Тепловые источники инфракрасного излучения

Введение 

Инфракра́сное  излуче́ние — электромагнитное излучение, занимающее спектральную область между красным концом видимого света (с длиной волны λ = 0,74 мкм) и микроволновым излучением (λ ~ 1—2 мм).

Сейчас весь  диапазон инфракрасного излучения  делят на три составляющих:

• коротковолновая область: λ = 0,74—2,5 мкм;
• средневолновая область: λ = 2,5—50 мкм;
• длинноволновая область: λ = 50—2000 мкм;

История открытия 

Источники инфракрасного излучения  
 

• В производственных условиях выделение тепла возможно от:
• плавильных, нагревательных печей и других термических устройств;
• остывания нагретых или расплавленных металлов;
• перехода в тепло механической энергии, затрачиваемой на привод основного технологического оборудования;
• перехода электрической энергии в тепловую и т.п.
• Около 60% тепловой энергии распространяется в окружающей среде путём инфракрасного излучения. Лучистая энергия, проходя почти без потерь пространство, снова превращается в тепловую. Тепловое излучение не оказывает непосредственного воздействия на окружающий воздух, свободно пронизывая его.

Источники инфракрасного излучения 

Производственные  источники лучистой теплоты по  характеру излучения можно разделить  на четыре группы:

• с температурой излучающей поверхности до 500С (наружная поверхность печей и др.); их спектр содержит инфракрасные лучи с длиной волны 1,9-3,7 мкм;
• с температурой поверхности от 500 до 1300oС (открытое пламя, расплавленный чугун и др.); их спектр содержит преимущественно инфракрасные лучи с длиной волны 1,9-3,7 мкм;
• с температурой от 1300 до 1800oС (расплавленная сталь и др.); их спектр содержит как инфракрасные лучи вплоть до коротких с длиной волны 1,2-1,9 мкм, так и видимые большой яркости;
• с температурой выше 1800oС (пламя электродуговых печей, сварочных аппаратов и др.); их спектр излучения содержит, наряду с инфракрасными и видимыми, ультрафиолетовые лучи.

• Инфракрасное  излучение генерируется любым  нагретым телом, температура которого  определяет интенсивность и спектр  излучаемой электромагнитной энергии. Нагретые тела, имеющие температуру  выше 100oС, являются источником коротковолнового  инфракрасного излучения.
• Одной из количественных характеристик излучения является интенсивность теплового облучения, которую можно определить как энергию, излучаемую с единицы площади в единицу времени (ккал/(м2· ч) или Вт/м2).
• Измерение интенсивности тепловых излучений иначе называют актинометрией (от греческих слов асtinos - луч и metrio - измеряю), а прибор, с помощью которого производят определение интенсивности излучения, называется актинометром.
• В зависимости от длины волны изменяется проникающая способность инфракрасного излучения. Наибольшую проникающую способность имеет коротковолновое инфракрасное излучение (0,76-1,4 мкм), которое проникает в ткани человека на глубину в несколько сантиметров. Инфракрасные лучи длинноволнового диапазона (9-420 мкм) задерживаются в поверхностных слоях кожи.

      Законы теплового излучения 
 

• Основной  закон теплового  излучения Планка устанавливает зависимость испускательной способности тела R от длины волны λ и температуры тела T.

Законы теплового излучения 

• Закон  смещения Вина. Длина волны l^max, соответствующая максимальной спектральной плотности излучательности АЧТ, обратно пропорциональная температуре: lmax = 2.9/T, где C - постоянная.

 

• Закон  Стефана-Больцмана. Излучательность АЧТ, т.е. полная мощность излучения с единичной площади, пропорциональна четвертой степени температуры: R=σT⁴, где σ - постоянная Стефана-Больцмана.

 

• Закон  теплового излучения Кирхгофа. Отношение спектральной плотности энергетической светимости тела к его монохроматическому коэффициенту поглощения не зависит от материала тела (т. е одинаково для всех тел) и равно спектральной плотности энергетической светимости абсолютно черного тела. Данная величина является функцией только температуры и частоты излучения.

Инфракрасный спектрометр 
 

• Инфракрасный  спектрометр — прибор для физико-химических исследований, регистрации

    (и записи) инфракрасного спектра поглощения, спектра пропускания или (с приставкой) спектра отражения веществ.

• Состоит из источника инфракрасного излучения, оптической системы и электронной системы.

Применение 

• Медицина
• Дистанционное управление
• При покраске
• Стерилизация пищевых продуктов
• Антикоррозийное средство
• Пищевая промышленность
• Проверка денег на подлинность

Диапазон ИК излучения

ИК-отопление 
 
 
 

       

Инфракрасное  отопление  Отопление тёплым воздухом

Преимущества ИК отопления 
 

• Традиционные  водяные системы отопления отнимают  очень много сил и средств  по подготовке их для работы  в зимний период. Так как необходимо  нагреть весь объем воздуха  в помещении. Нагрев происходит  медленно, а большая часть теплого  воздуха уходит вверх под потолок. При этом не всегда достигается  основная цель - создание необходимых  санитарно-гигиенических условий  для производительного труда.

Сравнение принципов действия обычного и ИК отопления 
 

Традиционное  отопление   ИК отопление

Основные недостатки конвективных систем  
 

• Большие потери  энергии при их передачи от  источника до потребителя (15-25%);
• Теплый воздух поднимается верх и прежде греет потолок, а там обычно вытяжная вентиляция и получается, что мы греем улицу;
• Инерционность конвективной системы (длительное время прогрева);
• Большая трудоемкость при монтаже, ремонте;
• В случае аварии может разрушиться вся система отопления (разморозиться).

Основные достоинства ИК отопления 

• быстро прогревает  помещение и поддерживает оптимальную  температуру в зоне пребывания  людей;
• обеспечивает возможность снижения температуры в помещении без потери ощущения комфорта;
• обеспечивает значительное снижение потребления энергоресурсов (от 40 до70%) в 8 -10 раз снижаются;
• прямые затраты на отопления;
• простота в монтаже, надежность и безопасность в работе;
• широкий выбор мощностей горелок и длины обогревателя;