांपैकी विजेवर चालणारी शेगडी, निर्जंतुकीकरण व ऊर्ध्वपातन यंत्रे, अवकाश तापक, गरम कपाट, जलतापक (गिझर), चुलासंच, भट्टी कॉफिपात्र, किटली, इस्त्री अशा उपकरणांत रोधक तारेचा किंवा रोधक पट्टीचा पयोग केलेला असतो. अशा काही रोधकांचे आकार आ. २ मध्ये दाखविले आहेत. उपकरणात कारखान्यातील रोध तापनाच्या एका विशेष प्रकारात रिळावर गुंडाळलेली धातूची पट्टी किंवा तार पुढे ओढीत असताना तिला पुढील प्रक्रियेसाठी तापवावयाची असल्यास पट्टीला आधार देणारे धातूचे रुळच विद्युत् अग्र म्हणून काम करतो. या क्रियेला प्रत्यक्ष तापन क्रिया म्हणतात.

प्रज्योत तापन पध्दती : प्रज्योत तापन क्रिया ही वस्तुतः रोध तापनाचाच एक विशेष प्रकार म्हणता येईल. या प्रकारात दोन विद्युत् अग्रांमध्ये वाफ आणि वायू यांचा सेतू तयार होऊन त्यामधून विद्युत् प्रवाह वाहू लागतो. या विद्युत् प्रज्योतीला रोधकाचाच गुणधर्म असतो. प्रज्योतीच्या दोन्ही बाजूंची अग्रे कार्बनाची असतात किंवा काही वेळा त्यांपैकी एक अग्र कार्बनाचे तर दुसरे अग्र म्हणजे तापविण्याची वस्तूच असते. विद्युत् प्रज्योतीच्या उष्णतेने बऱ्याच वस्तू तापविता येतात. विद्युत् प्रज्योत हा विद्युत् मंडलातील इतर रोधकांप्रमाणेच एक रोधक विभाग असतो. परंतु त्याचे काही विशेष गुणधर्म आहेत. उदा., प्रज्योतीमधून जाणारा प्रवाह वाढत गेला, तर प्रज्योतीचा रोध कमी होत जातो व प्रवाह कमी होत गेला, तर प्रज्योतीचा रोध वाढत जातो. प्रज्योतीचे तापमान अतिशय उच्च असते व त्यामध्ये उष्णतेची तीव्रताही वाढलेली असते. अशा ठिकाणी लाखो वॉट विद्युत् ऊर्जेचे अगदी मर्यादित जागेत संयमित विसरण करता येते.  व त्यामुळे यापासून २०,०००^० के. एवढे उच्च तापमान उत्पन्न करता येते. अशा उच्च तापमानाला निसर्गातील बहुतेक सर्व वस्तू ताबडतोब वितळविता येतात.

हिम व बर्फ वितळविणे : आर्द्रता नसलेले तापरोधक छपरावरील काँक्रिटाच्या आवरणात किंवा स्वतंत्र तयार केलेल्या तालीमध्ये बसविलेले असतात व त्यामधून जरूरीप्रमाणे कमा जास्त विद्युत् प्रवाह पाठविला जातो. त्यामुळे छपरावरील हिम व बर्फ वितळते. त्याचप्रमाणे जमिनीवरील पाण्याच्या नळांभोवती अशा तारा गुंडाळून नळांतील पाण्याचे बर्फ होण्याचे टाळता येते. अशाच प्रकारच्या बारीक तारा मोटारींच्या दरवाज्यांच्या चौकटीमध्ये घालून दरवाजावर साचणारे हिम व बर्फ वितळवून टाकता येते. धातूचे आवरण असलेल्या वरील प्रकारच्या तारा रेल्वेमधील स्विचमध्ये किंवा तलावाचे दरवाजे उघडणाऱ्या झडपांमध्ये व स्विचचे हालणारे भाग बर्फापासून मोकळे ठेवण्यासाठीसुध्दा वापरता येतात.

धातूचे आवरण असलेल्या तारा मुद्रा व दाब देणाऱ्या पट्ट्याला केलेल्या खोबणीत बसवून त्याचे तापमान ठरलेल्या ठिकाणी कायम ठेवता येते. याचा विशेष वापर प्लॅस्टिकचे साचे तयार करताना होतो.

