Innrautt: Lög um upphitun

Grundvallarlögin um innrautt hitun

Eins og IR-upphitun hefur þróast, þá eru það einnig grundvallarvísindin sem renna stoðum undir vinnslu hitaflutnings þess, en þrjú meginlög gilda:

• Stefan-Boltzmann lög: Gefur heildaraflið sem geislað er við ákveðið hitastig frá IR uppsprettu.
• Lög Planck: Gefur litríka dreifingu geislunar frá svörtum uppruna - sem gefur frá sér 100% geislun við tiltekinn hitastig.
• Lög Wien: Í framhaldi af lögunum frá Planck spáir þetta bylgjulengdinni þar sem litrófsdreifing geislunarinnar sem sendur er frá svörtum líkama er á hámarkspunkti.

Steffan-Boltzmann lög

Steffan-Boltzmann lögmálið varðar fyrst og fremst innrauða útblástur. Útreikningur á aflgeislun frá IR uppruna byggður á yfirborðshita hlutarins og ásamt svörtum líkamsstuðli. Fullkominn svartur líkami hefur stuðulinn 1 - þar sem önnur efni eru mismunandi í þeim þætti (sjá töflu hér að neðan). Þegar við leyfum losun eðlilegra efna verður Stefan-Boltzmann lögin:

Innan skilgreiningar Kirchhoffs laga um hitauppstreymi, fyrir alla handahófskennda líkama sem gefur frá sér og gleypir varma geislun, er frásögnin jöfn og frásog hennar. Þetta þýðir að emissivity er gagnlegt til að ákvarða hversu mikið yfirborð muni gleypa og gefa frá sér.

Tafla yfir frásögn ýmissa flata

Ál fáður 0.09	Messing fáður 0.03	Brons fáður 0.10
Kolefni (kertasóti) 0.95	Keramik (gljáð postulín) 0.92	Króm fáður 0.10
Steinsteypa 0.85	Kopar fáður 0.02	Kopar oxað 0.65
Gler samrunnið kvars 0.75	Járn fáður 0.21	Járn ryðgað 0.65
Ógegnsætt plast 0.95	Silfur fáður 0.05	Ryðfrítt stál fáður 0.16
Ryðfrítt stál oxað 0.83	Vatn 0.96

Með því að nota þessi lög þýðir að við getum nú reiknað nettó hitaflutning á milli tveggja emitting flata við T1 og T2. Þar sem bæði eru að gefa frá sér verður nettóaflutningurinn munurinn á báðum sendingum.

Lög Planck

Lögmál Plancks lýsir rafsegulgeislun sem kemur út af svörtum líkama í varmajafnvægi við ákveðið hitastig. Það er nefnt eftir Max Planck, þýskum eðlisfræðingi sem lagði það til árið 1900.

Þegar plott er fyrir ýmsa hitara (sendandi) hitastig spáðu lög Plancks:

1. Svið tíðnanna sem innrautt hitunarorka verður framleidd yfir
2. Sendi krafturinn fyrir tiltekna bylgjulengd

Vinsamlegast sjá „skýringar við lög Plancks“ hér að neðan.

Brotthvarfslög Wien

Lögin í Wien eru í framhaldi af lögum frá Planck og spáir bylgjulengdinni þar sem litrófsdreifing geislunarinnar sem sendur er frá svörtum líkama er á hámarkspunkti.

Fullkominn svartur líkami er yfirborð sem endurspeglar ekkert og gefur frá sér hreina varmageislun. Graf af krafti samanborið bylgjulengd fyrir fullkominn svartan líkama er kallað svarthluta litrófið (sjá skýringarmynd hér að neðan). Taktu eftir rauðu punktalínunni sem myndast þegar við tengjum hámarks stig hverrar hitastigs við dreifingu Plancks og tengjum þau.

Þegar hitastigið hækkar framleiðir hitauppstreymi styttri bylgjulengd, hærra orkuljós. Af grafinu hér að neðan getum við séð hvernig ljósaperur framleiðir ákveðið magn af orku með aðeins lítinn hluta í sýnilegu litrófinu. Þegar hitastig eykst og hámarksbylgjulengd verður styttri, því meira er geislað orka.

Grafið sýnir einnig að berg við stofuhita mun ekki 'ljóma' þar sem ferillinn fyrir 20 ° C nær ekki út í sýnilega litrófið. Þegar hlutir hitna byrja þeir að gefa frá sér sýnilegt ljós eða ljóma. Við 600 ° C glóa hlutir daufa rauða. Við 1,000 ° C er liturinn gul-appelsínugulur og verður að hvítum við 1,500 ° C.

Tvö önnur vísindalög upplýsa um hagnýtingu innrauða geislahita - Lög um Inverse Square og Líkamínlög Lamberts.

Lög um Inverse Square

Inverse Square Law skilgreinir tengsl geislunarorku milli IR-uppsprettu og hlutarins - að styrkleiki á flatareiningu er breytilegur í öfugu hlutfalli við fermetra þessarar fjarlægðar. Hins vegar, í reynd, er gagnstæða lögmálið minna árangursríkt þegar um er að ræða stóra samhliða fleti, svo sem upphitaða fléttur og ofnkerfi.

