Области ИК диапазона. Инфракрасные (ИК) лучи представляют собой электромагнитное излучение с длиной волны от 0,76 мкм примерно до 700 мкм. Верхняя граница ИК диапазона определяется чувствительностью глаза. Нижняя граница условна и простирается до субмиллиметровых и миллиметровых волн (см. рис. 1). Весь диапазон ИК излучения часто делят на три поддиапазона (табл.1).
Области ИК диапазона
ИК излучение не воспринимается человеческим глазом, но ощущается кожей. Часто ИК излучение называют тепловым излучением (тепловыми лучами). Инфракрасные лучи открыты английским астрономом В. Г. Гершелем в солнечном спектре.
Русский физик А.А. Глаголева-Аркадьева с помощью массового излучателя получила в 1923 г. электромагнитные колебания с длиной волны от 50 мм до 80 мкм. Таким образом, был перекрыт широкий диапазон длин волн, соответствующий колебательно-вращательным уровням молекул. Они обладают сложными энергетическими уровнями и имеют набор дискретных электронных εэл, колебательных εк, колебательно-вращательных εкол–вр и чисто вращательных εвр уровней. Полная энергия молекул εмол определяется этим набором уровней:
(1)
При соответствующем переходе с одного уровня на другой уровень испускается квант излучения определенной энергии (частоты) hv. Чем больше разность энергии уровней (ε1, ε2), тем выше частота v21 излучения:
(2)
где v21 – частота излучения при переходе с уровня 2 на уровень 1 (ε2>ε1); h – постоянная Планка.
Среди ИК спектров различают линейчатые, полосатые и непрерывные.
Линейчатые (атомные) ИК спектры испускают возбужденные атомы и молекулы при переходах между близко расположенными электронными уровнями энергии. Полосатые (молекулярные) ИК спектры возникают при переходах между колебательными и вращательными уровнями энергии молекул. Колебательные и колебательно-вращательные спектры расположены, в основном, в средней области ИК диапазона. Чисто вращательные спектры располагаются, главным образом, в далекой области ИК диапазона. Непрерывный ИК спектр излучают все нагретые тела. Например, максимум теплового излучения тела человека приходится на длину волны 10 мкм, что соответствует средней области ИК. Непрерывный (сплошной) спектр обусловлен тем, что в конденсированном состоянии в жидкостях и твердых телах происходит сильное взаимодействие молекул и атомов, что приводит к размытию дискретных энергетических уровней и образованию сплошных спектров излучения.
Закон Стефана–Больцмана. Замкнутая полость тела, поддерживаемая при постоянной температуре, обладает электромагнитным равновесным излучением как в отношении общей плотности энергии, так и в отношении спектрального распределения. Такое состояние определяется только от температуры полости и не зависит от материала стенок. При постоянной температуре стенок.
Источники ИК излучения. Источники ИК излучения можно разделить на две группы: естественного и техногенного происхождений. Главным естественным источником ИК излучения в биосфере является Солнце. При температуре внешней поверхности Солнца ≈ 6000°К примерно 50% энергии излучения приходится на ИК диапазон. К числу естественных источников ИК излучения относятся действующие вулканы, термальные воды, процессы тепло-массопереноса в атмосфере, все нагретые тела, лесные пожары и т. п. Поверхность Земли испускает тепловое излучение в диапазоне длин волн примерно от 3 до 80 мкм, т. е. захватывает всю среднюю ИК область. Интересно отметить, что максимум обратного теплового излучения Земли в мировое пространство расположен на длине волны 10 мкм, как и максимум излучения человеческого тела. Не простое ли это совпадение? Мы, дети планеты Земля, имеем общие черты теплового портрета нашей колыбели, сигнализируя об этом в космос. Исследование теплового излучения человеческого тела с помощью тепловизоров дает значительную информацию при диагностике различных заболеваний и контроле динамики их развития.
Чрезмерное увлечение ИК излучением, особенно ближней зоны, может привести к ожогам кожи, расстройствам нервной системы, общему перегреву тела человека, нарушению солевого баланса, работы сердца, тепловому удару и т. д.
Исследование ИК спектров различных астрономических объектов позволило установить космические источники ИК излучения, присутствие в них некоторых химических соединений и определить температуру этих объектов.