⇨नीच तापमान भौतिकीमध्ये धातूचे आवरण असलेल्या व द्रवामध्ये बुडवता येणाऱ्या तापन तारा द्रवरूप आर्गॉन, हीलीयम, नायट्रोजन, हायड्रोजन व ऑक्सिजन यांच्या बाष्पीभवनासाठी लागणारी उष्णता पुरविण्यासाठी वापरतात. धातूचे आवरण बहुधा अगंज पोलादाचे (स्टेनलेस स्टीलचे) किंवा ॲल्युमिनियमाचे वापरतात. ते कमी तापमानात खराब होत नाही. याच कारणासाठी टेफ्लॉनाचे गॅस्केटही वापरतात.

वितळविलेल्या वस्तू ऑक्सिडीकारक, उदासीन किंवा क्षपणकारी [⟶ क्षपण] धातूमळी [⟶ धातूमळी] आवरणाखाली असताना त्यांच्यावर पाहिजे त्या गुणधर्मांचा अंतिम पदार्थ तयार करता येतो.

प्रज्योत तापमानाचा उपयोग धातू वितळविण्याच्या भट्ट्यांमध्ये अनेक तऱ्हांनी करता येतो. मिश्रधातू व काही मृदीय धातू वितळविण्यासाठीही प्रज्योत तापन वापरतात, तसेच याचा उपयोग वितळजोडकामात वस्तू तापविण्याकरिता आणि छिद्रण यंत्रामध्ये छिद्र पाडण्यासाठीही करता येतो.

अवरक्त किरण तापन पध्दती : विजेच्या दिव्यातून निघालेल्या अवरक्त किरणांच्या उष्णतेने सुध्दा वस्तू तापविता येतात. या पध्दतीने द्रव पदार्थ उकळविता येतात व ओलसर वस्तू सुकविता येतात. या पध्दतीने बहुवारिकीकरण [लहान अणुसमुच्चय (एकवारिके) जोडले जाऊन मोठे रेणू (बहुवारिके) बनण्याची क्रिया ⟶ प्लॅस्टिक व उच्च बहुवारिके] किंवा ऑक्सिडीकरण [⟶ ऑक्सिडीभवन] अशा प्रकारच्या रासायनिक क्रिया घडवून आणता येतात व शरीराच्या भागांना शेक देता येतो.

ओलसर वस्तू सुकविण्याची क्रिया ती वस्तू नुसत्या हवेमध्ये ठेवूनही साध्य करता येते परंतु त्याला बराच वेळ लागतो. अशा वस्तू सुकवण्याकरिता अवरक्त किरणांचा उपयोग केला, तर सुकविण्याची क्रिया फारच जलद गतीने पार पाडता येते. या किरणांचा उपयोग करून कारखान्यात तयार होत असलेले प्लायवुडचे नवे तक्ते फार लवकर सुकविता येतात. (व्हर्निशाचा थर हवेमध्ये वाळवण्याकरिता जर सर्वसाधारणपणे २० मिनिटे लागत असतील, तर अवरक्त किरणांचा उपयोग करून तेच काम १ मिनिटात पूर्ण करता येते).

अवरक्त किरण उत्पन्न करणाऱ्या दिव्यामध्ये कार्बन अथवा टंगस्टनाचा तंतू वापरतात. या तंतूचे तापमान इतर दिव्यांपेक्षा बरेच कमी असते, त्यामुळे हा दिवा दीर्घकाळ टिकतो. दिव्यातून निघणारे सर्व अवरक्त किरण एकाच दिशेने पाठविण्याकरिता दिव्याच्या अर्ध्या भागावर आतल्या बाजूने ॲल्युमिनियमाचा थर चढवून त्याला अंतरगोल परावर्तकाचे रूप देतात. अशा दिव्यांपासून तापविण्याची वस्तू २० ते ८० सेंमी. अंतरावर ठेवतात. हे दिवे २३० व्होल्ट विद्युत् दाबावर चालतात व त्यांची शक्ती २५० वॉटपर्यंत असते.

