ТЕОРИЯ ИНФРАКРАСНОГО ТЕПЛА
Как и в любом новом деле, отсутствие информации по
теме "Инфракрасные обогреватели" ведет только к рождению мифов и разного
рода домыслов.
Инфракрасный тепловой поток – что же это такое ?
- Это опасное излучение (радиация) ?!, которого следует избегать любой ценой ?
- или просто необходимость, без которой невозможно жить ?
- Часть солнечного света или электромагнитные волны?
Давайте попробуем разобраться.
Инфракрасную область спектра обычно условно разделяют на 3 диапазона :
- ближний 0,74 – 2,5 мкм
- средний 2,5 – 5.0 мкм
- длинноволновый 5.0 – 400 мкм
Инфракрасные лучи были открыты в 1800
английским учёным В. Гершелем, который обнаружил, что в полученном с помощью призмы спектре Солнца за границей
красного света (т. е. в невидимой части спектра) температура термометра повышается.
В XIX веке. было доказано, что Инфракрасные лучи. подчиняются законам оптики и, следовательно, имеют ту же природу,
что и видимый свет.
В 1923 советский физик Глаголева-Аркадьева А. А. получила радиоволны с длиной волны ~ 80 мкм, т. е. соответствующие
инфракрасному диапазону длин волн.
Таким образом, экспериментально было доказано, что существует непрерывный переход от видимого спектра к инфракрасным
лучам и к радиоволновому диапазонуи, следовательно, все они имеют электромагнитную природу.
Спектр инфракрасных лучей так же как и спектр видимых ультрафиолетовых лучей, может состоять из отдельных линий, полос
или быть непрерывным в зависимости от природы источника.
Проходя через земную атмосферу инфракрасный поток ослабляется в результате рассеяния и поглощения.
Азот и кислород воздуха не поглощают инфракрасные лучи и ослабляют его лишь в результате рассеяния.
Пары воды, углекислый газ, озон и др. примеси, имеющиеся в атмосфере, селективно поглощают инфракрасные лучи.
Наличие в атмосфере взвешенных частиц — дыма, пыли, мелких капель воды (дымка, туман) — приводит к дополнительному
ослаблению инфракрасного потока, в результате рассеяния его на этих частицах.
ИСТОЧНИКИ инфракрасного теплового потока
Самым большим и мощным источником инфракрасных лучей является Солнце, около 50% излучения которого лежит в инфракрасной области.
Мощным источником инфракрасных лучей является угольная электрическая дуга с температурой ~ 3900 К, лучевой спектр которой близок
к спектру чёрного тела, а также различные газоразрядные лампы (импульсные и непрерывного горения).
В научных исследованиях, например, при получении спектров инфракрасного поглощения в разных областях спектра применяют специальные
источники инфракрасных лучей - ленточные вольфрамовые лампы, штифт Нернста, глобар, ртутные лампы высокого давления и др.
Лучистая энергия некоторых оптических квантовых генераторов — лазеров также лежит в инфракрасной области спектра; например, излучение
лазера на неодимовом стекле имеет длину волны 1,06 мкм, лазера на смеси неона и гелия — 1,15 мкм и 3,39 мкм, лазера на углекислом газе
— 10,6 мкм, полупроводникового лазера на InSb — 5 мкм.
Значительная доля (от 70 до 80%) энергии излучения ламп накаливания с вольфрамовой нитью приходится на инфракрасное излучение.
При фотографировании в темноте и в некоторых приборах ночного наблюдения лампы для подсветки снабжаются инфракрасным светофильтром,
который пропускает только инфракрасные лучи
Так же необходимо знать, что все тела, твердые и жидкие, нагретые до определенной температуры передают тепловую энергию посредством
лучистого теплообмена в инфракрасном спектре другим телам.
При этом длины волн, передаваемые телом, зависят от температуры нагревания: чем выше температура, тем короче длина волны и выше интенсивность
теплового потока.
При температуре, не превышающей 300 градусов Цельсия, передача лучистой энергии происходит полностью в инфракрасном спектре. При этом тело с
читается темным (черным).
На способности тел передавать тепловую энергию посредством инфракрасного теплового потока основано действие различных устройств, например:
приборов ночного видения, инфракрасных микроскопов, телескопов, и конечно, инфракрасных нагревательных приборов.
Все это необходимо знать при выборе инфракрасного нагревателя.
ПРИМЕНЕНИЕ инфракрасной лучистой энергии
Впервые Инфракрасный нагрев в промышленном масштабе был применен в 30-х годах XX века в США на заводах Форда для сушки и обжига эмали на
кузовах автомобилей.
Источником энергии при инфракрасном нагреве служат инфракрасные нагреватели, состоящие из собственно источника энергии (нагретого тела) и
отражателя.
В зависимости от степени нагрева источников их условно подразделяют на низкотемпературные, среднетемпературные и высокотемпературные
В качестве источников применяют: трубчатые электрические нагреватели; зеркальные сушильные лампы; электрические нагреватели, состоящие из
вольфрамовой спирали, помещенной в герметическую кварцевую трубку, наполненную инертным газом и парами йода, и др.
Инфракрасные лучи находят широкое применение в научных исследованиях, при решении большого числа практических задач, в военном деле и пр.
В промышленности инфракрасные лучи применяется для сушки и нагрева материалов и изделий при направлении на них инфракрасного теплового потока,
а также для обнаружения скрытых дефектов изделий.
Исследование спектров испускания и поглощения в инфракрасной области используется при изучении структуры электронной оболочки атомов, для
определения структуры молекул, а также для качественного и количественного анализа смесей веществ сложного молекулярного состава, например
моторного топлива
На основе фотокатодов, чувствительных к инфракрасному тепловому потоку (для длины волны < 1,3 мкм), созданы специальные приборы —
электроннооптические преобразователи, в которых не видимое глазом инфракрасное изображение объекта на фотокатоде преобразуется в видимое.
На этом принципе построены различные приборы ночного видения (бинокли, прицелы и др.), позволяющие при облучении наблюдаемых объектов
инфракрасным излучением. от специальных источников вести наблюдение или прицеливание в полной темноте.
Создание высокочувствительных приёмников инфракрасного излучения позволило построить специальные приборы — теплопеленгаторы для обнаружения
и пеленгации объектов, температура которых выше температуры окружающего фона (нагретые трубы кораблей, двигатели самолётов, выхлопные трубы
танков и др.)
На принципе использования тепловых лучей объекта (цели) созданы также системы самонаведения на цель снарядов и ракет. Инфракрасные локаторы
и дальномеры позволяют обнаруживать в темноте любые объекты и измерять расстояния до них.
Оптические квантовые генераторы, излучающие в инфракрасной области, используются также для наземной и космической связи.
В настоящее время инфракрасное лучистое тепло широко применяется в современных СИСТЕМАХ ОТОПЛЕНИЯ (обогрева) жилых и производственных помещений.
Применение таких приборов, передающих тепловую энергию инфракрасным тепловым потоком отличается низким уровнем потребления энергии, что позволяет
получать значительное снижение затрат и экономию средств на отопление в холодное время года.