1. การค้นพบแสงรังอินฟราเรด
2.แสงรังอินฟราเรดคืออะไร?
3. ประเภทของรังสีอินฟราเรด
4.เครื่องทำความร้อนคืออะไร?
5. กฎพื้นฐานสี่ประการของการแผ่รังสี
6. อัตราการดูดซึมรังสีฟาร์รังอินฟราเรด
7. การสร้างรังสีอินฟราเรดไกล
8.การเปรียบเทียบรังสีอินฟราเรดไกลและรังสีอินฟราเรดใกล้
9. ข้อควรระวังในการใช้รังสีอินฟราเรด (Q&A)
10. ความถ่วงจำเพาะ ความร้อนจำเพาะ และค่าการนำความร้อนของวัสดุหลัก
ตอบ: เนื่องจากโลหะมีอิเล็กตรอนจำนวนมาก โดยทั่วไปพวกมันจะสะท้อนคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (รังสีอินฟราเรดไกล)
วัสดุที่มีค่าการนำไฟฟ้าที่ดี เช่น ทองคำและอะลูมิเนียม มีการสะท้อนแสงสูงและดูเหมือนจะให้ความร้อนได้ยาก
นอกจากนี้ วัสดุที่มีค่าการนำความร้อนที่ดียังกระจายความร้อนได้แม้ถูกความร้อน และอุณหภูมิก็ไม่สูงขึ้นง่าย
มีวิธีการเพิ่มอัตราการดูดซับโดยการออกซิไดซ์พื้นผิวหรือใช้สีทนความร้อน
รังสีอินฟราเรดช่วงคลื่นสั้นเหมาะสำหรับการทำความร้อนโลหะมากกว่ารังสีอินฟราเรดไกล
สำหรับอัตราการดูดกลืนแสงอินฟราเรดของโลหะ โปรดดู “ศาสตร์แห่งรังสีอินฟราเรด-6 อัตราการดูดซึมรังสีฟาร์รังอินฟราเรด”
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.
1. การค้นพบแสงรังอินฟราเรด
2.แสงรังอินฟราเรดคืออะไร?
3. ประเภทของรังสีอินฟราเรด
4.เครื่องทำความร้อนคืออะไร?
5. กฎพื้นฐานสี่ประการของการแผ่รังสี
6. อัตราการดูดซึมรังสีฟาร์รังอินฟราเรด
7. การสร้างรังสีอินฟราเรดไกล
8.การเปรียบเทียบรังสีอินฟราเรดไกลและรังสีอินฟราเรดใกล้
9. ข้อควรระวังในการใช้รังสีอินฟราเรด (Q&A)
10. ความถ่วงจำเพาะ ความร้อนจำเพาะ และค่าการนำความร้อนของวัสดุหลัก
ตามที่เห็นได้ชัดเจนจาก “กฎการกระจัดของวีน” ยิ่งอุณหภูมิของเครื่องทำความร้อนสูงเท่าไร ก็จะยิ่งเปลี่ยนไปสู่รังสีอินฟราเรดช่วงคลื่นสั้นมากขึ้นเท่านั้น
รังสีอินฟราเรดช่วงคลื่นสั้นเหมาะสำหรับการทำความร้อนที่อุณหภูมิสูง
เมื่อความถี่ของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าตรงกับการสั่นสะเทือนของโมเลกุลของสาร (การสั่นสะเทือนแบบตาข่าย) พลังงานของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าจะถูกดูดซับ (การดูดซับด้วยคลื่นสะท้อน) การสั่นสะเทือนของโมเลกุลจะเพิ่มขึ้นและทำให้อุณหภูมิเพิ่มขึ้น