अवरक्त किरणामध्ये दिव्याच्या तापमानाप्रमाणे निरनिराळ्या तरंगलांबीचे व निरनिराळ्या गुणधर्मांचे तरंग उत्पन्न होत असतात व त्यांच्या द्रव सुकविण्याच्या क्षमतेत तसेच द्रवाच्या आत शिरण्याच्या क्षमतेमध्ये बराच फरक असतो.

कमी तापमानाला उत्पन्न होणाऱ्या अवरक्त किरणांची तरंगलांबी जास्त असते, तर जास्त तापमानाला उत्पन्न होणाऱ्या अवरक्त किरणांची तरंगलांबी कमी असते. सर्वसाधारणपणे ज्या वस्तू साध्या प्रकाशकिरणांची उष्णता किंवा कमी तरंगलांबी असलेल्या किरणांची उष्णता शोषून घेत नाहीत, त्या वस्तू जास्त तरंगलांबी असलेल्या किरणांमधील उष्णता सहज शोषून घेतात.

जास्त तरंगलांबी असलेल्या किरणांची बरीचशी उष्णता जवळच्या हवेतच शोषली जाते, तर कमी तरंगलांबी असलेल्या किरणांची उष्णता हवेतून दूर अंतरापर्यंत पाठविता येते. वस्तूवर पडलेले किरण जर वस्तूमध्येच शोषले गेले, तर वस्तू सुकविण्याची क्रिया फारच लवकर पार पडते. कारखान्यात लाकडांच्या रांध्यापासून बनवलेले तक्ते सुकविण्याकरिता ते तक्ते पट्टावाहकावर उभे करून बोगद्यासारख्या भट्टीमधून सरकवत नेतात. या बोगद्याच्या दोन्ही बाजूंच्या भिंतीवर अवरक्त किरण उत्पन्न करणारे दिवे बसवलेले असतात व त्यांच्या किरणांमुळे रांध्याचे तक्ते ताबडतोब सुकतात. (अवरक्त किरणांचा उपयोग करणाऱ्या एका तापकाची माहिती ‘गृहोपयोगी उपकरणे’ या लेखात आलेली आहे).

प्रवर्तन तापन पद्धती : बदलत असलेल्या विद्युत् चुंबकीय क्षेत्रात एखादी विद्युत् संवाहक वस्तू ठेवली, तर त्या वस्तूमध्ये विद्युत् प्रवर्तन होऊन तिच्या आतमध्येच विद्युत् आवर्त प्रवाह उत्पन्न होतात व अशा आवर्त प्रवाहांमुळे त्या वस्तूचे तापमान वाढते. म्हणून कधीकधी या पद्धतीला ‘आवर्त प्रवाह तापन पद्धती’ असेही म्हणतात. या तत्त्वावरचालणाऱ्या तापक उपकरणांचे कार्य साधारणतः रोहित्रासारखेच असते. प्रवर्तन गुंडाळी ही त्यातील प्राथमिक गुंडाळी मानली, तर तापविण्याची संवाहक वस्तू ही त्याची एक वेढ्याची द्वितीयक गुंडाळी म्हणता येईल. प्राथमिक गुंडाळीमध्ये जेव्हा प्रत्यावर्ती प्रवाह वाहत असतो त्या वेळी गुंडाळीच्या आतल्या भागातील चुंबकीय क्षेत्राची तीव्रता व दिशा सारखी बदलत असते. त्यामुळे या भागात ठेवलेल्या संवाहक वस्तूमध्ये आवर्त प्रवाह उत्पन्न होतात व ती वस्तू तापते (आ. ३).

