All posts by tha-musuhi

1. ลดระยะห่าง

ยิ่งระยะห่างระหว่างเครื่องทำความร้อนกับวัตถุที่ต้องการให้ความร้อนยิ่งมากเท่าไร อุณหภูมิก็ยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น

ในเครื่องทำความร้อนแบบจุดฮาโลเจนซีรีส์ HPH-60
ตามลำดับ f30>f60>f105 แม้ว่าจำนวนวัตต์จะเท่ากัน แต่อุณหภูมิจะลดลงเมื่อระยะห่างเพิ่มขึ้น

เมื่อแสงกระจายแสงก็จะลดลง ดังนั้นยิ่งระยะทางยิ่งใกล้ประสิทธิภาพการทำความร้อนก็จะยิ่งดีขึ้น
ปรากฏการณ์นี้ยังพบเห็นได้ในชีวิตประจำวันเช่นกัน โดยที่แหล่งกำเนิดแสงที่อยู่ห่างไกลจะสว่างน้อยกว่าบริเวณใกล้เคียง

2.ฉายรังสีในมุมแนวตั้ง

เมื่อให้ความร้อนด้วยกระจกคอนเดนเซอร์ชนิดแสงแบบขนานระยะห่างจากศูนย์กลางจะเท่ากันและมุมการฉายรังสีจะเป็นแนวทแยงและมุมการฉายรังสีจะเป็นแนวตั้ง อุณหภูมิของสิ่งต่าง ๆ เพิ่มขึ้น

3.ใช้แสงที่ไม่โดนวัตถุที่ถูกทำให้ร้อน

แผ่นสะท้อนแสงใช้สะท้อนแสงที่ไม่กระทบวัตถุเพื่อให้ความร้อนในทิศทางที่วัตถุได้รับความร้อน
วัสดุสะท้อนแสงใช้วัสดุที่มีการสะท้อนแสงสูง
เมื่อทำเช่นนี้ คุณสามารถเพิ่มความร้อนให้กับ “สิ่งที่ต้องให้ความร้อน” และ “พื้นผิวที่ติดตั้งสิ่งที่ให้ความร้อน”
แสงที่ไม่ถูกดูดซับจะถูกสะท้อนอีกครั้งและก่อให้เกิดความร้อน

นอกจากนี้เนื่องจากพื้นผิวที่จะให้ความร้อนและพื้นผิวที่ติดตั้งวัสดุที่ให้ความร้อนนั้นสัมผัสกัน
ใช้บนพื้นผิวที่จะติดตั้งวัสดุที่มีการดูดซับอินฟราเรดที่ดีและมีค่าการนำความร้อนสูง
พื้นผิวดูดซับแสงและร้อนขึ้น และหากพื้นผิวร้อนขึ้น ก็สามารถถ่ายเทความร้อนไปยังวัตถุที่ถูกให้ความร้อนได้
วิธีนี้ได้ผลแม้ว่าคุณจะไม่ได้ใช้รีเฟลกเตอร์ก็ตาม

6.Re-reflective Heating Method

วิธีการให้ความร้อนการสะท้อนอีกครั้งอินฟราเรดคืออะไร?

2024年5月7日 tha-musuhi

ภาพรวมของวิธีการให้ความร้อนการสะท้อนอีกครั้งอินฟราเรด

การทำความร้อนแบบรวมศูนย์โดยใช้หลอดฮาโลเจนจะใช้กระจกควบแน่นเพื่อรวมพลังงานแสงไปที่วัตถุเพื่อให้ร้อนที่อุณหภูมิสูง
จากแสงตกกระทบบนวัตถุที่จะให้ความร้อน ยิ่งแสงสะท้อนมากไม่รวมแสงที่ถูกดูดซับ อุณหภูมิของวัตถุก็จะยิ่งต่ำลง การทำความร้อนโดยใช้เพียงกระจกควบแน่นจะช่วยลดการใช้แสงสะท้อนนี้
ในวิธีการให้ความร้อนแบบสะท้อนกลับ แสงสะท้อนนี้จะถูกนำมาใช้ซ้ำโดยใช้วัสดุสะท้อนแสง ซึ่งมีส่วนช่วยให้ความร้อนและความสม่ำเสมอของอุณหภูมิของวัตถุที่จะให้ความร้อน