พลังงานที่จำเป็นในการกระตุ้นโมเลกุลให้สั่นสะเทือนและหมุนจะแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับโครงสร้างทางเคมีของโมเลกุล
ความเข้มของการดูดซับ/ความถี่ของพลังงานการดูดซึมนี้เรียกว่า “แถบการดูดซึม”
ดังนั้นวัสดุที่มีแถบดูดซับในแถบรังสีอินฟราเรดช่วงคลื่นสั้นจึงเหมาะสำหรับการทำความร้อนด้วยรังสีอินฟราเรดช่วงคลื่นสั้น
ในทำนองเดียวกัน วัสดุที่มีแถบดูดซับในช่วงรังสีอินฟราเรดไกลก็เหมาะสำหรับการทำความร้อนด้วยรังสีอินฟราเรดไกล
รังสีอินฟราเรดช่วงคลื่นสั้นจะทะลุผ่านผิวหนังได้ลึกหลายมิลลิเมตร
การใช้คุณสมบัตินี้ ธนาคารและสถาบันอื่นๆ ได้แนะนำวิธีการตรวจสอบความถูกต้องของบุคคลโดยการตรวจสอบรูปแบบหลอดเลือดดำบนนิ้วมือและฝ่ามือที่มีรังสีอินฟราเรดช่วงคลื่นสั้น
พลังงานส่วนใหญ่ของรังสีอินฟราเรดไกลถูกดูดซับโดยพื้นผิวประมาณ 0.2 มม. จากผิว
โนบุโอะ เทราดะ “ลักษณะการแทรกซึมของผิวหนังมนุษย์ในบริเวณอินฟราเรด”
N.Terada และคณะ “คุณสมบัติการแผ่รังสีสเปกตรัมของร่างกายมนุษย์ที่มีชีวิต”,
วารสารนานาชาติ Thermophys., vol.7, หน้า 1101-1113, 1986.
มีแถบในบรรยากาศที่มีแนวโน้มที่จะดูดซับรังสีอินฟราเรด
แถบขนาด 4.3 ไมครอน คือแถบดูดซับคาร์บอนไดออกไซด์
แถบขนาด 6.5 ไมครอน คือแถบดูดซับไอน้ำ
ย่านความถี่ที่มีการส่งผ่านรังอินฟราเรดที่ดีเรียกว่า “หน้าต่างบรรยากาศ” และใช้ในการสังเกตสภาพอากาศโดยดาวเทียมเทียม
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
1. การค้นพบแสงรังอินฟราเรด
2.แสงรังอินฟราเรดคืออะไร?
3. ประเภทของรังสีอินฟราเรด
4.เครื่องทำความร้อนคืออะไร?
5. กฎพื้นฐานสี่ประการของการแผ่รังสี
6. อัตราการดูดซึมรังสีฟาร์รังอินฟราเรด
7. การสร้างรังสีอินฟราเรดไกล
8.การเปรียบเทียบรังสีอินฟราเรดไกลและรังสีอินฟราเรดใกล้
9. ข้อควรระวังในการใช้รังสีอินฟราเรด (Q&A)
10. ความถ่วงจำเพาะ ความร้อนจำเพาะ และค่าการนำความร้อนของวัสดุหลัก
วิธีทั่วไปในการผลิตรังสีอินฟราเรดไกลเทียมคือการให้ความร้อนกับเซรามิก
มักใช้เซรามิกชั้นดีที่มีอลูมินาและเซอร์โคเนียมเป็นหลัก
ความยาวคลื่นและการแผ่รังสีจะเปลี่ยนแปลงไปขึ้นอยู่กับประเภทของเซรามิกและอุณหภูมิการให้ความร้อน
ความยาวคลื่นที่ปล่อยออกมาของวัสดุมีดังนี้
1. การค้นพบแสงรังอินฟราเรด
2.แสงรังอินฟราเรดคืออะไร?
3. ประเภทของรังสีอินฟราเรด
4.เครื่องทำความร้อนคืออะไร?
