Инфрацрвена: Закони о грејању

Основни закони инфрацрвеног грејања

Како се развијало ИЦ грејање, тако је и фундаментална наука која подупире рад његовог преноса топлоте, али примењују се три главна закона:

• Закон Стефан-Болтзманн: Даје укупну снагу зрачену на одређеној температури из извора ИР.
• Планцков закон: Даје спектралну расподелу зрачења из извора црног тела - оног које емитује КСНУМКС% зрачења на одређеној температури.
• Бечки закон: Слиједом Планцковог закона, ово предвиђа таласну дужину на којој је спектрална расподјела зрачења које црно тијело емитира на максималној тачки.

Закон Стеффан-Болтзманна

Стеффан-Болтзманн закон односи се првенствено на инфрацрвену емисију. Израчунавање снаге зрачења из ИР извора на основу температуре површине објекта и заједно са фактором црног тела. Савршено црно тело има фактор 1 - код осталих материјала који се у њему разликују (види табелу доле). Када дозволимо емисивност нормалних материјала, Стефан-Болтзманн закон постаје:

Унутар дефиниције Кирцххоффовог закона топлотног зрачења, за свако произвољно тело које емитује и апсорбује термално зрачење, емисивност је једнака његовој апсорптивности. То значи да је емисивност корисна за одређивање колико ће се површина апсорбирати, као и емитирати.

Табела емисивности разних површина

Полирани алуминијум КСНУМКС	Месинг полирани КСНУМКС	Брончано полирани КСНУМКС
Угљен (чађ од свећа) КСНУМКС	Керамички (глазирани порцулан) КСНУМКС	Хромирани полирани КСНУМКС
Бетон КСНУМКС	Бакрено полирани КСНУМКС	Бакар оксидовао КСНУМКС
Стаклени кварчни КСНУМКС	Гвожђе полирано КСНУМКС	Гвожђе захрђало КСНУМКС
Пластична непрозирна КСНУМКС	Сребрно полирани КСНУМКС	Полирани КСНУМКС од нехрђајућег челика
КСНУМКС оксидовани од нехрђајућег челика	вода КСНУМКС

Употреба овог закона значи да сада можемо израчунати нето пренос топлоте између две емитоване површине на ТКСНУМКС и ТКСНУМКС. Како оба емитују, нето пренос снаге ће бити разлика између оба емитирана излаза снаге.

Планцков закон

Планцков закон описује електромагнетно зрачење које емитује црно тело у топлотној равнотежи на одређеној температури. Име је добио по Маку Планцку, немачком физичару који га је предложио 1900. године.

Када се цртају за различите температуре грејача, Планцков закон предвиђа:

1. Распон фреквенција преко којих ће се производити инфрацрвена енергија грејања
2. Емисијска снага за дату таласну дужину

Молимо погледајте „Објашњења о Планцковом закону“ испод.

Закон о расељавању Беча

Виен-ов закон следи од Планцковог закона и предвиђа таласну дужину на којој је спектрална расподјела зрачења које црно тело емитује на максималној тачки.

Савршено црно тело је површина која не одражава ништа и емитује чисто топлотно зрачење. Графикон снаге наспрам таласне дужине савршеног црног тела назива се спектар црног тела (види дијаграм доле). Уочите тачкану црвену линију која се формира када повежемо максималне тачке сваке кривуље температуре на Планцкову расподелу и повежемо их.

Како температура расте, топлотно зрачење производи краћу таласну дужину, већу енергију светлости. Из графикона у наставку видимо како сијалица производи одређену количину енергије са само малим делом у видљивом спектру. Како температура расте и максимална таласна дужина постаје краћа, већа је и количина зрачене енергије.

Графикон такође показује да стена на собној температури неће "светлити", јер се кривуља за КСНУМКС ° Ц не шири у видљиви спектар. Како се предмети загревају, почињу да емитују видљиву светлост или сјај. На КСНУМКС ° Ц предмети светле црвено. На КСНУМКС ° Ц, боја је жуто-наранџаста, а на КСНУМКС ° Ц постаје бела.

Два друга научна закона информишу о практичној примени инфрацрвене зрачене топлоте - Закон обрнутог квадрата Ламбертов закон о косинима.

Закон обрнутог квадрата

Закон обрнутог квадрата дефинише однос зрачења енергије између ИР извора и његовог објекта - да интензитет по јединици површине варира обрнуто пропорционално квадрату те удаљености. Међутим, у пракси је Закон обрнутог квадрата мање ефикасан када се ради о великим паралелним површинама, као што су грејане плоче и системи пећи.