К космическим источникам ИК излучения относятся холодные красные карлики с температурой поверхности 1000-1500°К, ряд планетарных туманностей, кометы, пылевые облака, ядра галактик, квазары и т. д.
Наиболее распространенным источником ИК излучения техногенного происхождения является лампа накаливания. При температуре нити лампы накаливания 2300-2800°К максимум излучения приходится на длину волны ≈1,2мкм и около 95% энергии излучения приходится на ИК диапазон. Используемые для сушки и нагрева лампы накаливания с вольфрамовой нитью мощностью 1 кВт излучают в ИК диапазоне около 80% всей энергии. При понижении температуры общее содержание ИК излучения источника уменьшается. При температуре а.ч.т. 1550°К максимум излучения соответствует длине волны λm = 1,7мкм. При падении интенсивности в 70 раз максимум интенсивности соответствует λm = 10 мкм, а при λm = 18 мкм интенсивность уменьшится в 700 раз. К числу спонтанных источников ИК излучения техногенного происхождения относятся также газоразрядные лампы, угольная электрическая дуга, электрические спирали из нихромовой проволоки, нагреваемые пропускаемым током, электронагревательные приборы, плазменные установки, печи самого различного назначения с использованием самого различного топлива (газа, угля, нефти, мазута, торфа и т. д.), электропечи, электротехнические устройства с неизбежным превращением доли электрической энергии в тепловую, двигатели внутреннего сгорания, электродвигатели, ракетные и авиационные двигатели, МГД-генераторы, реакторы атомных станций и т. д. Человеческая цивилизация, являясь сложной диссипативной структурой, неизбежно связана с тепловым излучением.
Среди некогерентных источников ИК излучения часто используются избирательные излучатели, например, горелка Нернста, Ауэра, имеющие в своем спектре сравнительно мало видимых лучей. Горелка Нернста позволяет получать интенсивные ИК излучения в области длин волн около 6 мкм, а горелка Ауэра – в широком диапазоне ИК спектра при λ > 6 мкм.
К числу когерентных техногенных источников с узкой полосой ИК излучения относятся ИК лазеры.
Инфракрасное тепло
Инфракрасное тепло это тот же вид тепла, который получает человек от солнца, русской печи, батарей центрального отопления и других подобных источников.
Что такое инфракрасное тепло
Инфракрасное излучение более известно как тепловое излучение или в простонародий инфракрасное тепло. Большая часть Солнечной энергии поступает на Землю в виде инфракрасного излучения. Солнце находящееся в зените обеспечивает освещённость на уровне моря чуть более 1 кВт. на один квадратный метр. При этом 523 Вт приходится на инфракрасное излучение, 445 Вт. – на видимый свет, 32 Вт.- на ультрафиолетовое излучение.
Инфракрасное тепло это электромагнитные волны, излучающиеся в диапазоне меньшем, чем 0,005м, но большем чем 770 нм. Всё пространство вокруг нас заполнено электромагнитными волнами, которые в зависимости от частоты колебаний подразделяются на: рентгеновские лучи, видимый свет, инфракрасное излучение и радиоволны. Такой нескончаемый поток энергии происходит в результате колебаний электрических зарядов атомов и молекул. Излучение видимого света, которое мы воспринимаем глазами, отличается длинной волны от рентгеновского излучения, излучения радио или инфракрасного излучения. Все они имеют одинаковые свойства распространения со скоростью света, то есть около 300000 км/сек. Любое нагретое тело излучает электромагнитные волны. Это излучение получается в результате преобразования энергии теплового движения частиц в электромагнитную волну и называется тепловым излучением или инфракрасным теплом. Инфракрасное излучение отличается от остальных видов тем, что энергия, посылаемая им на необходимое место, в то же время осуществляет и его нагрев. Все объекты с температурой поверхности большей абсолютного нуля (-273 °С) испускают инфракрасное тепло. Любое нагретое твёрдое тело испускает непрерывный инфракрасный спектр с волнами, имеющими все частоты излучения в широком диапазоне длин волн. Поэтому выделить какую-то определённую частоту из данного спектра и организовать работу с её применением на данном этапе практически не возможно. При этом температура объекта, а также его физические свойства определяют эффективность и длину излучаемой инфракрасной волны. Так при температурах ниже 450 °С излучение исходящее от твёрдого тела полностью расположено в инфракрасной области спектра – такое тело не испускает видимых глазом лучей и кажется тёмным. С повышением температуры нагрева повышается, и доля излучения в видимом спектре тело приобретает сначала тёмно-красный свет затем ярко красный, желтый и наконец, белый. При достижении температуры 1000 °С и выше тело испускает ультрафиолетовое излучение.
