Що таке інфрачервоне випромінювання та його значення в інфрачервоній сауні
Відкриття інфрачервоного випромінювання відбулося в 1800 р. Англійський вчений В. Гершель виявив, що в отриманому спектрі Сонця за кордоном червоного світла (тобто в невидимій частині спектра) температура термометра підвищується. Термометр, розташований за червоною частиною сонячного спектру, показав підвищену температуру порівняно з контрольними термометрами, розташованими збоку.
Інфрачервону область спектра згідно з міжнародною класифікацією [18] поділяють: - на ближню ІЧ-А (від 0.7 до 1.4 мкм); - середню ІЧ-В (1.4 - 3 мкм); - далеку ІЧ-С (понад 3 мкм).
Усі нагріті тверді тіла випромінюють безперервний інфрачервоний спектр. Це означає, що у випромінюванні присутні хвилі з усіма без винятку частотами, і говорити про випромінювання на певній хвилі, безглузде заняття. Нагріте тверде тіло випромінює дуже широкому інтервалі довжин хвиль.
При низьких температурах (нижче 400 ° С) випромінювання нагрітого твердого тіла майже повністю розташоване в інфрачервоній області, і таке тіло здається темним. При підвищенні температури частка випромінювання у видимій ділянці збільшується, і тіло спочатку здається:
Білим різної яскравості. 1200-1400 ° С
При цьому зростає повна енергія випромінювання, так і енергія інфрачервоного випромінювання. При температурах понад 1000°С нагріте тіло починає випромінювати ультрафіолетове випромінювання.
Закони теплового випромінювання
Абсолютно чорне тіло є еталонним тілом теорії теплового випромінювання. І, хоча в природі немає абсолютно чорного тіла, досить просто реалізувати модель, для якої поглинальна здатність на всіх частотах зневажливо мало відрізнятиметься від одиниці. Нижче наведені закони справедливі АЧТ.
Основний закон теплового випромінювання Планкавстановлює залежність випромінювальної здатності тіла R від довжини хвилі λ і температури тіла T.
Залежність R від довжини хвилі за постійної температури показано малюнку. Потужність випромінювання має максимум при деякому значенні max.
Хоча спектр змінюється зі зміною температури, він має загальні закономірності, які не залежать від T, якщо виразити хвилі в безрозмірній одиниці λ / λ max . Тоді частка випромінюваної енергії у різних ділянках залежить від температури (частка % від повної енергії наведено малюнку). Корисно запам'ятати, що приблизно 90% енергії посідає спектральний інтервал λ / λ max = 0,5 … 3,0 , тобто. від l max /2 до 3 l max.
Закон усунення Вина. Довжина хвилі l max , що відповідає максимальній спектральній щільності випромінюваності АЧТ, обернено пропорційна температурі: l max = 2.9 / T, де C - постійна.
ЗаконСтефана-Больцмана.Випромінювальність АЧТ, тобто. повна потужність випромінювання з одиничної площі, пропорційна четвертого ступеня температури: R = σT 4 де σ - Постійна Стефана-Больцмана.
Теоретично теплового випромінювання часто користуються ідеалізованою моделлюреальних тіл - поняттям "сіре тіло". Тіло називається "сірим", якщо його коефіцієнт поглинання однаковий для всіх частот і залежить тільки від температури матеріалу та стану його поверхні. Насправді реальне фізичне тіло за своїми характеристиками наближається до сірого тіла лише у вузькому діапазоні частот випромінювання.
Закон теплового випромінювання Кірхгофа.Відношення спектральної щільності енергетичної світності тіла до його монохроматичного коефіцієнта поглинання не залежить від матеріалу тіла (тобто однаково для всіх тіл) і дорівнює спектральній щільності енергетичної світності абсолютно чорного тіла. Ця величина є функцією лише температури та частоти випромінювання.
Наслідки закону Кірхгофа.
Оскільки коефіцієнт поглинання для будь-якого тіла менше одиниці, то випускна здатність будь-якого тіла для даної частоти випромінювання менша за таку для чорного тіла. Інакше кажучи, чорне тіло за будь-якої температури і частоти випромінювання є найбільш інтенсивним джерелом випромінювання.
Якщо тіло не поглинає випромінювання у будь-якій області спектра, воно і випромінює у цій галузі спектра.
Для цієї температури сильніше випромінюють ті сірі тіла, які мають великий коефіцієнт поглинання.
Іінтенсивність опромінення від нагрітої поверхні або через отвір у печі можна визначити за формулою (при L ≥F 0.5 )
E =0,91F((T/1000) 4 -A)/ L 2
де Е – інтенсивність опромінення, Вт/м2; F - площа випромінюючої поверхні, м2; l - відстань від центру випромінюючої поверхні до об'єкта, що опромінюється, м; A = 85 - для шкіри людини та бавовняної тканини; А = 100 - постійний коефіцієнт для сукна.