सर्वसाधारणपणे नेहमीच्या वापरातील विद्युत् साहित्यात आवर्त प्रवाह शक्य तितका कमी व्हावा अशा दृष्टीने रचना केलेली असते.कारण अशा प्रवाहामुळे निर्माण होणाऱ्या उष्णतेमुळे साहित्याची कार्यक्षमता कमी होते   परंतु प्रवर्तन तापन साहित्यामध्ये मात्र आवर्त प्रवाह हा तापन कार्याला मदत करीत असल्यामुळे तो शक्य तितका जास्त प्रमाणात होईल, अशी रचना करण्यात येते. त्याकरिता प्रवर्तन गुंडाळी व तापविण्याची संवाहक वस्तू एकमेकीस अगदी चिकटून बसवतात व गुंडाळीतून जाणारा प्रवाह शक्त तितका वाढवतात. त्यामुळे वस्तूत जास्तीत जास्त आवर्त प्रवाह उत्पन्न होतात व तापन कार्य जोराने होत जाते. प्रवर्तन भट्टीचे तत्त्व व रचना आ. ३ व ४ वरून लक्षात येईल. विशेषतः संवाहक धातुकामामध्ये असे तापन कार्य विविध प्रकारे उपयोगी पडते (उदा., झाळकाम, डाखकाम, नियंत्रित शीतलीकरण व कवच वा पृष्ठ कठिनीकरण). या पद्धतीचा उपयोग धातूच्या वितळबिंदूपेक्षा कमी तापमान मिळविण्यासाठी होतो. उदा., कठिनीकण केलेल्या पोलादावरील उष्णता संस्करण, धातूची घडवण, काचेच्या बल्बमधील धातूचा घटक तापविणे, धातू व काच यांत जोड तयार करणे इ. कामांसाठी ही तापन पद्धती वापरतात.

प्रवर्तन वितळकाम व चूर्णधातूचे तापपिंडन [वितळू न देता धातूचे चूर्ण तापवून त्याचा ससंजक (संलग्न) बद्ध प्रकारचा पिंड तयार करण्याची क्रिया] अशा अनेक प्रक्रियांमध्ये सुद्धा या तापन पद्धथीचा चांगला उपयोग होतो. तापविण्याच्या वस्तूमध्ये उत्पन्न झालेले आवर्त प्रवाह तापविण्याच्या वस्तूच्या पृष्ठभागाजवळूनच वाहत असतात. कमी कंप्रतेचे (दर सेकंदास होणाऱ्या आवर्तनांच्या कमी संख्येचे) प्रवाह जरा जास्त खोलवर जातात, तर जास्त कंप्रतेचे प्रवाह वस्तूच्या बाहेरच्या पृष्ठभागाजवळच राहतात [⟶ त्वक् परिणाम]. जास्त रोध असलेल्या धातूमधून हे प्रवाह जरा जास्त खोल जातात व कमी रोध असलेल्या धातूमध्ये हे प्रवाह पृष्ठभागाजवळच राहतात. पोलादासारख्या चुंबकीय धातूमध्ये चुंबकत्व असेपर्यंतच्या तापमानापर्यंत म्हणजे ७३३^० से. तापमानानंतर ते खोलवर जाऊ लागतात. या प्रकारच्या तापनक्रियेकरिता विद्युत् पुरवठ्याची कंप्रता त्या त्या कार्याच्या जरूरीप्रमाणे ठेवतात.

प्रवर्तन तापनाचे विशेष फायदे म्हणजे तापनक्रिया तापविण्याच्या वस्तूच्या आतच घडते, त्यामुळे ही क्रिया फार जलदपणे करता येते. प्रवर्तित प्रवाह धातूच्या बाहेरच्या भागावरच मर्यादित ठेवता येत असल्याने तापविण्याचा पृष्ठभाग प्रवर्तक गुंडाळीला पाहिजे तसा आकार देऊन मर्यादित जागेतच ठेवता येतो. ही तापन क्रिया उत्तम तऱ्हेने नियंत्रित करता येते. त्यामुळे तयार केलेल्या मालाच दर्जा सतत चांगला ठेवता येतो. स्वयंचलित पद्धतीमुध्ये सुद्धा ही तापनक्रिया वापरता येते. ही क्रिया सुरू करण्यास फार थोडा अवधी लागतो व कायम प्रकारचा खर्चही फार थोडा असतो. तसेच या प्रकारात आवाज नसतो, धुराचे लोट नसतात आणि प्रारण होणारी उष्णता नसते  त्यामुळे काम करण्याची जागा व आसपासचे एकंदर वातावरण स्वच्छ व शांत ठेवता येते.