Закон теплового излучения открытый Планком устанавливает зависимость мощности интенсивности излучения твёрдого тела от длины волны и температуры. График, представляющий данный закон для двух различных длин волн и температур нагрева представлен на рисунке. Из данного графика видно, что поверхность под кривой с определённой температурой нагрева даёт возможность определить интенсивность излучения в зависимости от длинны волны. Отсюда вывод, что площадь интенсивности излучения возрастает с увеличением температуры нагрева тела и уменьшением длинны волны.
Диапазон волны инфракрасного излучения делится на три составляющих: коротковолновая (λ = 0,74-2,5 мкм.), средневолновая (λ = 2,5-50 мкм.), длинноволновая (λ = 50-2000 мкм.). Длинноволновая область излучения инфракрасного тепла не оказывает вредного влияния на организм человека, и являются самым благоприятным диапазоном волн передающих тепловую энергию. Чем выше температура излучателя, тем короче (жёстче) длинна испускаемой волны. Исследования учёных доказали, что лучшим диапазоном волн для человека является средневолновый. Причём не вся его часть, а та, которая лежит в интервале 5 – 15 мкм. Тепловое излучение самого человека составляй 9,6 мкм. то есть оно находится как раз в этом интервале. Средний диапазон волн наиболее перспективен и в промышленном производстве, так как большинство оптимальных процессов сушки материалов находятся в интервале длин волн 2,5 – 10 мкм.
Вредно ли инфракрасное тепло
” Инфракрасное излучение ” не имеет ничего общего с “Рентгеновским или Ультрафиолетовым излучением”, которые находятся за пределами видимой области спектра и ни как не связаны с восприятием тепла в организме человека. Но так как слово “излучение” относится ко всем выше перечисленным видам, то это вызывает у простого человека синдром опасности получения им вредного излучения вызывающего неизлечимые болезни. Инфракрасное тепло это тоже тепло, которое человек получает от солнца, печки, горячей батарей. Мы воспринимаем тепло, когда поглощаем инфракрасное излучение и чувствуем холод при излучении его в окружающее пространство. При этом наше восприятие тепла не имеет ничего общего с окружающей температурой воздуха. Данный вид тепла является для нас естественным и совершенно безопасным видом излучения кроме того он может оказать существенную пользу в лечении многих заболеваний.
Как говорилось выше, в инфракрасном спектре есть область с длинами волн порядка от 5 до 10 мкм. которая способна оказывать на человека общеукрепляющее и оздоравливающе действие. На этой основе строятся инфракрасные сауны, в которых инфракрасная энергия, передаваемая волновым способом, проникает глубоко в ткани организма и эффективно их прогревает. В результате расширяются кровяные сосуды, ускоряется поток крови и других жидкостей, что приводит к снижению давления на сердце, улучшается обмен веществ, повышается процесс доставки питательных веществ и кислорода к клеткам организма.
Инфракрасное тепло может оказывать и вредное влияние на организм. Так если спектр излучения сдвинут в более короткую область (с длиной волны 0,78. 1,4 мкм., тепловое излучение мартеновской печи) то проникновение лучей в тело человека может достигать порядка до 4 см. Если же такому излучению подвергаться довольно длительное время, то можно получить тепловой удар. Поэтому при выборе инфракрасного обогревателя следует обращать внимание на частотный спектр его излучения. Чем он короче, тем менее полезным он будет для здоровья. В обычных условиях приобретения такого обогревателя грубо его частотные характеристики можно определить по интенсивности свечения нагревательного элемента. Если он испускает видимый свет даже в затемнённом помещений, то такой обогреватель излучает более короткий диапазон волн и его лучше не приобретать. В тоже время абсолютно тёмный нагревательный элемент говорит о том, что данный обогреватель относится к классу длинноволновых, и выбор его более предпочтителен.
