| ΣΥΝΤΑΚΤΗΣ | ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ ΔΗΜΙΟΥΡΓΙΑΣ | ΕΚΔΟΣΗ | ΑΡΙΘΜΟΣ ΕΓΓΡΑΦΟΥ |
|---|---|---|---|
| Δρ Gerard McGranaghan | 15 2015 Μαΐου | V1.1 | CC11 - 00065 |
Ο νόμος Plancks περιγράφει την ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία που εκπέμπεται από ένα μαύρο σώμα σε θερμική ισορροπία σε καθορισμένη θερμοκρασία. Ονομάστηκε από Max Planck που το πρότεινε στο 1900.
Εισαγωγή
Ο νόμος Plancks μας λέει ότι καθώς η θερμοκρασία οποιασδήποτε επιφάνειας εκπομπής αυξάνεται, όλο και περισσότερη ενέργεια θα απελευθερωθεί ως υπέρυθρη ενέργεια. Όσο υψηλότερη είναι η θερμοκρασία του αντικειμένου, τόσο μεγαλύτερη είναι η ποσότητα της υπέρυθρης ενέργειας που παράγεται. Εκτός από την αύξηση της έντασης (ισχύς), οι εκπεμπόμενες συχνότητες γίνονται ευρύτερες και το μέγιστο μήκος κύματος γίνεται μικρότερο. Σε πολύ υψηλές θερμοκρασίες, όχι μόνο υπέρυθρες, αλλά θα εμφανιστεί και κάποιο μικρότερο μήκος ορατού φωτός. Αυτό γίνεται για πρώτη φορά ως μουντή κόκκινη λάμψη, μετά σε πορτοκαλί, κίτρινο και τελικά λευκό. Το σχήμα 1 δείχνει τυπικές καμπύλες Planck για μια σειρά θερμοκρασιών που έχουν γραφεί από 1050 ° C σε 50 ° C.
Η κόκκινη καμπύλη που αντιστοιχεί στο 1050 ° C παρουσιάζει την ισχυρότερη απόδοση. Δείχνει την υψηλότερη ισχύ εξόδου και η κορυφή της είναι γύρω στα 2.5 microns. Αυτό ακολουθείται από την καμπύλη στο 850 ° C όπου η ενέργεια κορυφής είναι μικρότερη από το μισό της παραγόμενης σε 1150 ° C. Καθώς μειώνεται η θερμοκρασία, τα επίπεδα ενέργειας πέφτουν και το μέγιστο μήκος κύματος ενέργειας μετατοπίζεται στα μεγαλύτερα μήκη κύματος. Οι χαμηλότερες θερμοκρασίες από τις καμπύλες 250 ° C, 100 ° C και 50 ° C δεν εμφανίζονται στο γράφημα.
Όταν το γράφημα μεγεθυνθεί για να δει τις καμπύλες χαμηλότερης θερμοκρασίας, αυτή η μετατόπιση στα μεγαλύτερα μήκη κύματος είναι πιο εμφανής. Ωστόσο, η ένταση ισχύος πέφτει σημαντικά.
Αυτό φαίνεται στο σχήμα 2. Στο 250 ° C η μπλε καμπύλη μπορεί να φανεί ότι έχει περίπου κορυφή γύρω από τα microns 6, ενώ στους 100 ° C το μέγιστο μήκος κύματος είναι γύρω στα 7.5 microns. Σημειώστε επίσης ότι η έκταση του μήκους κύματος είναι πιο ομοιόμορφα κατανεμημένη και δεν παρουσιάζει τη συμπυκνωμένη στενή κορυφή που παρατηρείται σε υψηλότερες θερμοκρασίες.
Εάν μεγεθύνουμε ξανά το ίδιο γράφημα και εστιάσουμε μόνο στις χαμηλότερες θερμοκρασίες, όπως φαίνεται στο σχήμα 3, βλέπουμε ότι οι θερμοκρασίες 50 ° C και 25 ° C έχουν μέγιστα μήκη κύματος γύρω στα 9 και 10 microns αντίστοιχα.
Στο τελικό γράφημα που φαίνεται στο Σχήμα 4, εμφανίζεται μια καμπύλη που δείχνει το μήκος κύματος κορυφής έναντι της θερμοκρασίας. Αυτό σχεδιάζεται από το νόμο Wiens. Η αύξηση του μέγιστου μήκους κύματος ως πτώση θερμοκρασίας φαίνεται ξεκάθαρα.
Χαρακτηριστικά
Ο νόμος Plancks περιγράφει την ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία που εκπέμπεται από ένα μαύρο σώμα σε θερμική ισορροπία σε καθορισμένη θερμοκρασία. Όταν σχεδιάζονται για διάφορες θερμοκρασίες (εκπομπή) θερμοκρασίες, ο νόμος προβλέπει
- το φάσμα των συχνοτήτων κατά τις οποίες παράγεται η υπέρυθρη ενέργεια θέρμανσης
- την εκπεμπόμενη ισχύ για ένα δεδομένο μήκος κύματος
Όταν επιλέγεται ένας υπέρυθρος πομπός για μια συγκεκριμένη εργασία θέρμανσης, τα χαρακτηριστικά απορρόφησης του υλικού στόχου έχουν μεγάλη σημασία. Στην ιδανική περίπτωση, οι εκπεμπόμενες υπέρυθρες συχνότητες και οι συχνότητες απορρόφησης του στοχευόμενου υλικού θα πρέπει να ταιριάζουν για να επιτρέπουν την πιο αποτελεσματική μεταφορά θερμότητας. Ωστόσο, όπως φαίνεται από τα προηγούμενα γραφήματα, σε μεγαλύτερα μήκη κύματος, η ποσότητα ενέργειας που μεταφέρεται θα είναι χαμηλότερη λόγω των χαμηλότερων θερμοκρασιών εκπομπής, επομένως οι χρόνοι θέρμανσης συνήθως διαρκούν περισσότερο.
Όσο μικρότερο είναι το μήκος κύματος, τόσο υψηλότερη είναι η θερμοκρασία του εκπομπού και η διαθέσιμη ισχύς υπέρυθρης ακτινοβολίας αυξάνεται ταχύτατα.
