Infrakuqe: Ligjet e ngrohjes

Ligjet themelore të ngrohjes me infra të kuqe

Ndërsa ngrohja IR ka evoluar, gjithashtu ka edhe shkenca themelore që mbështet punën e transferimit të saj, por zbatohen tre ligje kryesore:

• Ligji Stefan-Boltzmann: Jep fuqinë totale të rrezatuar në një temperaturë specifike nga një burim IR.
• Ligji i Planck: Jep shpërndarjen spektrale të rrezatimit nga një burim i zi i trupit - ai që lëshon rrezatim 100% në një temperaturë specifike.
• Ligji i Wien-it: Në vijim të Ligjit të Planck, kjo parashikon gjatësinë e valës në të cilën shpërndarja spektrale e rrezatimit të lëshuar nga një trup i zi është në një pikë maksimale.

Ligji Steffan-Boltzmann

Ligji Steffan-Boltzmann lidhet kryesisht me emissivity infra të kuqe. Llogaritja e rrezatimit të energjisë nga një burim IR bazuar në temperaturën e sipërfaqes së objektit dhe së bashku me një faktor të trupit të zi. Një trup i zi perfekt ka një faktor 1 - me materiale të tjera që ndryshojnë në atë faktor (shih tabelën më poshtë). Kur lejojmë lëshimin e materialeve normale, Ligji Stefan-Boltzmann bëhet:

Brenda përkufizimit të ligjit të Kirchhoff për rrezatimin termik, për çdo organ arbitrar që lëshon dhe thith rrezatimin termik, emisiviteti është i barabartë me absorbueshmërinë e tij. Kjo do të thotë që emisiviteti është i dobishëm për të përcaktuar se sa një sipërfaqe do të thithë, si dhe lëshon.

Tabela e emissivitetit të sipërfaqeve të ndryshme

Alumini i lëmuar 0.09	Bronzi i lëmuar 0.03	Bronzi i lëmuar 0.10
Karboni (bloza e qirinjve) 0.95	Qeramike (porcelani me xham) 0.92	Chromium lëmuar 0.10
Betoni 0.85	Bakri i lëmuar 0.02	Bakri oksidohet 0.65
Kuarci i shkrirë qelqi 0.75	0.21 i lëmuar me hekur	Hekuri i ndryshkur 0.65
0.95 i errët plastik	0.05 i lëmuar me argjend	0.16 i lëmuar prej çeliku inox
Steelelik inox oksidohet 0.83	Uji 0.96

Përdorimi i këtij ligji do të thotë që ne tani mund të llogarisim transferimin neto të nxehtësisë midis dy sipërfaqeve që lëshojnë emisione në T1 dhe T2. Ndërsa të dy lëshojnë, transferimi i energjisë neto do të jetë diferenca midis të dy prodhimeve të energjisë së emetuar.

Ligji i Planck-ut

Ligji i Planck përshkruan rrezatimin elektromagnetik të emetuar nga një trup i zi në ekuilibrin termik në një temperaturë të caktuar. Isshtë emëruar pas Max Planck, një fizikan gjerman i cili e propozoi atë në 1900.

Kur planifikohet për temperatura të ndryshme të ngrohësit (emetuesit), ligji i Planck parashikon:

1. Gama e frekuencave përgjatë të cilave do të prodhohet energjia e ngrohjes infra të kuqe
2. Fuqia emisive për një gjatësi vale të caktuar

Ju lutemi shihni më poshtë 'shënimet shpjeguese mbi Ligjin e Planck-ut.

Ligji i zhvendosjes së Wien-it

Ligji i Wien's është një vijim i Ligjit të Planck dhe parashikon gjatësinë e valës në të cilën shpërndarja spektrale e rrezatimit të lëshuar nga një trup i zi është në një pikë maksimale.