Инфракрасное тепло – улучшение экологии в помещениях
Системы конвекционного отопления (центрального отопления) создают идеальные условия для образования конденсата. Это происходит, потому что данная система отопления в первую очередь нагревает воздух и практически не нагревает стеновые панели здания. В таких условиях температура воздуха может составлять +21 ° C при влажности воздуха 70%, а стены прогреты до +15 ° C. Так как тёплый воздух проходит над холодной поверхностью (окна, стены, двери) то возникает точка росы (температура выпадения конденсата) и на стенах либо внутри их (в зависимости от разницы температур на поверхности) появляется конденсат. При этом тёплый, влажный воздух и конденсат создают идеальные условия для размножения бактерий, плесени и грибков. Однако это не все неприятности конвекционного отопления. Воздушный поток, который непременно возникает при данной системы топления, является идеальным транспортным механизмом для разноса этих организмов по всему помещению.
Инфракрасное тепло, создаваемое инфракрасными обогревателями при отоплении бытовых и производственных помещений имеет то преимущество перед конвекционным, что оно прогревает окружающую среду, экономически, без излишнего подогрева воздуха. В тоже время часть инфракрасного тепла попадает на стены и окна, повышая их температуру и значительно сдвигая точку росы. Таким образом, воздух остаётся сухим, но прохладным и люди чувствуют себя более комфортно. Такая технология применения инфракрасного тепла позволяет значительно улучшить экологию в обогреваемых помещениях на производстве . и предотвратить распространение таких неприятных заболеваний как простуды, кашель, озноб, а также появления на стенах плесени.
Инфракрасное тепло влияние на человека
Инфракрасное тепло позволяет человеку комфортно чувствовать себя при довольно низких температурах окружающей его среды. Отдача тепловой энергии телом человека в окружающую среду должна по возможности находится в равновесии с образованием её в процессе обмена веществ в самом организме. Организм человека производит в среднем 100 ккал/ч. тепла. Это число увеличивается при увеличении обмена веществ, например при мышечной работе. Сколько тепла вырабатывает организм, столько же он должен и отдать в окружающую среду. Если он отдаёт больше, чем вырабатывает, то возникает опасность замерзания, если он отдаёт слишком мало, то наступает тепловой удар. С помощью одежды и отопления мы стараемся выровнять разницу между производством тепла организмом и отдачей её. Отдача тепла происходит в первую очередь путём излучения и конвекции. Чем больше скорость воздуха и разница температуры между телом человека и окружающим воздухом, тем больше отдача. Во время езды на мотоцикле вследствие большой скорости воздуха излучаемое тепло отдаётся больше, чем во время прогулки пешком, при которой благодаря мышечной работе вырабатывается больше тепла.
Инфракрасное тепло отдаётся в основном путём излучения и определяется изменением температуры окружающих стен и мебели. Мы не находим комфортных условий в квартире с высокой температурой воздуха, когда её стены очень холодные (здание стоящее на открытом месте), потому, что мы отдаём очень много тепла путём излучения. И, наоборот, несмотря на довольно низкую температуру воздуха можно себя чувствовать довольно хорошо при соответственно высокой температуре стен. Задачей отопления является не содержание помещения при определённой температуре, а поддержание теплового равновесия человеческого организма.
На самом деле температура, которую ощущает человек (так называемая температура ощущения То) складывается из температуры воздуха Тв и инфракрасного тепла Ит . То приближенно равна (Тв+Ит)/2. Поэтому одно и то же значение То можно получить при разных значениях Тв, даже отрицательных. Например, на склоне снежной горы под ярким солнцем можно с комфортом загорать.
Воздух обладает низкой теплоемкостью, поэтому для нагрева воздуха до нормативной температуры по всему объему помещения требуются большие затраты энергии. Однако, рабочая зона, в которой находятся люди, как правило, располагается на высоте до 2-х метров — все, что выше этой зоны, по существу обогревается впустую. Теплый воздух поднимается вверх, скапливаясь под потолком и увеличивает непроизводительные потери на отопление. Дополнительные потери приходятся на нагретый воздух, удаляемый из производственного помещения системой вентиляции находящейся как правило в его верхней части. Отопление производства инфракрасными обогревателями это не простой процесс, требующий учёта различных нюансов. Поэтому перед установкой системы отопления в обязательном порядке необходимо произвести её расчёт. Что позволит экономно расходовать энергоресурсы и при этом обеспечить комфортную температуру в помещении для человека.