การให้ความร้อนแก่วัสดุสะท้อนแสงสูง

วัสดุที่มีการสะท้อนแสงอินฟราเรดสูงคือวัสดุที่มีการดูดกลืนแสงอินฟราเรดต่ำ วัสดุที่มีการดูดกลืนแสงอินฟราเรดต่ำอาจกล่าวได้ว่าให้ความร้อนที่อุณหภูมิสูงได้ยาก
การนำแสงอินฟราเรดที่สะท้อนกลับเข้าสู่วัสดุกลับมาใช้ใหม่ จะทำให้วัสดุร้อนขึ้นได้

การทำความร้อนของวัสดุขนาดเล็ก

ยิ่งมวลน้อย อุณหภูมิก็จะสูงขึ้นเร็วขึ้นเมื่อถูกความร้อน
การทำความร้อนแบบสะท้อนซ้ำเหมาะสำหรับการทำความร้อนวัสดุที่มีขนาดเล็กมากที่อุณหภูมิสูง การใช้เพียงกระจกควบแน่นทำให้สามารถเข้าถึงอุณหภูมิที่สูงกว่าวิธีการทำความร้อนได้มาก

เครื่องทำความร้อนสม่ำเสมอ

ในการทำความร้อนแบบควบแน่นโดยใช้หลอดฮาโลเจน แหล่งความร้อนคือจุดหรือเส้น ด้วยเหตุนี้ จึงมักคิดว่าการให้ความร้อนในรูปแบบ “ระนาบ” เป็นเรื่องยาก
ด้วยการเปลี่ยนระยะการฉายรังสีและการเปลี่ยนโฟกัส ทำให้เป็นไปได้ที่จะให้ความร้อนแก่รูปร่างของพื้นผิวโดยใช้การให้ความร้อนด้วยแสงควบแน่น ใช้วิธีการทำความร้อนแบบสะท้อนเพื่อให้ความร้อนสม่ำเสมอยิ่งขึ้น

วัสดุวัสดุสะท้อนแสง

ชุบทอง

เป็นวัสดุเคลือบทองสะท้อนแสงสูง
การชุบทองนั้นเปลี่ยนสีได้ยากและมีความทนทานต่อการกัดกร่อนได้ดีเยี่ยม

ขัดอลูมิเนียม

อลูมิเนียมขัดเงาเป็นวัสดุที่คุ้มค่าและสะท้อนแสงได้สูง
การสะท้อนกลับลดลงประมาณ 10% เมื่อเทียบกับการชุบทอง
สามารถขัดซ้ำได้จึงสามารถใช้งานได้นานหากได้รับการดูแล

Science of the Infrared rays

10. ความถ่วงจำเพาะ ความร้อนจำเพาะ และค่าการนำความร้อนของวัสดุหลัก

2024年5月6日 tha-musuhi

สมบัติทางความร้อนของสารต่างๆ

โลหะ

เรซิน

ยาง

แก้ว/เซรามิก

คนอื่น

[ศาสตร์แห่งรังสีอินฟราเรด สารบัญ]

Science of the Infrared rays

9. ข้อควรระวังในการใช้รังสีอินฟราเรด (Q&A)

2024年5月6日 tha-musuhi

Q: โลหะสามารถให้ความร้อนด้วยรังสีอินฟราเรดไกลได้หรือไม่?

ตอบ: เนื่องจากโลหะมีอิเล็กตรอนจำนวนมาก โดยทั่วไปพวกมันจะสะท้อนคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (รังสีอินฟราเรดไกล)
วัสดุที่มีค่าการนำไฟฟ้าที่ดี เช่น ทองคำและอะลูมิเนียม มีการสะท้อนแสงสูงและดูเหมือนจะให้ความร้อนได้ยาก
นอกจากนี้ วัสดุที่มีค่าการนำความร้อนที่ดียังกระจายความร้อนได้แม้ถูกความร้อน และอุณหภูมิก็ไม่สูงขึ้นง่าย
มีวิธีการเพิ่มอัตราการดูดซับโดยการออกซิไดซ์พื้นผิวหรือใช้สีทนความร้อน
รังสีอินฟราเรดช่วงคลื่นสั้นเหมาะสำหรับการทำความร้อนโลหะมากกว่ารังสีอินฟราเรดไกล
สำหรับอัตราการดูดกลืนแสงอินฟราเรดของโลหะ โปรดดู “ศาสตร์แห่งรังสีอินฟราเรด-6 อัตราการดูดซึมรังสีฟาร์รังอินฟราเรด”

Q: ฉันต้องการใช้รังสีอินฟราเรดไกลเพื่ออบอุ่นร่างกายตั้งแต่แกนกลาง ฮีตเตอร์ตัวไหนดีที่สุด?