अपारक तापन पद्धती : एखादा निरोधक किंवा ⇨विद्युत् अपारक पदार्थ बदलत असलेल्या विद्युत् क्षेत्रामध्ये ठेवला, तर त्यावस्तूमधील अथवा पदार्थामधील अणूमध्ये स्थानिक विद्युत् प्रवाह सुरू होतात व त्यामुळे त्या वस्तूचे तापमान वाढते. जी निरोधक वस्तू तापवावयाची असते, ती धातूच्या दोन मजबूत पट्ट्यांमध्ये म्हणजे विद्युत् अग्रांमध्ये ठेवतात. ही विद्युत् अग्रे २ ते ९० मेगॅहर्ट्‌झ एवढी उच्च कंप्रता असलेल्या आंदोलकाला जोडतात. (आ. ५).

या उच्च कंप्रतेमुळे उत्पन्न होणारी उष्णता निरोधक वस्तूमध्येच उत्पन्न होते. एकजिनसी वस्तूमध्ये ती सर्व ठिकाणी एकसारखीच असते. कारखान्यात प्लॅस्टिक वस्तूला अखेरचा आकार देण्यापूर्वी तापविणे, फर्निचर बनविण्याच्या कारखान्यात विशिष्ट प्रकारचा सरस तापविणे व झटपट सुकविणे, स्पंजी (फेसाळ) रबर व तत्सम कृत्रिम पदार्थ लवकर पातळ करणे व वळविणे, ओतकामात लागणारे वाळूचे गाभे (ओतीव वस्तूमध्ये अंतर्गत छिद्रे निर्माण होण्यासाठी खास करून तयार केलेले साचाचे भाग) भाजणे, खाद्यपदार्थ व औषधे निर्जंतुक करणे व भिंतीवर बसवण्याचे प्लायवुडसारखे स्तरित लाकडी तक्ते वाळविणे इ. गोष्टींसाठी ही पद्धत फारच सोयीस्कर असते. इमारती लाकूड, कागद व कापड उद्योगांतही तंतुमय वस्तू सुकविण्यासाठी ही पद्धती वापरतात. इतर तापन पद्धतींपेक्षा या पद्धतीने फारच जलद व सर्वत्र एकसारखे तापन होते, त्यामुळे या पद्धतीत मूळ खर्च जास्त लागत असला, तरीसुद्धा ही पद्धत एकंदरीने फायद्याची असते. कारण तापवावयांच्या वस्तूमध्ये सर्व ठिकाणी एकच तापमान राहत असल्याने वस्तूच्या टोकांकडील भागही इतर भागांप्रमाणेच चांगल्या स्थितीत राहतो, म्हणजे तो करपत नाही. अशा प्रकारे अंतिम उत्पादनाची गुणवत्ता बहुधा अधिक चांगली असते. संधिवाताभ विकारावर ऊतकांवर उतकतापन चिकित्सा [आतून शेक देण्याचे उपचार ⟶ ऊतकतापन चिकित्सा] करण्यासाठीही हे तंत्र वापरतात. इलेक्ट्रॉनीय गरम पेटीत (सूक्ष्मतरंग ओव्हनमध्ये) याच तंत्राने अन्नपदार्थ शिजवितात. यात उच्च (कित्येक हजार मेगॅहर्ट्‌झ) कंप्रतेच्या विद्युत् चुंबकीय तरंगांमुळे अन्नपदार्थांच्या अंतरांगात उष्णता निर्माण होऊन ते पुष्कळच लवकर म्हणजे काही मिनिटांत शिजतात [⟶ औद्योगिक इलेक्ट्रॉनिकी]. तापविण्याचे काम नियंत्रित करण्यासाठी विद्युत् दाब व कंप्रता यांचे उत्तम नियमन करता येते.