Ламбертов закон о косинима

Ламбертов Цосине-ов закон омогућава израчунавање ИР интензитета када се зрачење не примењује директно на тело циља већ је постављено под углом. Овај закон се углавном односи на мале изворе који зраче на релативно великој удаљености.

Инфрацрвени емитери који се користе у индустријском грејању углавном имају корисну таласну таласну таласну дужину у распону од КСНУМКС до КСНУМКС μм. Унутар овог распона постоје три пододјеле које су дугачки, средњи и кратки талас.

Дуги таласни емитери, познати и под називом инфрацрвени инфрацрвени (ФИР), имају распон вршних емисија у распону КСНУМКС-КСНУМКС μм. Овај опсег се генерално односи на керамичке елементе који се састоје од легура од високе температуре отпорности уграђеног у чврсто или шупље конструисано високо-емисијско керамичко тело. Керамички емитери се производе у великом броју индустријских величина, са равним или закривљеним (у стилу корита) које емитују површине.

Краће вршне таласне таласне дужине постижу се коришћењем извора емисије са вишом површинском температуром. Кварцни емитери у облику касете доступни су у сличним индустријским величинама као у керамичким и састоје се од низа прозирних кварцних цеви уграђених у кућиште од полираног алуминија. Ови емитери могу радити са вишом температуром предње површине и емитују се у распону дугог до средњег таласа.

На краћем крају средњег таласног опсега налази се кварцни волфрамов емитер који се састоји од запечаћене линеарне прозирне кварцне цеви која садржи звездасто обликовану волфрамову завојницу. Волфрам завојница обезбеђује брзо време одзива са ниском термичком инерцијом.

Кратко-таласни кварцни халоген има сличну конструкцију као брзи-средњи таласни емитер волфрама, осим што се користи округли волфрамски намот и кварцне цеви су напуњене халогеним гасом. Виша температура завојнице резултира стварањем беле светлости и вршном таласном таласном дужином емисије у кратком таласном опсегу.

Објашњења о Планцковом закону

Планцков закон нам каже да како се температура било које емитоване површине повећава, све више и више енергије ће се ослобађати као инфрацрвена енергија. Што је виша температура објекта, то ће се произвести већа количина инфрацрвене енергије. Као што постају интензивнији (снаге), емитиране фреквенције постају шире, а вршна таласна дужина постаје краћа.

На врло високим температурама, не само инфрацрвеним, стварат ће се и свјетлост краће таласне дужине. О томе сведочи најпре црн сјај црвене боје, затим наранџасти, жути и на крају бели. Слика КСНУМКС (доле) приказује типичне Планцкове кривуље за распон температура приказаних од КСНУМКС ° Ц до КСНУМКС ° Ц.

Ружичаста кривуља која одговара КСНУМКС ° Ц показује најјачи учинак. Показује највећи излаз снаге и његов врх је око КСНУМКС микрона. Након тога следи крива на КСНУМКС ° Ц где је вршна енергија мања од половине енергије произведене на КСНУМКС ° Ц.

Како се температура смањује, нивои енергије такође опадају, а вршна таласна таласна дужина се пребацује на веће таласне дужине. Најниже температуре кривуља КСНУМКС ° Ц, КСНУМКС ° Ц и КСНУМКС ° Ц се не могу видјети на графикону, али када се графикон повећа да се виде кривуље нижих температура, прелазак на веће таласне дужине је очитији. Међутим, интензитет снаге знатно опада.

То је приказано на слици КСНУМКС (доле). На КСНУМКС ° Ц може се видети да плава крива има приближни врх ~ КСНУМКС микрона, док је на КСНУМКС ° Ц вршна таласна дужина ~ КСНУМКС микрона. Имајте на уму и да је опсег таласне дужине равномерно распоређен и да не показује концентрисани уски врх примећен на вишим температурама.

Ако поново повећамо исти графикон и фокусирамо се само на ниже температуре као што је приказано на слици КСНУМКС (доле), видећемо да температуре КСНУМКС ° Ц и КСНУМКС ° Ц имају вршне таласне дужине ~ КСНУМКС и КСНУМКС микрона.

Применом ових података

Као стручњаци у нашој области, надамо се да ће вам ове странице са информацијама помоћи да боље разумете инфрацрвену везу. Најважније је знати који је ваш материјал и шта вам треба од вашег материјала. За остало вас можемо саветовати!