ตอบ: พลังงานของรังสีอินฟราเรดไกลส่วนใหญ่ถูกดูดซับที่ระดับความลึกประมาณ 200 ไมโครเมตรจากผิวชั้นนอกและเปลี่ยนเป็นความร้อน
ความร้อนนี้จะถูกส่งผ่านไปยังภายในร่างกาย (แกนกลาง) ได้อย่างมีประสิทธิภาพผ่านทางเลือดและวิธีการอื่นๆ ซึ่งจะทำให้ร่างกายอบอุ่น
ผลลัพธ์จะเหมือนเดิมแต่ผิวของคุณอาจจะร้อนได้ ดังนั้นควรระมัดระวังเรื่องการควบคุมอุณหภูมิ

โนบุโอะ เทราดะ “ลักษณะการแทรกซึมของผิวหนังมนุษย์ในบริเวณอินฟราเรด”
N.Terada และคณะ “คุณสมบัติการแผ่รังสีสเปกตรัมของร่างกายมนุษย์ที่มีชีวิต”,
วารสารนานาชาติ Thermophys., vol.7, หน้า 1101-1113, 1986.

[ศาสตร์แห่งรังสีอินฟราเรด สารบัญ]

Science of the Infrared rays

8.การเปรียบเทียบรังสีอินฟราเรดไกลและรังสีอินฟราเรดใกล้

2024年5月6日 tha-musuhi

①ประเภทของรังสีอินฟราเรด

②ความแตกต่างในความถี่ = ความแตกต่างในความสามารถในการทำความร้อน

ตามที่เห็นได้ชัดเจนจาก “กฎการกระจัดของวีน” ยิ่งอุณหภูมิของเครื่องทำความร้อนสูงเท่าไร ก็จะยิ่งเปลี่ยนไปสู่รังสีอินฟราเรดช่วงคลื่นสั้นมากขึ้นเท่านั้น
รังสีอินฟราเรดช่วงคลื่นสั้นเหมาะสำหรับการทำความร้อนที่อุณหภูมิสูง

③ความแตกต่างในความถี่ = เสียงสะท้อนกับความถี่การสั่นสะเทือนตามธรรมชาติ

เมื่อความถี่ของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าตรงกับการสั่นสะเทือนของโมเลกุลของสาร (การสั่นสะเทือนแบบตาข่าย) พลังงานของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าจะถูกดูดซับ (การดูดซับด้วยคลื่นสะท้อน) การสั่นสะเทือนของโมเลกุลจะเพิ่มขึ้นและทำให้อุณหภูมิเพิ่มขึ้น
พลังงานที่จำเป็นในการกระตุ้นโมเลกุลให้สั่นสะเทือนและหมุนจะแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับโครงสร้างทางเคมีของโมเลกุล
ความเข้มของการดูดซับ/ความถี่ของพลังงานการดูดซึมนี้เรียกว่า “แถบการดูดซึม”
ดังนั้นวัสดุที่มีแถบดูดซับในแถบรังสีอินฟราเรดช่วงคลื่นสั้นจึงเหมาะสำหรับการทำความร้อนด้วยรังสีอินฟราเรดช่วงคลื่นสั้น
ในทำนองเดียวกัน วัสดุที่มีแถบดูดซับในช่วงรังสีอินฟราเรดไกลก็เหมาะสำหรับการทำความร้อนด้วยรังสีอินฟราเรดไกล

④พลังทะลุทะลวง = ร่างกายมนุษย์

รังสีอินฟราเรดช่วงคลื่นสั้นจะทะลุผ่านผิวหนังได้ลึกหลายมิลลิเมตร
การใช้คุณสมบัตินี้ ธนาคารและสถาบันอื่นๆ ได้แนะนำวิธีการตรวจสอบความถูกต้องของบุคคลโดยการตรวจสอบรูปแบบหลอดเลือดดำบนนิ้วมือและฝ่ามือที่มีรังสีอินฟราเรดช่วงคลื่นสั้น
พลังงานส่วนใหญ่ของรังสีอินฟราเรดไกลถูกดูดซับโดยพื้นผิวประมาณ 0.2 มม. จากผิว