5. กฎพื้นฐานสี่ประการของการแผ่รังสี
6. อัตราการดูดซึมรังสีฟาร์รังอินฟราเรด
7. การสร้างรังสีอินฟราเรดไกล
8.การเปรียบเทียบรังสีอินฟราเรดไกลและรังสีอินฟราเรดใกล้
9. ข้อควรระวังในการใช้รังสีอินฟราเรด (Q&A)
10. ความถ่วงจำเพาะ ความร้อนจำเพาะ และค่าการนำความร้อนของวัสดุหลัก
1. การค้นพบแสงรังอินฟราเรด
2.แสงรังอินฟราเรดคืออะไร?
3. ประเภทของรังสีอินฟราเรด
4.เครื่องทำความร้อนคืออะไร?
5. กฎพื้นฐานสี่ประการของการแผ่รังสี
6. อัตราการดูดซึมรังสีฟาร์รังอินฟราเรด
7. การสร้างรังสีอินฟราเรดไกล
8.การเปรียบเทียบรังสีอินฟราเรดไกลและรังสีอินฟราเรดใกล้
9. ข้อควรระวังในการใช้รังสีอินฟราเรด (Q&A)
10. ความถ่วงจำเพาะ ความร้อนจำเพาะ และค่าการนำความร้อนของวัสดุหลัก
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
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]
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
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)
1. การค้นพบแสงรังอินฟราเรด
2.แสงรังอินฟราเรดคืออะไร?
3. ประเภทของรังสีอินฟราเรด
4.เครื่องทำความร้อนคืออะไร?
5. กฎพื้นฐานสี่ประการของการแผ่รังสี
6. อัตราการดูดซึมรังสีฟาร์รังอินฟราเรด
7. การสร้างรังสีอินฟราเรดไกล
8.การเปรียบเทียบรังสีอินฟราเรดไกลและรังสีอินฟราเรดใกล้
9. ข้อควรระวังในการใช้รังสีอินฟราเรด (Q&A)
10. ความถ่วงจำเพาะ ความร้อนจำเพาะ และค่าการนำความร้อนของวัสดุหลัก
พลังงานความร้อนเคลื่อนที่จากอุณหภูมิที่สูงขึ้นไปสู่อุณหภูมิที่ต่ำลง
วิธีที่ความร้อนเดินทางมีหลักการอยู่ 3 ประการ ได้แก่ การนำ การพาความร้อน และการแผ่รังสี
ในสถานการณ์จริง การถ่ายเทความร้อนจะเกิดขึ้นโดยใช้หลักการทั้งสามข้อนี้ร่วมกัน
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
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)
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
1. การค้นพบแสงรังอินฟราเรด
2.แสงรังอินฟราเรดคืออะไร?
3. ประเภทของรังสีอินฟราเรด
4.เครื่องทำความร้อนคืออะไร?
5. กฎพื้นฐานสี่ประการของการแผ่รังสี
6. อัตราการดูดซึมรังสีฟาร์รังอินฟราเรด
7. การสร้างรังสีอินฟราเรดไกล
8.การเปรียบเทียบรังสีอินฟราเรดไกลและรังสีอินฟราเรดใกล้
9. ข้อควรระวังในการใช้รังสีอินฟราเรด (Q&A)
10. ความถ่วงจำเพาะ ความร้อนจำเพาะ และค่าการนำความร้อนของวัสดุหลัก
รังสีอินฟราเรดหมายถึงคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความยาวคลื่นยาวกว่าแสงสีแดงและสั้นกว่าคลื่นวิทยุความยาวคลื่นมิลลิเมตร ซึ่งมีความยาวคลื่นประมาณ 0.7μm – 1,000μm
รังสีอินฟราเรดแบ่งออกเป็นสามประเภทขึ้นอยู่กับความยาวคลื่น: รังสีอินฟราเรดช่วงคลื่นสั้น รังสีอินฟราเรดช่วงคลื่นกลาง รังสีอินฟราเรดไกล