Человек чувствует себя довольно хорошо, когда воспринимает на себя инфракрасные лучи, несмотря на холодные стены и низкую внешнюю температуру, куда он отдаёт много тепла. Кожа человека очень хорошо воспринимает инфракрасное тепло.
Данные о восприятии инфракрасного тепла кожей человека
Сила облучения в ккал/мин* см 2
Ощущения
0,0015
Ощущение боли
0,0002
Горячо, жжёт, напряжение лица
0,00005
Ощущение тепла
0,000015
После некоторого действия лёгкое ощущение тепла
Инфракрасное излучение это тот же вид тепла, который мы получаем от солнца, русской печки, батареи центрального отопления и т.д. Это излучение, которое подчинятся тем же законам физики, что и видимый свет. Спектральная область, находится между красным видимым светом и коротковолновым излучением. Оно присуще всем нагретым телам при этом длина волны, излучаемая им, зависит от температуры самого тела, чем она выше, тем короче волна и выше интенсивность самого излучения. Так земная поверхность нагретая солнечными лучами сама является источником излучения с интервалом длин волн 7 – 14 мкм. (микрометров) с максимумом 10 мкм. Человек так же излучает и поглощает инфракрасное излучение с пиком 9,6 мкм. Тепло с такой длинной волн глубоко проникает в тело человека, интенсивно прогревая его благоприятно действуя на внутренние органы.
Об этом хорошо знали наши предки и нередко прибегали к лечению теплом определённых заболеваний посредством прогревания тела в парилках. Температура воздуха у потолка парилки достигает порядка +100°С, при этом кожа человека нагревается до +39 – 40°С. Человек начинает интенсивно потеть и дальнейший рост температуры замедляется. Достигнув +41°С градуса, температура кожи опускается. Внутренние органы начинают постепенно прогреваться и достигают температуры +38 – 39°С. В результате чего в организме человека резко возрастают обменные процессы, что соответствует лихорадочному состоянию. При этом значительно повышается сопротивляемость организма действию вирусов и бактерий, улучшается здоровье. Древнегреческий врач Пемендидес писал в своё время “Дайте мне способ вызвать лихорадку, и я излечу любую болезнь”.
Влияние инфракрасного излучения на человека было изучено японским врачом Тадаши Ишикава в 60-х годах прошлого столетия. Он установил что инфракрасный луч может проникать в тело человека на большую глубину вызывая аналогичный эффект получаемый человеком в парилке. Но в этом случае потоотделение кожи начинается уже при температуре +50 – 60°С и внутренние органы прогреваются значительно глубже, чем в парилке. Инфракрасные волны, проникая вглубь тела человека, прогревают все его органы и усиливают кровообращение. Физическая терморегуляция перестраивается на увеличение теплоотдачи, в тоже время химическая терморегуляция приводит к уменьшению теплопродукции. Что ведёт к расширению сосудов кожи, подкожной клетчатки и органов дыхания которые в свою очередь улучшают питание мышц и резко повышают снабжение тканей кислородом. Результатом этих работ стало создание инфракрасных кабин, в котором основным элементом обогрева были длинноволновые инфракрасные обогреватели.
Длительные исследования учёных по влиянию инфракрасного излучения на человека показали, что инфракрасное тепло оказывает положительное воздействие на его здоровье. При этом поглощённое телом излучение согревает человека, преобразуясь в тепло, а излишки тепла отдаются прохладному воздуху, действуя освежающе на него. Но не следует забывать и о том, что длительное пребывание под интенсивным инфракрасным излучением может спровоцировать тепловой удар.
Подведя итоги, приходим к заключению: инфракрасное излучение это естественный природный вид излучения на земле; человек постоянно подвергается действию инфракрасных лучей это его нормальное состоянии; кратковременное воздействие в небольших дозах инфракрасного тепла на человека благотворно влияет на его здоровье; длительное пребывание под мощным источником инфракрасного излучения может привести к тепловому удару.
Обогреватели для дома . – Инфракрасные обогреватели для дома, принципы их применения, достоинства, преимущество перед другими видами обогрева.
Обогреватели для дачи . – Обогреватели для дачи, принципы их применения, преимущество перед масляными конвекционными обогревателями.
Что такое инфракрасное излучение? Опасно ли оно?