⑤ พลังการเจาะ = บรรยากาศ

มีแถบในบรรยากาศที่มีแนวโน้มที่จะดูดซับรังสีอินฟราเรด
แถบขนาด 4.3 ไมครอน คือแถบดูดซับคาร์บอนไดออกไซด์
แถบขนาด 6.5 ไมครอน คือแถบดูดซับไอน้ำ
ย่านความถี่ที่มีการส่งผ่านรังอินฟราเรดที่ดีเรียกว่า “หน้าต่างบรรยากาศ” และใช้ในการสังเกตสภาพอากาศโดยดาวเทียมเทียม

⑥ความแตกต่างเนื่องจากสี

สีของวัตถุถูกกำหนดโดยความยาวคลื่นของแสงที่วัตถุดูดซับและความยาวคลื่นของแสงที่สะท้อน
ความยาวคลื่นของแสงที่สามารถมองเห็นได้ด้วยตาเปล่า (แสงที่มองเห็นได้) มีค่าประมาณ 0.4 ถึง 0.7 ไมโครเมตร
วัตถุสีขาวดูดซับแสงที่มองเห็นได้ไม่มากนักและสะท้อนแสงได้ ส่วนวัตถุสีดำจะดูดซับแสงที่มองเห็นได้น้อยและไม่สะท้อนแสง
หากเราดูเฉพาะช่วงแสงที่มองเห็นได้ วัตถุสีดำจะดูดซับพลังงานมากกว่าวัตถุสีขาว และอุณหภูมิจะเพิ่มขึ้น
รังสีอินฟราเรดช่วงคลื่นสั้นมีความยาวคลื่น 0.7 ถึง 3 ไมโครเมตร และอยู่ติดกับแสงที่ตามองเห็นได้
ไม่มีความสัมพันธ์โดยตรงระหว่างสีและความง่ายในการดูดซับรังสีอินฟราเรด
อย่างไรก็ตาม เนื่องจากความยาวคลื่นของแสงที่มองเห็นและรังสีอินฟราเรดช่วงคลื่นสั้นอยู่ติดกัน จึงมีความเป็นไปได้สูงที่วัตถุสีขาวจะมีคุณสมบัติในการสะท้อนรังสีอินฟราเรดช่วงคลื่นสั้น ในขณะที่วัตถุสีดำอาจมีคุณสมบัติในการดูดซับรังสีอินฟราเรดช่วงคลื่นสั้น
การประมาณแถบที่อยู่ติดกันจะอ่อนลงเมื่อความยาวคลื่นห่างออกไป ดังนั้นการประมาณจะอ่อนลงตามลำดับรังสีอินฟราเรดช่วงคลื่นสั้น >รังสีอินฟราเรดช่วงคลื่นกลาง > รังสีอินฟราเรดไกล
ในการอบแห้งสิ่งพิมพ์ หากคุณพิมพ์หมึกสีดำบนกระดาษสีขาวและแห้งเฉพาะหมึกสีดำ รังสีอินฟราเรดช่วงคลื่นสั้นจะเหมาะสมเนื่องจากพลังงานจะเข้มข้นอยู่ในหมึกสีดำ
ในทางกลับกัน รังสีอินฟราเรดไกลเหมาะสำหรับการพิมพ์สี เนื่องจากอัตราการดูดซับมีความแตกต่างกันเล็กน้อยขึ้นอยู่กับสี
เนื่องจากนวัตกรรมทางเทคโนโลยีโดยผู้ผลิตสีและฟิล์ม ผลิตภัณฑ์สีขาวจำนวนมากที่มีการดูดกลืนแสงรังอินฟราเรดสูง และผลิตภัณฑ์สีดำที่มีการสะท้อนแสงรังอินฟราเรดสูงจึงได้รับการพัฒนา

[ศาสตร์แห่งรังสีอินฟราเรด สารบัญ]

Science of the Infrared rays

7. การสร้างรังสีอินฟราเรดไกล

2024年5月6日 tha-musuhi

วิธีทั่วไปในการผลิตรังสีอินฟราเรดไกลเทียมคือการให้ความร้อนกับเซรามิก
มักใช้เซรามิกชั้นดีที่มีอลูมินาและเซอร์โคเนียมเป็นหลัก
ความยาวคลื่นและการแผ่รังสีจะเปลี่ยนแปลงไปขึ้นอยู่กับประเภทของเซรามิกและอุณหภูมิการให้ความร้อน
ความยาวคลื่นที่ปล่อยออกมาของวัสดุมีดังนี้