Një trup i zi i përsosur është një sipërfaqe që nuk pasqyron asgjë dhe lëshon rrezatim të pastër termik. Grafiku i fuqisë kundrejt gjatësisë së valës për një trup të përsosur të zi quhet spektri i trupit të zi (shiko diagramin më poshtë). Vini re vijën e kuqe të pikturuar të formuar kur lidhim pikat maksimale të secilës kurbë të temperaturës në shpërndarjen e Planck dhe i lidhim ato.

Ndërsa temperatura rritet, rrezatimi termik prodhon gjatësi më të shkurtër vale, dritë më të lartë energjie. Nga grafiku më poshtë, ne mund të shohim se si një llambë e dritës prodhon një sasi të caktuar të energjisë me vetëm një pjesë të vogël në spektrin e dukshëm. Ndërsa temperatura rritet dhe gjatësia e valës së pikut bëhet më e shkurtër, aq më e madhe është sasia e energjisë së rrezatuar.

Grafiku tregon gjithashtu se një shkëmb në temperaturën e dhomës nuk do të "shkëlqejë" pasi kurba për 20 ° C nuk shtrihet në spektër të dukshëm. Ndërsa objektet nxehen, ata fillojnë të japin dritë të dukshme ose shkëlqim. Në objektet 600 ° shkëlqejnë një të kuqe të shurdhër. Në 1,000 ° C, ngjyra është e verdhë-portokalli, duke u kthyer në të bardhë në 1,500 ° C.

Dy ligje të tjera shkencore informojnë zbatimin praktik të nxehtësisë rrezatuese infra të kuqe - Ligji i sheshit të kundërt Ligji i kozmetikës së Lambert.

Ligji i sheshit të kundërt

Ligji Inverse Square përcakton marrëdhënien e energjisë rrezatuese midis një burimi IR dhe objektit të tij - që intensiteti për njësi të zonës ndryshon në proporcion të kundërt me katrorin e asaj distance. Sidoqoftë, në praktikë, Ligji i Sheshit Invers është më pak efektiv kur bëhet fjalë për sipërfaqe të mëdha paralele, të tilla si pllaka të nxehta dhe sisteme furre.

Ligji i kozmetikës së Lambert

Ligji Cosine i Lambert lejon llogaritjen e intensitetit të IR kur rrezatimi nuk zbatohet drejtpërdrejt në trupin e synuar, por vendoset në një kënd. Ky ligj zbatohet kryesisht për burime të vogla që rrezatojnë në një distancë relativisht të madhe.

Emetuesit me infra të kuqe të përdorura në ngrohjen industriale në përgjithësi kanë një gjatësi vale të përdorshme të emetimit kulmin në intervalin 0.75 deri 10 μm. Brenda këtij diapazoni, ekzistojnë tre nën-ndarje të cilat janë valë e gjatë, e mesme dhe e shkurtër.

Emetuesit e valëve të gjata, të njohura edhe si infra të kuqe të largët (FIR), kanë një varg pikash emetimi në varg μmn 3-10. Ky varg zakonisht i referohet elementeve qeramike të cilat përbëhen nga një mbështjellje aliazh rezistence ndaj temperaturës së lartë të ngulitur në një trup qeramik të ngurtë ose të ngopur të ndërtuar. Emetuesit qeramikë prodhohen në një numër madhësish standarde të industrisë me sipërfaqe emetuese të sheshta ose të lakuara (përmes stilit).

Gjatësia e valëve të emetimit të pikut më të shkurtër arrihet duke përdorur burime të emetimit me temperatura më të larta të sipërfaqes. Emetuesit e stilit kasetë kuarc janë të disponueshëm në madhësi të ngjashme standarde të industrisë me atë të qeramikës dhe përbëhen nga një seri tubash kuarci të tejdukshëm të ndërtuar në një strehim të lëmuar të çelikut të aluminizuar. Këta emetues mund të funksionojnë me temperaturë më të lartë të sipërfaqes së përparme dhe lëshojnë në varg të gjatë deri në mes.