Líkamínlög Lamberts

Cosine lög frá Lambert gera ráð fyrir útreikningi á IR-styrk þegar geisluninni er ekki beitt beint á marklíkamann en er stillt í horn. Þessi lög eiga aðallega við um litlar heimildir sem geisla yfir tiltölulega mikla fjarlægð.

Innrautt geislunarbúnaður, sem notaður er við iðnaðarhitun, hefur venjulega nothæfan hámarksútgeislunarbylgjulengd á bilinu 0.75 til 10 μm. Innan þessa sviðs eru þrjár undirdeildir sem eru langar, miðlungs og stuttar bylgjur.

Langbylgjugeislar, einnig þekktir sem langt innrautt (FIR), hafa hámarks losunarsvið á 3-10 μm sviðinu. Þetta svið vísar venjulega til keramikþátta sem samanstanda af háhita mótstöðu álfaspóla sem er innbyggð í annað hvort fastan eða holan smíðaðan mjög emissían keramikhluta. Keramik emittarar eru framleiddir í fjölda stöðluðum iðnaði með annaðhvort flata eða bogadregna (trog stíl) sendandi fleti.

Styttri bylgjulengdir hámarkslosunar næst með því að nota losunarheimildir með hærra yfirborðshita. Útsendingartæki úr kvars snældu eru fáanleg í svipuðum iðnaðarstaðlastærðum og keramik og samanstanda af röð hálfgagnsærra kvarsrör sem eru smíðuð í fágað áletrað stálhús. Þessir sendendur geta starfað með hærra yfirborðshita að framan og gefa frá sér á löngum til miðlungs bylgjusviðinu.

Í styttri endanum á miðlungs bylgjusviðinu er kvars-wolframgeisarinn sem samanstendur af lokuðu línulegu tæru kvarsrör sem inniheldur stjörnuhönnuð wolframspólu. Volfram spólan veitir skjótan viðbragðstíma með litla varma tregðu.

Stuttbylgju kvars halógen sviðið er af svipaðri smíði og hraðsengi wolframgeislarinn með hröðum miðli að undanskildum því að nota er kringlótt wolfram spólu og kvarsrör eru fyllt með halógen gasi. Hærri spóluhitastigið leiðir til myndunar hvíts ljóss og hámarks losunar bylgjulengdar á stuttbylgjusviðinu.

Skýringar á lögum Plancks

Lög Plancks segja okkur að eftir því sem hitastig hvers yfirborðs sem gefur frá sér eykst mun meiri orka losna sem innrautt orka. Því hærra sem hitastig hlutarins er, því meiri verður innrautt orka framleitt. Auk þess að verða háværari (kraftur) verða sendu tíðnin breiðari og hámarksbylgjulengdin styttri.

Við mjög háan hita, ekki bara innrautt, verður einnig sýnilegt ljós með styttri bylgjulengd. Þetta er fyrst vitnað sem daufa rauða ljóma, síðan til appelsínugulur, gulur og að lokum hvítur. Mynd 1 (hér að neðan) sýnir dæmigerða lögun línur Planck fyrir svið hitastigs sem er samsæri frá 1050 ° C til 50 ° C.

Bleiku ferillinn sem samsvarar 1050 ° C sýnir sterkasta afköstin. Það sýnir mesta afköst og hámarkið er í kringum 2.5 míkron. Þessu fylgt eftir ferlinum við 850 ° C þar sem hámarksorka er minna en helmingur þess sem framleiddur er við 1150 ° C.

Þegar hitastigið lækkar lækkar orkustigið og bylgjulengd hámarks orku færist yfir í lengri bylgjulengdir. Ekki er hægt að sjá lægstu hitastig frá 250 ° C, 100 ° C og 50 ° C línur á línuritinu, en þegar línuritið er stækkað til að sjá lægri hitastig línur er þessi tilfærsla til lengri bylgjulengdanna ljósari. Hins vegar lækkar kraftstyrkur verulega.

Þetta er sýnt á mynd 2 (hér að neðan). Við 250 ° C má sjá bláa ferilinn hafa áætlaðan topp ~ 6 míkron, en við 100 ° C er hámarksbylgjulengd ~ 7.5 míkron. Athugaðu einnig að umfang bylgjulengdar dreifist meira jafnt og sýnir ekki einbeittan þröngan topp sem sést við hærra hitastig.

Ef við stækkum sama línurit aftur og einbeitum okkur aðeins að lægra hitastiginu eins og sýnt er á mynd 3 (hér að neðan), sjáum við hitastig 50 ° C og 25 ° C hafa hámarks bylgjulengdir ~ 9 og 10 míkron.

Nota þessar upplýsingar

Sem sérfræðingar á okkar sviði vonum við að þessar blaðsíður hjálpi þér að skilja innrautt ljós betur. Það mikilvægasta er að vita hvað efnið þitt er og hvað þú þarft efnið þitt til að gera. Við getum ráðlagt þér um afganginn!