[ศาสตร์แห่งรังสีอินฟราเรด สารบัญ]

Science of the Infrared rays

6. อัตราการดูดซึมรังสีฟาร์รังอินฟราเรด

2024年5月6日 tha-musuhi

[ศาสตร์แห่งรังสีอินฟราเรด สารบัญ]

Science of the Infrared rays

5. กฎพื้นฐานสี่ประการของการแผ่รังสี

2024年5月6日 tha-musuhi

① กฎของพลังค์

แม็กซ์ คาร์ล เอิร์นสท์ ลุดวิก พลังค์ 23 เมษายน พ.ศ. 2401 – 4 ตุลาคม พ.ศ. 2490 นักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน
กฎของพลังค์เป็นสูตรในฟิสิกส์เกี่ยวกับการแผ่รังสีสเปกตรัมของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่แผ่ออกจากวัตถุสีดำ หรือการกระจายความยาวคลื่นของความหนาแน่นของพลังงาน มีความเป็นไปได้ที่จะอธิบายความกระจ่างสเปกตรัมของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าจากวัตถุดำได้อย่างถูกต้องที่อุณหภูมิ T ตลอดช่วงความยาวคลื่นทั้งหมด ได้รับการแนะนำในปี 1900 โดยนักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน Max Planck
เมื่อพิจารณาที่มาของกฎนี้ พลังค์สันนิษฐานว่าพลังงานของออสซิลเลเตอร์ในสนามรังสีเป็นจำนวนเต็มทวีคูณของปริมาณพลังงานพื้นฐานที่แน่นอน (ปัจจุบันเรียกว่าควอนตัมพลังงาน) ε = hν สมมติฐานควอนตัม (การหาปริมาณ) ของพลังงานมีอิทธิพลอย่างมากต่อจุดเริ่มต้นของกลศาสตร์ควอนตัม

กฎของพลังค์แสดงความสัมพันธ์ระหว่างพลังงานรังสีวัตถุดำกับความยาวคลื่น สสารปล่อยพลังงานออกมาในรูปของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิของมัน พลังงานที่แผ่ออกมาจะเปลี่ยนแปลงไปตามอุณหภูมิ สสาร และสภาพพื้นผิว
สำหรับวัสดุทั่วไปมีค่าการแผ่รังสีน้อยกว่า 1 ดังนั้น คุณลักษณะพลังงานรังสีสเปกตรัมของวัสดุที่มีอุณหภูมิเท่ากับวัตถุสีดำจะถูกวาดเป็นเส้นโค้งที่ต่ำกว่าของวัตถุสีดำ

② กฎของชเต็ฟฟัน–บ็อลทซ์มัน

โจเซฟ สเตฟาน 24 มีนาคม พ.ศ. 2378 – 7 มกราคม พ.ศ. 2436 นักฟิสิกส์ชาวออสเตรีย

Ludwig Edouard Boltzmann 20 กุมภาพันธ์ พ.ศ. 2387 – 5 กันยายน พ.ศ. 2449 นักฟิสิกส์ชาวออสเตรีย
ปริมาณพลังงานที่ปล่อยออกมาจากสารจะเพิ่มขึ้นเมื่ออุณหภูมิของสารเพิ่มขึ้น ปริมาณพลังงาน (E) ที่แผ่ออกมาจากวัตถุสีดำที่อุณหภูมิสัมบูรณ์ T (หน่วย: เคลวิน K) ได้มาจากการรวมกฎของพลังค์เข้ากับความยาวคลื่นทั้งหมด และให้ไว้ในรูปแบบสัดส่วนกับกำลังสี่ของอุณหภูมิสัมบูรณ์ คุณสามารถ สิ่งนี้เรียกว่ากฎของชเต็ฟฟัน–บ็อลทซ์มัน
มันถูกค้นพบโดยการทดลองโดยโจเซฟ สเตฟาน ในปี พ.ศ. 2422 และได้รับการพิสูจน์ทางทฤษฎีโดยนักเรียนของเขา ลุดวิก โบลต์ซมันน์ ในปี พ.ศ. 2427 มันถูกเรียกว่า กฎของชเต็ฟฟัน–บ็อลทซ์มัน’ ตามชื่อของพวกเขา
Ｅ＝5.6697×10－８・Ｔ４ [W/m2]