Në fundin më të shkurtër të intervalit të valës së mesme është emetuesi i tungstenit kuarc i cili përbëhet nga një tub linear i mbyllur kuarc i mbyllur kuarc që përmban një spirale tungsteni të dizajnit të yjeve. Spiralja e tungstenit siguron një kohë të shpejtë përgjigjeje me inerci të ulët termike.

Gama e shkurtër e halogjenit të kuarcit të valës së shkurtër është e konstruksionit të ngjashëm me atë të emetuesit të tungstenit me valë të mesme të shpejtë me përjashtim që është punësuar një spirale e rrumbullakët e tungstenit dhe tubat kuarc janë mbushur me gaz halogjen. Temperatura më e lartë e mbështjelljes rezulton në gjenerimin e dritës së bardhë dhe një gjatësi vale të pikut të emisioneve në intervalin e shkurtër të valës.

Shënime shpjeguese për Ligjin e Planck-ut

Ligji i Planck-it na thotë se me rritjen e temperaturës së çdo sipërfaqe që lëshon, gjithnjë e më shumë energji do të lëshohet si energji infra të kuqe. Sa më e lartë të jetë temperatura e objektit, aq më e madhe do të prodhohet sasia e energjisë infra të kuqe. Si dhe duke u bërë më i fortë (fuqia) frekuencat e emetuara bëhen më të gjera dhe gjatësia e valës kulmore bëhet më e shkurtër.

Në temperatura shumë të larta, jo vetëm infra të kuqe, do të prodhohen edhe disa dritë të dukshme me gjatësi vale të dukshme. Kjo dëshmohet së pari si një shkëlqim i shurdhër i kuq, pastaj në portokalli, të verdhë dhe më në fund të bardhë. Figura 1 (më poshtë) tregon kthesat tipike të Ligjit të Planck për një gamë të temperaturave të komplotuara nga 1050 ° C deri 50 ° C.

Kurba rozë që korrespondon me 1050 ° C tregon rezultatin më të fortë. Ai tregon prodhimin më të lartë të energjisë dhe kulmi i tij është rreth mikronëve 2.5. Kjo pasohet nga kurba në 850 ° C ku energjia e pikut është më pak se gjysma e asaj të prodhuar në 1150 ° C.

Ndërsa temperatura zvogëlohet, nivelet e energjisë gjithashtu bien, dhe gjatësia e valës së energjisë kulmin zhvendoset në gjatësinë e valëve. Temperaturat më të ulëta nga kthesat 250 ° C, 100 ° dhe 50 ° C nuk mund të shihen në grafik, por kur grafiku është zmadhuar për të parë kthesat e temperaturës më të ulët, kjo zhvendosje në gjatësi vale më të gjatë është më e dukshme. Sidoqoftë, intensiteti i fuqisë bie ndjeshëm.

Kjo është treguar në figurën 2 (më poshtë). Në 250 ° C, kurba blu mund të shihet të ketë një kulm të përafërt mic mikronë 6, ndërsa në 100 ° C gjatësia e valës kulmore është r mikronë 7.5. Vini re gjithashtu që shtrirja e gjatësisë së valës shpërndahet në mënyrë të barabartë dhe nuk shfaq kulmin e ngushtë të përqendruar të parë në temperatura më të larta.

Nëse e zgjerojmë përsëri të njëjtin grafik dhe përqendrohemi vetëm në temperaturat më të ulëta siç tregohet në figurën 3 (më poshtë), shohim që temperaturat prej 50 ° C dhe 25 ° C kanë gjatësi vale piku, përkatësisht r 9 dhe 10 mikronë.

Zbatimi i këtij informacioni

Si ekspertë të fushës sonë, shpresojmë që këto faqe informacioni t'ju ndihmojnë të kuptoni më mirë infra të kuqen. Gjëja më e rëndësishme është të dini se cili është materiali juaj dhe çfarë ju nevojitet për të bërë materialin tuaj. Ne mund t'ju këshillojmë për pjesën tjetër!