| АВТОР | ДАТА СОЗДАНИЯ | Версия | НОМЕР ДОКУМЕНТА |
|---|---|---|---|
| Доктор Джерард МакГранаган | 15 мая 2015 | V1.1 | CC11 - 00065 |
Закон Планка описывает электромагнитное излучение, испускаемое черным телом в тепловом равновесии при определенной температуре. Он назван в честь Макса Планка, который предложил его в 1900.
Введение
Закон Планка говорит нам, что с ростом температуры любой излучающей поверхности все больше и больше энергии будет выделяться в виде инфракрасной энергии. Чем выше температура объекта, тем больше будет инфракрасного излучения. По мере увеличения интенсивности (мощности) излучаемые частоты становятся шире, а максимальная длина волны становится короче. При очень высоких температурах будет производиться не только инфракрасный, но и некоторый видимый свет с более короткой длиной волны. Сначала это проявляется в виде тусклого красного свечения, затем оранжевого, желтого и, наконец, белого. На рисунке 1 показаны типичные кривые Планка для диапазона температур, которые были нанесены на график от 1050 ° C до 50 ° C.
Красная кривая, соответствующая 1050 ° C, показывает самый сильный выход. Он показывает самую высокую выходную мощность, и его пик составляет около 2.5 микрон. Затем следует кривая при 850 ° C, где пиковая энергия составляет менее половины энергии, полученной при 1150 ° C. Когда температура снижается, уровни энергии также падают, а длина волны пика энергии смещается в сторону более длинных волн. Самые низкие температуры из кривых 250 ° C, 100 ° C и 50 ° C не видны на графике.
Когда график увеличен, чтобы увидеть более низкие температурные кривые, этот сдвиг в сторону более длинных волн становится более очевидным. Однако интенсивность мощности значительно падает.
Это показано на рисунке 2. При 250 ° C синяя кривая имеет приблизительный пик около 6 микрон, тогда как при 100 ° C длина волны пика составляет около 7.5 микрон. Отметим также, что длина волны распределена более равномерно и не имеет концентрированного узкого пика, наблюдаемого при более высоких температурах.
Если мы снова увеличим тот же график и сосредоточимся только на более низких температурах, как показано на рисунке 3, мы увидим, что температуры 50 ° C и 25 ° C имеют пиковые длины волн около 9 и 10 микрон соответственно.
На последнем графике, показанном на рисунке 4, показана кривая, показывающая максимальную длину волны в зависимости от температуры. Это построено из закона Вены. Увеличение пиковой длины волны при падении температуры хорошо видно.
Обзор
Закон Планка описывает электромагнитное излучение, испускаемое черным телом в тепловом равновесии при определенной температуре. При построении графика для различных температур нагревателя (эмиттера) закон предсказывает
- диапазон частот, через которые будет производиться инфракрасная энергия нагрева
- мощность излучения для данной длины волны
При выборе инфракрасного излучателя для конкретной задачи нагрева большое значение имеют характеристики поглощения целевого материала. В идеале, излучаемые частоты инфракрасного излучения и частоты поглощения целевого материала должны совпадать, чтобы обеспечить наиболее эффективную передачу тепла. Однако, как видно из предыдущих графиков, при более длинных волнах количество передаваемой энергии будет меньше из-за более низких температур излучателя, поэтому время нагрева обычно будет больше.
Чем короче длина волны, тем выше температура излучателя, и доступная мощность инфракрасного излучения быстро увеличивается.