③ กฎการกระจัดของวีน

วิลเฮล์ม คาร์ล แวร์เนอร์ ออตโต ฟริทซ์ ฟรานซ์ เวียน 13 มกราคม พ.ศ. 2407 – 30 สิงหาคม พ.ศ. 2471 นักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน

กฎการกระจัดของวีนถูกค้นพบโดย Wien ในปี พ.ศ. 2439
ความยาวคลื่นสูงสุด (จุดที่มีพลังงานสูงสุด) ของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่ปล่อยออกมาจากสสารจะเปลี่ยนไปเป็นความยาวคลื่นที่สั้นลงเมื่ออุณหภูมิของหม้อน้ำเพิ่มขึ้น
กฎการกระจัดของวีน
แลมบ์ดา=2897/T [ไมโครเมตร]
สิ่งนี้เรียกว่ากฎการกระจัดของวีน
ตัวอย่างเช่น ความยาวคลื่นสูงสุด (แล) ของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่ปล่อยออกมาจากมนุษย์โดยมีอุณหภูมิร่างกาย 36°C (อุณหภูมิสัมบูรณ์ T = 36 + 273 = 309K) คือ 2897-309 = 9.4μm กล่าวอีกนัยหนึ่ง มนุษย์ปล่อยรังสีอินฟราเรดไกลที่มีความยาวคลื่นสูงสุดประมาณ 9.4 ไมโครเมตร
พื้นที่รวม (พลังงาน) บนด้านความยาวคลื่นสั้นของความยาวคลื่นสูงสุดที่ระบุโดยกฎการกระจัดของวีน คือ 25% ของพลังงานทั้งหมด และด้านความยาวคลื่นยาวคือ 75% กล่าวอีกนัยหนึ่ง ด้านความยาวคลื่นยาว (ด้านรังสีอินฟราเรดไกล) ปล่อยพลังงานออกมามากกว่าสามเท่า
ดังนั้น ความยาวคลื่น (แล) ที่แบ่งพลังงานการแผ่รังสีของวัตถุสีดำที่อุณหภูมิสัมบูรณ์ T (K) ออกเป็นสองเป็นเท่าใด หาได้จากสูตร: แล = 4,108/T [μm]
ตัวอย่างเช่น ที่ความยาวคลื่นขอบเขต 3 μm ระหว่างบริเวณรังสีอินฟราเรดช่วงคลื่นสั้นและบริเวณรังสีอินฟราเรดไกล อุณหภูมิวัตถุดำ T ซึ่งพลังงานรังสีหารด้วย 50% คือ T = 4,108/3 = 1,369 (K) (= 1,369 – 273) = 1,096°C. มาสุ
จะเห็นได้ว่ารังสีอินฟราเรดไกลใช้น้ำหนักมากจนถึงอุณหภูมิที่สูงมาก นอกจากนี้ความยาวคลื่นสูงสุดในเวลานี้คือ 2,897/1,369 = 2.1 ไมโครเมตร ซึ่งเป็นธรรมชาติในบริเวณรังสีอินฟราเรดช่วงคลื่นสั้น
เวียนนาได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ในปี พ.ศ. 2454 จากการค้นพบกฎการแผ่รังสีความร้อน

④ กฎการแผ่รังสีความร้อนของเคียร์ชฮ็อฟ (พลังงานที่เปล่งประกาย)

Gustav Robert Kirchhoff, 12 มีนาคม พ.ศ. 2367 – 17 ตุลาคม พ.ศ. 2430 นักฟิสิกส์ชาวปรัสเซียน (ปัจจุบันคือ แคว้นคาลินินกราด รัสเซีย)
อัตราส่วนของพลังงานการแผ่รังสีที่ปล่อยออกมาจากสสารในสมดุลการแผ่รังสีต่อความสามารถในการดูดซับของมันจะคงที่โดยไม่คำนึงถึงสสาร และค่าของมันจะเท่ากับพลังงานการแผ่รังสีของวัตถุสีดำที่สมบูรณ์แบบ
กล่าวอีกนัยหนึ่ง ในกรณีของวัสดุทึบแสงทั่วไป อัตราการดูดซึมและสภาพเปล่งรังสีจะเท่ากัน ซึ่งเป็นกฎที่ค้นพบโดย Kirchhoff ในปี 1860
Kirchhoff ค้นพบกฎเกี่ยวกับวงจรไฟฟ้า กฎเกี่ยวกับพลังงานการแผ่รังสี และกฎเกี่ยวกับความร้อนของปฏิกิริยา ดังนั้นกฎเหล่านี้จึงมักเรียกกันว่ากฎการแผ่รังสีความร้อนของเคียร์ชฮ็อฟ (พลังงานการแผ่รังสี)

[ศาสตร์แห่งรังสีอินฟราเรด สารบัญ]

Science of the Infrared rays

4.เครื่องทำความร้อนคืออะไร?