Многие боятся покупать инфракрасные обогреватели потому что считают, что они вредны или даже опасны. Они ведь являются источником инфракрасного излучения, разве может быть излучение быть безопасным?
Что такое ИК излучение и как оно работает.
Говоря научным языком, инфракрасное излучение – это электромагнитное излучение с длинами волн от 0,7 мкм до 1000 мкм. Также его называют тепловым . Что это означает? Нас окружает электромагнитное излучение всевозможных длин волн. Например, видимый свет – это тоже излучение с длинами волн от 0,38 мкм до 0,73 мкм. Без него мы не могли бы ничего видеть. Менее безопасным, но, тем не менее, полезным для человека является ультрафиолетовое излучение (0,2 – 0,4 мкм). Благодаря нему мы загораем и получаем необходимый витамин Д. Еще менее безопасным, но используемым в медицине является рентгеновское излучение (менее 0,1 мкм). В радиосвязи и в быту для приготовления пищи используется СВЧ излучение (более 1000 мкм). Ну и радиация – это тоже электромагнитное излучение только совершенно с другой длиной волны (менее 0,001 мкм). Инфракрасное излучение – это часть постоянно окружающего нас электромагнитного излучения.
Как мы ощущаем инфракрасное тепло.
Человек может ощущать 2 вида тепла. Первое – это тепло горячего воздуха. Например, тепло от включенного фена для сушки волос. Второе – это инфракрасное тепло, излучаемое нагретыми предметами. Примером такого тепла может быть разогретая сковородка. Вы подносите к ней руку и на расстоянии 10-15 см ощущаете тепло. Это инфракрасное излучение. Аналогично чувствуется тепло костра, камина или печки. Также всем нам знакомо инфракрасное тепло Солнца. Причем тепло от костра или солнца мы ощущаем независимо от температуры окружающего воздуха.
Опасно ли инфракрасное излучение?
— Абсолютно безопасно, – скажет иной продавец инфракрасных обогревателей. — Очень опасно. Это ведь излучение. – скажет человек, который прогуливал уроки физики в школе.
На самом деле заблуждаются оба.
Прогульщику мы посоветуем открыть учебник физики за 8 класс. В нём можно обнаружить, что электромагнитное излучение окружает нас повсюду и без него невозможна жизнь на земле. Особенно без инфракрасного, посредством которого поступает всё тепло на Землю.
Грамотный продавец уточнит 2 момента:
— чрезмерная мощность инфракрасного излучения может быть дискомфортна или даже вызвать тепловой удар, что и происходит периодически в солнечных и жарких частях нашей планеты.
— инфракрасное излучение бывает длинноволновым, которое еще называет дальним (5,5 – 1000 мкм), средневолновым (1,5 – 5,5 мкм) и коротковолновым, которое также называют ближним (0,75 – 1,5 мкм).
Длинноволновое излучение человек не способен увидеть, а средневолновое и коротковолновое человек видит в виде красноватого свечения нагретых тел. Чем короче длина волны, тем краснее и ярче, и тем выше температура нагревательного элемента. Например, в коротковолновом диапазоне излучает костер. Длительное пребывание под коротковолновым инфракрасным излучением приводит к расширению капиллярных сосудов, что приводит к покраснению и сухости кожи. Длинноволновое же излучение умеренной мощности не приводит ни к каким негативным для организма эффектам, и, кроме того, очень активно используется в медицине для физиотерапевтического прогревания.
Для закрепления повторим, что сказано вначале статьи. Инфракрасное излучение не имеет никакого отношения к рентгеновскому излучению или альфа, бэта, гамма излучениям, которые могут быть смертельно опасным.
Также инфракрасное излучение не имеет никакого отношения к СВЧ излучению, в котором мы привыкли разогревать еду и которое тоже может быть опасным.
И даже инфракрасное излучение не имеет никакого отношения к ультрафиолетовому, от которого человек получает загар и которое безопасно только в очень ограниченном количестве.
Инфракрасные инфракрасное излучение — это, другими словами, тепловое излучение, источником которого является любой нагретый предмет.
Инфракрасный нагрев: тепловая волна
Инфракрасный нагрев все чаще используется в технологических процессах для снижения затрат и повышения производительности.