หรือแบ่งออกเป็นสองส่วนคือรังสีอินฟราเรดช่วงคลื่นสั้นและรังสีอินฟราเรดไกล 3 ไมโครเมตร
การจำแนกความยาวคลื่นแต่ละครั้งจะแตกต่างกันเล็กน้อยขึ้นอยู่กับสมาคมวิชาการและสมาคม
รังสีอินฟราเรดช่วงคลื่นสั้นเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความยาวคลื่นประมาณ 0.7 – 2.5 ไมโครเมตร ซึ่งใกล้เคียงกับแสงสีแดงที่ตามองเห็นได้
เนื่องจากคุณสมบัติของมันคล้ายกับแสงที่มองเห็น จึงถูกใช้เป็น “แสงที่มองไม่เห็น” ในกล้องอินฟราเรด การสื่อสารแบบอินฟราเรด และรีโมทคอนโทรลสำหรับเครื่องใช้ในบ้าน
รังสีอินฟราเรดช่วงคลื่นกลางเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความยาวคลื่นประมาณ 2.5 – 4 ไมโครเมตร (2.5-10 ไมโครเมตรในสนามดาราศาสตร์) และบางครั้งจัดเป็นส่วนหนึ่งของรังสีอินฟราเรดช่วงคลื่นสั้น
รังสีอินฟราเรดไกลเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความยาวคลื่นประมาณ 4 – 1,000 ไมโครเมตร (3 – 1,000 ไมโครเมตรโดยรังสมาคมฟาร์อินฟราเรด) และมีคุณสมบัติคล้ายกับคลื่นวิทยุ
รังสีอินฟราเรดจะถูกปล่อยออกมาจากวัตถุเสมอ และปรากฏการณ์นี้เรียกว่ารังสีวัตถุสีดำ ยิ่งอุณหภูมิของวัตถุสูงขึ้น รังสีอินฟราเรดที่ปล่อยออกมาก็จะยิ่งแรงขึ้น และความยาวคลื่นสูงสุดของรังสีจะแปรผกผันกับอุณหภูมิ
ความยาวคลื่นสูงสุดของรังสีอินฟราเรดที่ปล่อยออกมาจากวัตถุที่มีอุณหภูมิห้อง 20°C คือประมาณ 10 μm
1. การค้นพบแสงรังอินฟราเรด
2.แสงรังอินฟราเรดคืออะไร?
3. ประเภทของรังสีอินฟราเรด
4.เครื่องทำความร้อนคืออะไร?
5. กฎพื้นฐานสี่ประการของการแผ่รังสี
6. อัตราการดูดซึมรังสีฟาร์รังอินฟราเรด
7. การสร้างรังสีอินฟราเรดไกล
8.การเปรียบเทียบรังสีอินฟราเรดไกลและรังสีอินฟราเรดใกล้
9. ข้อควรระวังในการใช้รังสีอินฟราเรด (Q&A)
10. ความถ่วงจำเพาะ ความร้อนจำเพาะ และค่าการนำความร้อนของวัสดุหลัก
แสงที่มองไม่เห็นด้วยตาเปล่าแต่มีพลังในการให้ความร้อนกับสิ่งต่างๆ เรียกว่า “รังสีอินฟราเรด” เพราะมันมีอยู่ “นอกช่วงสีแดง”
รังสีอินฟราเรดคือ “คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า” เช่น “รังสีเอกซ์” “รังสียูวี” “แสงที่มองเห็น” “ไมโครเวฟ” และ “คลื่นวิทยุ”
คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นคลื่นที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงของสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กในอวกาศ
สนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กสลับกันสร้างซึ่งกันและกันผ่านการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า ทำให้เกิดสภาวะที่อวกาศสั่นสะเทือน และความผันผวนเป็นระยะของสนามแม่เหล็กไฟฟ้านี้แพร่กระจายไปสู่อวกาศโดยรอบเป็นคลื่นตามขวาง ทำให้เกิดพลังงาน เป็นรังสีประเภทหนึ่ง ปรากฏการณ์.