2024年5月6日 tha-musuhi

พลังงานความร้อนเคลื่อนที่จากอุณหภูมิที่สูงขึ้นไปสู่อุณหภูมิที่ต่ำลง
วิธีที่ความร้อนเดินทางมีหลักการอยู่ 3 ประการ ได้แก่ การนำ การพาความร้อน และการแผ่รังสี
ในสถานการณ์จริง การถ่ายเทความร้อนจะเกิดขึ้นโดยใช้หลักการทั้งสามข้อนี้ร่วมกัน

[การนำความร้อน]

เมื่อปลายแท่งโลหะได้รับความร้อน ความร้อนจะค่อยๆ ถ่ายเท และปลายอีกด้านจะร้อน
การถ่ายเทความร้อนผ่านวัสดุนี้เรียกว่าการนำความร้อน
ค่าการนำความร้อนจะแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับสาร โลหะเป็นตัวนำความร้อนที่ดี
โดยทั่วไปก๊าซจะเป็นตัวนำความร้อนที่ไม่ดี
ดังนั้นวัสดุที่มีรูพรุนจึงมีการนำความร้อนต่ำกว่าวัสดุที่มีความหนาแน่น และใช้เป็นฉนวนความร้อน
การนำความร้อนเป็นปรากฏการณ์ที่ฟลักซ์ความร้อน (ปริมาณพลังงานที่ผ่านพื้นที่หน่วยในหน่วยเวลา) ถูกสร้างขึ้นภายในสารตามสัดส่วนของการไล่ระดับอุณหภูมิโดยไม่มีการเคลื่อนที่ของวัตถุ และแสดงได้ด้วยสูตรต่อไปนี้เป็น กฎของฟูริเยร์

q = ฟลักซ์ความร้อน W/m2
k=การนำความร้อน W/mK
T=อุณหภูมิเค
X=ตำแหน่ง ม
q＝-k　x　dT/dX

[การพาความร้อน]

เมื่อน้ำหรืออากาศ (ของเหลวหรือก๊าซ) ถูกทำให้ร้อนจากด้านล่าง ส่วนที่อุ่นจะขยายตัวและมีความหนาแน่นน้อยลงและเพิ่มขึ้น ในขณะที่ส่วนบนที่เย็นกว่าจะลงมา การกระทำนี้ซ้ำแล้วซ้ำอีกและอุณหภูมิสูงขึ้นตลอด
วิธีการถ่ายเทความร้อนโดยการเคลื่อนย้ายของเหลวและก๊าซนี้เรียกว่าการพาความร้อน
การพาความร้อนแบบพาความร้อนอธิบายการถ่ายเทความร้อนที่เป็นสัดส่วนกับความแตกต่างของอุณหภูมิ และแสดงถึงฟลักซ์ความร้อนที่มาพร้อมกับการไหลของสสารและปรากฏการณ์ทางกายภาพอื่นๆ เช่น การควบแน่น การระเหย และการเปลี่ยนแปลงความเข้มข้น
dq = ปริมาณความร้อนที่ถ่ายเทผ่านพื้นที่หน่วยในหน่วยเวลา (W/m2)
h = สัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อน
Tf = อุณหภูมิของเหลว
Ts= คืออุณหภูมิของพื้นผิวของแข็ง
dq = ชั่วโมง(Tf – Ts)

[การแผ่รังสีความร้อน ]