विद्युत् दाबाची उच्चतम मर्यादा तापवावयाच्या वस्तूच्या दाब सहन करण्याच्या क्षमतेवर अवलंबून असते. वस्तूच्या जाडीप्रमाणे दर सेंमी. जाडीकरिता ६०० ते २,००० व्होल्ट विद्युत् दाब देता येतो परंतु कामाच्या एकदंर सोयीकरिता आणि सुरक्षिततेसाठी हा दाब १५,००० ते २०,००० व्होल्टपर्यंत मर्यादित ठेवतात. हा दाब वस्तूच्या सच्छिद्रतेवर आणि घनतेवर देखील अवलंबून असतो. या साहित्यामधील कंप्रता मात्र पाहिजे तितकी वाढवता येते. बहुतेक ठिकाणी ५ ते ४० मेगॅहर्ट्झ एवढी कंप्रता वापरण्याची प्रथा आहे. असे उपकरण १२५ किवॉ. शक्तीपर्यंत बनविण्यात येते. उपकरणांची कंप्रता वाढवीत गेले, तर एकंदर लागणारी शक्ती कमी होत जाते. या उपकरणातील दोन्ही विद्युत् अग्रे तापविण्यात हे पदार्थ धारित्राप्रमाणेच कार्य करीत असतात [⟶ विद्युत् धारित्र]. हा धारित्राचा भाग मोठ्या अनुस्पंदक मंडलाचाच एक भाग असतो [⟶ अनुस्पंदन].हे अनुस्पंदक मंडल आंदोलकांच्या कंप्रतेला सहकंपी (मेलित) केलेले असते. त्यामुळे जास्तीत जास्त ऊर्जेचे उष्णतेत रूपांतर होते. मात्र या तापन पद्धतीत विद्युत् चुंबकीय तरंग निर्माण होत असतात. त्यामुळे आजूबाजूच्या रेडियो संदेशवहनात अडथळे निर्माण होऊ शकतात. म्हणून अशा साधनांभोवती एक प्रारण निर्बंधक कवच घालतात. तापनासाठी १० हजार मेगॅहर्ट्झपेक्षा अधिक कंप्रता वापरल्यास हे कवच अगदी गरजेचे ठरते. सर्व कंपन घटक व विद्युत् ध्रुव यांवर धातूची एक जाळी कवच म्हणून बसवितात. या कवचामुळे विद्युत् ध्रुवांमधून उच्च कंप्रतेचे प्रारण (तरंगरूपी ऊर्जा) बाहेर पडण्याचे प्रमाण कमी होते.

इमारतींचे विद्युत् तापन : विशेषकरून थंड हवामान असलेल्या प्रदेशातील घरे उबदार ठेवण्यासाठी तापन पद्धती वापरतात. याकरिता विद्युत् तापनही उपयुक्त आहे. तापनाच्या बाबतीत विजेची कार्यक्षमता कमी म्हणजे ३० ते ४० टक्केच असते म्हणून इमारतींच्या तापनासाठी इंधन वायू किंवा तेल यासारखे अधिक कार्यक्षम ऊर्जा उद्गग फायदेशीर ठरतात.

इमारतींच्या विद्युत् तापनाच्या मध्यवर्ती तापनात विद्युत् भट्टीच्या मदतीने तापविलेली हवा अथवा पाणी नळांमधून सर्व इमारतीत खेळवितात. तसेच इमारतीच्या विविध भागांत विद्युत् केबली नेऊन तापन करतात. याशिवाय प्रारण किंवा नैसर्गिक अभिसरण याद्वारे उष्णतेचे संक्रमण करणारे अवकाश तापक, एका ठिकाणाहून दुसऱ्या ठिकाणी नेता येण्यासारखे अवकाश तापक, वाहिनी तापक किंवा प्रारकही इमारतीच्या तापनासाठी वापरतात. [⟶ तापन पद्धति, इमारतींसाठी].

छत, भिंती, जमीन, कोपरे इ. ठिकाणी विद्युत् तापक किंवा प्रारक बसवून इमारतींचे तापन करतात. या प्रकारात तापमान नियंत्रणासाठी एखाद्या खोलीत किंवा भागात तापमान नियंत्रक बसवितात. इमारतीच्या विद्युत् तापनासाठी विद्युत् संचायक तापक अधिक फायदेशीर ठरू शकतात. अशा तापकामध्ये विजेची मागणी व दर कमी असतानाच्या कालावधीत विद्युत् ऊर्जा साठविता येते व नंतर ती तापनासाठी वापरता येते.

उष्णता पंप हाही एक प्रकारचा विद्युत् तापक आहे. घराबाहेरच्या थंड हवेतील उष्णता काढून घेऊन ती घरात आणण्याचे काम हा पंप करतो म्हणजे अधिक थंड साठ्यातील उष्णता तो अधिक उष्ण साठ्याकडे संक्रमित करतो. याकरिता लागणारी यांत्रिक ऊर्जा त्याला विजेमार्फत मिळते.