ดังนั้นจึงเรียกว่ารังสีแม่เหล็กไฟฟ้า
เนื่องจากอวกาศสั่นสะเทือนด้วยพลังงาน จึงคิดว่าคลื่นสามารถแพร่กระจายได้แม้ในสุญญากาศ ซึ่งไม่มีวัสดุ (ตัวกลาง) ที่จะส่งผ่านได้
ทิศทางการสั่นสะเทือนที่เกิดจากสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าจะอยู่ในมุมฉากซึ่งกันและกัน และทิศทางการเคลื่อนที่ของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าก็ทำมุมฉากเช่นกัน
โดยพื้นฐานแล้ว มันเดินทางตรงผ่านอวกาศ แต่ในอวกาศที่มีสสารอยู่ ปรากฏการณ์ต่างๆ เช่น การดูดซับ การหักเห การกระเจิง การเลี้ยวเบน การรบกวน และการสะท้อน จะเกิดขึ้น
มีการสังเกตด้วยว่าทิศทางการเดินทางนั้นโค้งงอเนื่องจากการบิดเบือนเชิงพื้นที่ เช่น สนามโน้มถ่วง
ความเร็วของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่แพร่กระจายในสุญญากาศนั้นแตกต่างกันไปไม่ว่าผู้สังเกตจะเคลื่อนที่ไปในทิศทางหรือความเร็วใดก็ตามก็จะมีค่าคงที่ 299,792,458 m/s เสมอ (ประมาณ 300,000 กิโลเมตรต่อวินาที) ได้รับการยืนยันจากการทดลองมากมาย และด้วยเหตุนี้จึงเรียกว่าความเร็วแสงในสุญญากาศ และเป็นหนึ่งในค่าคงที่ทางกายภาพที่สำคัญที่สุด
ไอน์สไตน์สร้างทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษของเขาโดยอาศัยหลักการของความเร็วแสงคงที่ ซึ่งเปลี่ยนแนวคิดเรื่องเวลาและอวกาศไปอย่างสิ้นเชิง
ความเร็วของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่แพร่กระจายในวัสดุ (ตัวกลาง) คือ ความเร็วแสงในสุญญากาศหารด้วยดัชนีการหักเหของวัสดุ เช่น ความเร็วของแสงที่แพร่กระจายในเพชรที่มีดัชนีการหักเหของแสง 2.417 จะลดลงเหลือประมาณ 41 % ของความเร็วแสง
เมื่อคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าแพร่กระจายข้ามขอบเขตระหว่างวัสดุที่มีดัชนีการหักเหของแสงต่างกัน ความเร็วการแพร่กระจายของพวกมันจะเปลี่ยนไป ซึ่งทำให้เกิดการหักเหของแสงตามหลักการของ Huygens เลนส์ใช้ประโยชน์จากสิ่งนี้
โปรดทราบว่าดัชนีการหักเหของสารมักจะเปลี่ยนแปลงตามความยาวคลื่นของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า และสิ่งนี้เรียกว่าการกระจายตัว
รุ้งกินน้ำดูเหมือนจะมีเจ็ดสีเพราะเมื่อแสงแดดส่องผ่านหยดน้ำขนาดเล็ก เช่น หมอก สีม่วง ซึ่งมีความยาวคลื่นสั้นกว่า จะหักเหมากกว่าสีแดงซึ่งมีความยาวคลื่นนานกว่าเนื่องจากการกระจายตัว
คุณสมบัติของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าถูกกำหนดโดยความยาวคลื่น แอมพลิจูด (ความแรงของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าคือกำลังสองของแอมพลิจูด) ทิศทางการแพร่กระจาย ระนาบของโพลาไรเซชัน (โพลาไรเซชัน) และเฟส
แบ่งออกเป็นรังสีแกมมา รังสีเอกซ์ รังสียูวี แสงที่มองเห็น รังสีอินฟราเรด และคลื่นวิทยุ โดยเริ่มจากความยาวคลื่นที่สั้นที่สุด
แสงที่มองเห็น(0.4 μm – 0.7 μm) เป็นช่วงคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่แคบมาก
ประวัติความเป็นมาของการค้นพบจะแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับ “ความยาวคลื่น” และเป็นที่เข้าใจกันอย่างเป็นระบบดังเช่นในยุคปัจจุบันนั่นเอง
Max Karl Ernst Ludwig Planck (นักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน 23 เมษายน พ.ศ. 2401 – 4 ตุลาคม พ.ศ. 2490) ได้สร้างทฤษฎีควอนตัม
1. การค้นพบแสงรังอินฟราเรด
2.แสงรังอินฟราเรดคืออะไร?