การแผ่รังสีความร้อนเป็นวิธีการส่งความร้อนที่ไม่ต้องใช้ตัวกลางเป็นตัวกลาง เช่น ความร้อนจากแสงอาทิตย์ (คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า) ที่ส่งถึงพื้นโดยตรงและทำให้โลกร้อนขึ้น
ในเวลานี้ ความร้อนจะถูกดูดซับโดยตรงจากวัสดุในรูปของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ส่งผลให้อุณหภูมิของวัสดุสูงขึ้น
การถ่ายเทความร้อนของรังสีอินฟราเรดไกล (ซึ่งกระตุ้นการสั่นสะเทือนซึ่งกันและกันของอะตอมที่ก่อตัวเป็นสสาร) ถือเป็นการแผ่รังสีความร้อนอย่างแท้จริง
เมื่อมีก๊าซอยู่ในตัวกลางขั้นกลาง ไนโตรเจน (N2) และออกซิเจน (O2) จะไม่ดูดซับรังสีอินฟราเรดไกล แต่ก๊าซมีขั้ว เช่น คาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) และไอน้ำ (H2O) จะถูกดูดซับโดยก๊าซ
การแผ่รังสีความร้อนคือพลังงานที่ปล่อยออกมาเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าจากพื้นผิวของแข็งตามกฎของพลังค์ และการแลกเปลี่ยนพลังงานนั้นเป็นไปตามกฎของเคอร์ชอฟฟ์
กฎสเตฟาน-โบลต์ซมันน์ระบุว่าพลังงานการแผ่รังสีของวัตถุสีดำเป็นสัดส่วนกับอุณหภูมิของวัตถุต่อกำลังสี่

[ศาสตร์แห่งรังสีอินฟราเรด สารบัญ]

Science of the Infrared rays

3. ประเภทของรังสีอินฟราเรด

2024年5月6日 tha-musuhi

[ประเภทของรังสีอินฟราเรด]

รังสีอินฟราเรดหมายถึงคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความยาวคลื่นยาวกว่าแสงสีแดงและสั้นกว่าคลื่นวิทยุความยาวคลื่นมิลลิเมตร ซึ่งมีความยาวคลื่นประมาณ 0.7μm – 1,000μm
รังสีอินฟราเรดแบ่งออกเป็นสามประเภทขึ้นอยู่กับความยาวคลื่น: รังสีอินฟราเรดช่วงคลื่นสั้น รังสีอินฟราเรดช่วงคลื่นกลาง รังสีอินฟราเรดไกล
หรือแบ่งออกเป็นสองส่วนคือรังสีอินฟราเรดช่วงคลื่นสั้นและรังสีอินฟราเรดไกล 3 ไมโครเมตร
การจำแนกความยาวคลื่นแต่ละครั้งจะแตกต่างกันเล็กน้อยขึ้นอยู่กับสมาคมวิชาการและสมาคม

[รังสีอินฟราเรดช่วงคลื่นสั้น]

รังสีอินฟราเรดช่วงคลื่นสั้นเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความยาวคลื่นประมาณ 0.7 – 2.5 ไมโครเมตร ซึ่งใกล้เคียงกับแสงสีแดงที่ตามองเห็นได้
เนื่องจากคุณสมบัติของมันคล้ายกับแสงที่มองเห็น จึงถูกใช้เป็น “แสงที่มองไม่เห็น” ในกล้องอินฟราเรด การสื่อสารแบบอินฟราเรด และรีโมทคอนโทรลสำหรับเครื่องใช้ในบ้าน

[รังสีอินฟราเรดช่วงคลื่นกลาง]

รังสีอินฟราเรดช่วงคลื่นกลางเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความยาวคลื่นประมาณ 2.5 – 4 ไมโครเมตร (2.5-10 ไมโครเมตรในสนามดาราศาสตร์) และบางครั้งจัดเป็นส่วนหนึ่งของรังสีอินฟราเรดช่วงคลื่นสั้น

[รังสีอินฟราเรดไกล]

รังสีอินฟราเรดไกลเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความยาวคลื่นประมาณ 4 – 1,000 ไมโครเมตร (3 – 1,000 ไมโครเมตรโดยรังสมาคมฟาร์อินฟราเรด) และมีคุณสมบัติคล้ายกับคลื่นวิทยุ
รังสีอินฟราเรดจะถูกปล่อยออกมาจากวัตถุเสมอ และปรากฏการณ์นี้เรียกว่ารังสีวัตถุสีดำ ยิ่งอุณหภูมิของวัตถุสูงขึ้น รังสีอินฟราเรดที่ปล่อยออกมาก็จะยิ่งแรงขึ้น และความยาวคลื่นสูงสุดของรังสีจะแปรผกผันกับอุณหภูมิ
ความยาวคลื่นสูงสุดของรังสีอินฟราเรดที่ปล่อยออกมาจากวัตถุที่มีอุณหภูมิห้อง 20°C คือประมาณ 10 μm