Инфракрасное излучение используется в технологическом нагреве уже более 30 лет, но только недавно оно стало обычным явлением для большинства конструкций печей. Конвекционный нагрев горячим воздухом обычно является самым распространенным решением, и во многих ситуациях он отлично работает. Инфракрасное излучение, однако, открывает новые возможности для оптимизации затрат и процессов нагрева. Компании-производители все чаще используют инфракрасное излучение в системах технологического нагрева, чтобы снизить затраты, увеличить производительность и стать более экологичными.
Итак, что такое инфракрасное излучение? Чтобы понять инфракрасное излучение, вы должны сначала понять, что такое тепло. Тепло – это энергия. Если вспомнить школьную физику, это кинетическая энергия. Вся материя имеет молекулы, и когда они движутся, увеличение молекулярного движения создает электромагнитную энергию. Согласно закону физики, эта электромагнитная энергия излучается из своего источника энергии. Проще говоря, это излучение является инфракрасной энергией.
Конвекция — это воздух, нагретый источником тепла, который циркулирует в печи, а затем молекулы горячего воздуха передают тепло той части, с которой соприкасается воздух.
Самый распространенный способ нагрева деталей — не инфракрасный и не конвекционный. На самом деле это проводимость. Проводимость — это передача энергии через физическое прикосновение. Независимо от того, используете ли вы конвекцию или инфракрасное излучение, обе технологии нагрева также используют теплопроводность для облегчения теплопередачи. Инфракрасное излучение передает энергию через излучение, но обе технологии используют теплопроводность для облегчения теплопередачи.
Это нестандартная конфигурация электрической печи для отжига бутылок.
Применение инфракрасного нагрева
Инфракрасный нагрев — это термический процесс, и инфракрасные печи могут быть рассчитаны практически на любое применение тепла. Для нанесения покрытий инфракрасное излучение часто используется в качестве форсирования, предварительного нагрева или гелеобразования, но это также отличное решение для полного отверждения покрытий. Другими сферами применения инфракрасного нагрева могут быть сушка, обезвоживание, ламинирование, спекание или отжиг.
В зависимости от выполняемого процесса прямая видимость может быть или не быть критической проблемой для процесса инфракрасного нагрева. Даже если это вызывает сомнения, выбор правильной технологии для процесса нагрева может значительно улучшить конечные результаты. Должны приниматься во внимание также скорость линии, геометрия детали и технологический процесс.
Основная причина, по которой инфракрасное излучение является такой прогрессивно растущей технологией, заключается в том, что оно намного быстрее, чем конвекционный нагрев. Кроме того, он экологически чистый.
Еще одна нестандартная конфигурация инфракрасной печи
Электрическое инфракрасное излучение может выполнять некоторые процессы нагрева за считанные секунды. Инфракрасный нагрев может быть в 10 раз быстрее, чем конвекция.
Инфракрасное излучение сокращает время нагрева для многих термических процессов, что может привести к снижению стоимости единицы продукции и незавершенного производства.
Одним из других больших преимуществ использования инфракрасного излучения является возможность контролировать само тепло. Конвекция по своей конструкции представляет собой коробку с горячим воздухом. Все внутри печи — например, воздух, деталь и конвейер — должны достичь заданной рабочей температуры печи. Хорошая конструкция может обеспечить некоторую регулировку температуры с помощью функции понижения температуры, но она имеет медленный отклик и ограниченный контроль.
Инфракрасное излучение, напротив, может обеспечить направленный нагрев и управлять им вплоть до уровня отдельных деталей. Все инфракрасное излучение можно модулировать. В зависимости от типа нагревателя скорость нагрева может различаться от нескольких минут до пары секунд. К примеру, нагрев керамических инфракрасных нагревателей занимает несколько минут, а кварцевые нагреватели выходят на полную мощность за 30 секунд. В то же время галогенные трубчатые излучатели способны нагреться всего за 2-3 секунды.
Создание различных зон нагревателей в печи также позволяет создать различные уровни нагрева в зависимости от того, что требуется для процесса. Нагрев можно регулировать спереди назад, сверху вниз или даже до индивидуального нагревателя. Это позволяет настраивать источник тепла в соответствии с индивидуальными потребностями процесса, что обеспечивает более точный контроль и может повысить эффективность работы. Кроме того, когда детали различаются, уровни тепла нагревательных панелей могут быть увеличены или уменьшены, чтобы обеспечить оптимальную подачу тепла.