3. ประเภทของรังสีอินฟราเรด
4.เครื่องทำความร้อนคืออะไร?
5. กฎพื้นฐานสี่ประการของการแผ่รังสี
6. อัตราการดูดซึมรังสีฟาร์รังอินฟราเรด
7. การสร้างรังสีอินฟราเรดไกล
8.การเปรียบเทียบรังสีอินฟราเรดไกลและรังสีอินฟราเรดใกล้
9. ข้อควรระวังในการใช้รังสีอินฟราเรด (Q&A)
10. ความถ่วงจำเพาะ ความร้อนจำเพาะ และค่าการนำความร้อนของวัสดุหลัก
1. การค้นพบแสงรังอินฟราเรด
2.แสงรังอินฟราเรดคืออะไร?
3. ประเภทของรังสีอินฟราเรด
4.เครื่องทำความร้อนคืออะไร?
5. กฎพื้นฐานสี่ประการของการแผ่รังสี
6. อัตราการดูดซึมรังสีฟาร์รังอินฟราเรด
7. การสร้างรังสีอินฟราเรดไกล
8.การเปรียบเทียบรังสีอินฟราเรดไกลและรังสีอินฟราเรดใกล้
9. ข้อควรระวังในการใช้รังสีอินฟราเรด (Q&A)
10. ความถ่วงจำเพาะ ความร้อนจำเพาะ และค่าการนำความร้อนของวัสดุหลัก
แสงรังสีอินฟราเรดถูกค้นพบโดยอัจฉริยะผู้รอบรู้
เซอร์เฟรเดอริก วิลเลียม เฮอร์เชล
เซอร์เฟรเดอริก วิลเลียม เฮอร์เชล (15 พฤศจิกายน พ.ศ. 2281 – 25 สิงหาคม พ.ศ. 2365) เป็นนักดาราศาสตร์ชาวอังกฤษจากเมืองฮันโนเวอร์ ประเทศเยอรมนี บุคคล นักดนตรี ผู้สร้างกล้องโทรทรรศน์ เขาประสบความสำเร็จมากมายในด้านดาราศาสตร์ รวมถึงการค้นพบดาวยูเรนัส การค้นพบดวงจันทร์ของดาวเสาร์ และการวิจัยเกี่ยวกับการเคลื่อนที่ที่เหมาะสมของดาวฤกษ์ที่อยู่กับที่
ฟรีดริช วิลเฮล์ม เฮอร์เชลเกิดที่เมืองฮันโนเวอร์ เป็นลูกคนที่สี่จากพี่น้องสิบคนในครอบครัวชาวยิว
เมื่ออายุ 14 ปี เขาได้เข้าร่วมวงดนตรี Hanoverian Guards โดยที่ Isaac พ่อของเขา และ Jacob น้องชายคนโตของเขา ทำหน้าที่เป็นผู้เล่นโอโบ
ขณะนั้นอังกฤษและเขตเลือกตั้งแห่งฮันโนเวอร์เป็นพันธมิตรกันภายใต้พระเจ้าจอร์จที่ 2 วงออเคสตราจึงได้รับคำสั่งให้ย้ายไปอังกฤษ
เขาเรียนภาษาอังกฤษในช่วงเวลาสั้นๆ และเมื่ออายุ 17 ปี เขาย้ายไปอังกฤษ และใช้ชื่อว่าเฟรเดอริก วิลเลียม เฮอร์เชล
ในอังกฤษ เฮอร์เชลประสบความสำเร็จในอาชีพการเป็นครูสอนดนตรีและหัวหน้าวงดนตรี
เฮอร์เชลเล่นไวโอลิน โอโบ และต่อมาเล่นออร์แกน