संपीडक (दाब देणारे साधन), संवनक (वाफेचे द्रवात रूपांतर करणारे साधन), नियामक (प्रसरण) झडप, वाष्पित्र (अखंडपणे दाबयुक्त वाष्प निर्माण करणारे साधन) आणि कार्बन डाय-ऑक्साइड वायू, अमोनिया किंवा हॅलोकार्बन (हॅलोजन आणि कार्बन यांचे संयुग) यासारखा कार्यकारी प्रशीतक द्रायू (द्रव किंवा वायू) हे या पंपाचे घटक असतात. उच्च दाब व तापमानाच्या बाष्पीभूत प्रशीतक द्रायू संपीडकाकडून संघनकाकडे पाठविला जातो. हा संघनक तापवावयाच्या जागेत बसविलेला असतो. तेथील अधिक थंड हवेने प्रशीतक संघनित होतो व या प्रक्रियेत तो तापविला जातो. मग द्रवरूप झालेला प्रशीतक नियंत्रक झडपेतून जाऊन प्रसरण पावतो. अशा रीतीने झडपेतून प्रशीतकाचे द्रव-बाष्प रूपातील मिश्रण बाहेर पडते. या मिश्रणाचे तापमान व त्यावरील दाब कमी असतो. मग हे मिश्रण बाष्पित्रात जाते. तेथील सापेक्षपणे अधिक उबदार जागेत द्रवाचे बाष्पीभवन होते. मग ही वाफ परत संपीडकाकडे जाते व नंतर वरील चक्राची पुनरावृत्ती होते. अशा रीतीने या पंपाने एकाच वेळी तापन व शीतन या दोन्ही क्रिया होतात. थंड साठ्याचे प्रशीतन करण्याऐजी उष्ण साठा तापविणे हा या पंपाचा मुख्य उद्देश असतो. उष्णता पंप स्वतंत्रपणे किंवा विद्युत् रोध तापनाला पूरक म्हणून वापरतात. सभोवतालचे तापमान व इमारतीच्या आत हवे असलेले इष्ट तापमान यांवर उष्णता पंपाची कार्यक्षमता अवलंबून असते. या दोन तापमानांमधील फरक जेवढा अधिक असतो, तेवढी उष्णता पंपाची कार्यक्षमता कमी असते. तथापिरोध तापमान पध्दतीपेक्षा ऊष्णता पंपाची कार्यश्रमता अधिक असते. उष्णता पंपाची कार्यक्षमता १०० टक्क्यांपेक्षाही जास्त असू शकते. अशा प्रकारे इतर विद्युत् तापन पद्धतीपेक्षा उष्णता पंप अधिक कार्यक्षम आहे. त्यामुळे इमारतीच्या तापनासाठी आर्थिक दृष्टीने हा एक फायदेशीर मार्ग ठरू शकतो.

विद्युत् तापन ही सोयीस्कर, स्वच्छ, देखभालीची कमी गरज असलेली, सुलभ व अचूक नियंत्रण असणारी आणि ज्वलनाचे धोके नसणारी पद्धती आहे. ती इतर तापन पद्धतींच्या तुलनेत खर्चिक असली, तरी संचायक तापक व उष्णता पंप या साधनांमुळे ती आर्थिक दृष्टयाही फायदेशीर ठरू शकेल. परिणामी इमारतीच्या तापनासाठी विद्युत् तापनाचा वापर वाढण्याची शक्यता आहे.

पहा :  औद्योगिक इलेक्ट्रॉनिकी गृहोपयोगी उपकरणे तापन पद्धती, इमारतींसाठी त्वक् परिणाम नायक्रोम पोलाद भट्टी मिश्रधातु विद्युत् भट्टी.

संदर्भ : 1. Barbar, H. Electroheat, New York, 1983.

2. Cable, J. W. Induction and Dielectric Heating, New York, 1964.

3. Clifford, G. Modern Heating, Ventilating and Airconditioning, Princeton, 1990.

4. Fink, D. G. Beaty, H. W. Standard Handbook for Electrical Engineers, New York, 1987.

5. Miller, R. Electricity for Heating, Airconditioning and Refrigeration, New York, 1989.

6. Porges, F. Handbook of Heating, Ventilating and Airconditioning. 1982.

ओक, वा. रा. ठाकूर, अ. ना.

“