| AUTOR | DATA UTWORZENIA | WERSJA | NUMER DOKUMENTU |
|---|---|---|---|
| Dr Gerard McGranaghan | 15 maja 2015 | V1.1 | CC11 - 00065 |
Prawo Plancka opisuje promieniowanie elektromagnetyczne emitowane przez ciało czarne w równowadze termicznej w określonej temperaturze. Jego nazwa pochodzi od Maxa Plancka, który zaproponował to w 1900.
Wprowadzenie
Prawo Plancka mówi nam, że wraz ze wzrostem temperatury każdej emitującej powierzchni, coraz więcej energii będzie uwalniane jako energia podczerwieni. Im wyższa temperatura obiektu, tym większa ilość wytwarzanej energii podczerwieni. Wraz ze wzrostem intensywności (mocy) emitowane częstotliwości stają się szersze, a szczytowa długość fali staje się krótsza. W bardzo wysokich temperaturach wytwarzane będzie nie tylko światło podczerwone, ale również światło widzialne o krótszej długości fali. Najpierw świadczy o tym tępy czerwony blask, potem pomarańczowy, żółty i wreszcie biały. Rysunek 1 pokazuje typowe krzywe Plancka dla zakresu temperatur wykreślonych od 1050 ° C do 50 ° C.
Czerwona krzywa odpowiadająca 1050 ° C wykazuje najwyższą moc wyjściową. Pokazuje najwyższą moc wyjściową, a jej szczyt wynosi około mikronów 2.5. Następnie następuje krzywa w 850 ° C, gdzie energia szczytowa jest mniejsza niż połowa energii wytwarzanej w 1150 ° C. Gdy temperatura spada, poziomy energii również spadają, a szczytowa długość fali energii przesuwa się na dłuższą długość fali. Najniższych temperatur z krzywych 250 ° C, 100 ° C i 50 ° C nie można zobaczyć na wykresie.
Gdy wykres jest powiększany, aby zobaczyć krzywe niższych temperatur, to przesunięcie na dłuższe długości fali jest bardziej widoczne. Jednak intensywność mocy spada znacznie.
Pokazano to na rysunku 2. W 250 ° C widać, że niebieska krzywa ma przybliżony pik wokół mikronów 6, natomiast w 100 ° C długość fali piku wynosi około mikronów 7.5. Należy również zauważyć, że zakres długości fali jest bardziej równomiernie rozłożony i nie wykazuje skoncentrowanego wąskiego piku obserwowanego w wyższych temperaturach.
Jeśli ponownie powiększymy ten sam wykres i skupimy się tylko na niższych temperaturach, jak pokazano na rysunku 3, zobaczymy, że temperatury 50 ° C i 25 ° C mają szczytowe długości fal odpowiednio około 9 i 10 mikronów.
Na końcowym wykresie pokazanym na rysunku 4 pokazano krzywą pokazującą szczytową długość fali względem temperatury. Jest to wykreślone z prawa wiedeńskiego. Wzrost szczytowej długości fali wraz ze spadkiem temperatury jest wyraźnie widoczny.
Podsumowanie
Prawo Plancka opisuje promieniowanie elektromagnetyczne emitowane przez ciało czarne w równowadze termicznej w określonej temperaturze. Na wykresie dla różnych temperatur grzałek (emiterów) prawo przewiduje
- zakres częstotliwości, na których będzie wytwarzana energia cieplna w podczerwieni
- moc emisyjna dla danej długości fali
Przy wyborze emitera podczerwieni do określonego zadania grzewczego bardzo ważne są właściwości absorpcji materiału docelowego. Idealnie częstotliwości emitowanej podczerwieni i częstotliwości absorpcji materiału docelowego powinny się zgadzać, aby umożliwić najbardziej efektywny transfer ciepła. Jednak, jak można zobaczyć na poprzednich wykresach, przy dłuższych długościach fali ilość przenoszonej energii będzie niższa z powodu niższych temperatur emiterów, dlatego czasy ogrzewania zwykle będą trwać dłużej.
Im krótsza długość fali, tym wyższa temperatura emitera, a dostępna moc podczerwieni gwałtownie wzrasta.