ในขณะที่ทำงานด้านดนตรี เฮอร์เชลเริ่มสนใจคณิตศาสตร์มากขึ้น และแม้กระทั่งศึกษาดาราศาสตร์ด้วยซ้ำ
เมื่ออายุประมาณ 34 ปี เขาเริ่มมีส่วนร่วมอย่างจริงจังในด้านดาราศาสตร์ เริ่มสร้างกล้องโทรทรรศน์ของตัวเอง และคุ้นเคยกับนักดาราศาสตร์ เนวิลล์ มาสเกลีน
เฮอร์เชลสังเกตดวงจันทร์ วัดความสูงของภูเขาบนดวงจันทร์ และรวบรวมรายการดาวคู่
จุดเปลี่ยนในชีวิตของเฮอร์เชลเกิดขึ้นเมื่อวันที่ 13 มีนาคม พ.ศ. 2324 เมื่อเขาอายุ 42 ปี
ในวันนี้ ฉันค้นพบดาวยูเรนัสที่บ้านของฉันที่ 19 New King Street, Bath
การค้นพบนี้ทำให้เขากลายเป็นคนดัง และเขาอุทิศตนให้กับการศึกษาดาราศาสตร์
เฮอร์เชลสร้างกล้องโทรทรรศน์มากกว่า 400 ตัวในช่วงชีวิตของเขา กล้องโทรทรรศน์ที่ใหญ่ที่สุดและมีชื่อเสียงที่สุดคือกล้องโทรทรรศน์สะท้อนแสงที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 49 1/2 นิ้ว (126 ซม.) ซึ่งมีความยาวโฟกัส 40 ฟุต (12 ม.)
เฮอร์เชลค้นพบว่าสามารถได้ความละเอียดเชิงมุมที่สูงมากโดยการบดบังรูรับแสงบางส่วนของกล้องโทรทรรศน์
หลักการนี้เป็นพื้นฐานของอินเทอร์เฟอโรเมทในดาราศาสตร์สมัยใหม่
เมื่อวันที่ 11 กุมภาพันธ์ พ.ศ. 2343 เฮอร์เชล วัย 62 ปี กำลังทดสอบตัวกรองเพื่อดูจุดดับดวงอาทิตย์
สังเกตว่าการใช้ฟิลเตอร์สีแดงจะทำให้เกิดความร้อนได้มาก
เฮอร์เชลค้นพบการแผ่รังสีอินฟราเรดของแสงแดดโดยการติดเทอร์โมมิเตอร์ไว้ใกล้กับแสงสีแดงในสเปกตรัมที่มองเห็นได้ผ่านปริซึม
เดิมทีเทอร์โมมิเตอร์นี้มีไว้สำหรับการวัดและควบคุมอุณหภูมิในห้องปฏิบัติการ
เฮอร์เชลต้องตกใจเมื่อพบว่ามีอุณหภูมิสูงกว่าสเปกตรัมที่มองเห็นได้
การทดลองเพิ่มเติมทำให้เฮอร์เชลสรุปได้ว่าต้องมีรูปแบบของแสงที่มองไม่เห็นเกินกว่าสเปกตรัมที่มองเห็นได้
เฮอร์เชลในปีต่อมา
แรงบันดาลใจจากการทดลองของเฮอร์เชล นักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน โยฮันน์ วิลเฮล์ม ริตเตอร์ (พ.ศ. 2319-2353) ค้นพบแสงอัลตราไวโอเลตในปี พ.ศ. 2344 โดยใช้ซิลเวอร์คลอไรด์ที่ไวต่อแสง