Электрическое инфракрасное излучение может выполнять некоторые процессы за секунды и может быть в 10 раз быстрее, чем конвекция. Поскольку для производства инфракрасного излучения не используется ископаемое топливо, электрические инфракрасные системы обычно не нуждаются в вытяжке, что может повлиять на потребность в разрешениях на подачу воздуха.
Линия прямой видимости является общей проблемой при инфракрасном обогреве. По идее, если инфракрасная энергия не может видеть деталь, то да, технически она не может передавать свою энергию через излучение. Однако в действительности проводимость играет огромную роль в минимизации ограничений прямой видимости при технологическом нагреве. Однако чем быстрее процесс, тем меньше времени остается для того, чтобы проводимость сыграла свою роль. Вот почему более высокие температуры лучше контролируются на линии прямой видимости.
Инфракрасные печи, такие как электрическая духовка, позволяют использовать меньше площади. Инфракрасное излучение значительно сокращает время термического процесса, что может привести к снижению стоимости единицы продукции и незавершенного производства.
Имеет ли значение длина волны в инфракрасном диапазоне?
Длина волны часто обсуждается в связи с инфракрасным излучением. Неужели это действительно так важно? Давайте попробуем разобраться.
Длина волны отражается как кривая, а не как ступенчатая функция между типами излучения, как это часто думают. На самом деле, длина волны является лучшим описанием метода построения каждого типа инфракрасного излучения, а не того, как он фактически работает при нагревании. Коротковолновые нагреватели обычно представлены инфракрасными галогенными лампами. Средневолновые чаще всего встречаются в кварцевых нагревателях, а длинноволновые – в керамических излучателях.
На одном конце спектра находится коротковолновое инфракрасное излучение с температурой до 2000°C и мгновенным откликом. Обычно при этом используется галогенная лампа КГТ с вольфрамовым элементом в среде галогенного газа. Когда требуется огромная мощность и контроль, это превосходная технология. Компромисс в том, что это в основном трубчатые нагреватели с хрупкой оболочкой, поэтому они деликатны по своей природе и дороги в эксплуатации.
Более низкий электромагнитный спектр представляет собой электрический средневолновой инфракрасный диапазон. Обычно для генерации инфракрасной энергии используется элемент электрического сопротивления в оболочке из кварцевого стекла. Кварцевые инфракрасные нагреватели могут быть чрезвычайно надежными и ремонтопригодными. Они имеют широкий спектр конструкций и могут быть разработаны для соответствия определенным контурам деталей. Изготовленные на заказ инфракрасные панели позволяют еще больше повысить эффективность печи, поскольку энергия направляется точно на профиль детали.
В длинноволновой части спектра находятся керамические нагреватели. Длинноволновой инфракрасный нагрев, безусловно, является самым дешевым в эксплуатации и является самой безопасной формой тепловой технологии.
В настоящее время компании-производители все чаще используют инфракрасное излучение в своих системах технологического нагрева, чтобы снизить затраты, увеличить производительность и стать более экологичными.
В заключение, инфракрасное излучение представляет собой технологию нагрева, которая при правильном использовании может значительно ускорить применение технологического нагрева, а также улучшить качество и производительность и снизить воздействие на окружающую среду. При рассмотрении применения инфракрасного излучения подумайте о работе с опытным производителем, чтобы разработать оптимальную конструкцию. Инфракрасный нагрев лучше всего подходит, когда основными факторами являются контроль, скорость, время нагрева, эксплуатационные расходы или экономия пространства.
Что такое инфракрасный обогреватель
Что такое инфракрасное излучение?
Инфракрасный обогреватель — это относительно новый способ обогрева помещений и поддержания в них температуры. В природе инфракрасное излучение очень распространено: солнечные лучи или красивый потрескивающий огонь в камине являются естественными источниками инфракрасного излучения. Оно составляет примерно 50% солнечного излучения, достигающего поверхности Земли. Это отвечает за ощущение тепла, когда мы находимся на солнце, а также за то, что мы можем наслаждаться солнечными ваннами. Инфракрасное излучение не имеет ничего общего с вредным ультрафиолетовым излучением солнца, которое составляет оставшиеся 50% испускаемого излучения, которое мы можем видеть и называть «светом». Огонь испускает в основном инфракрасное излучение, которое производит эффект тепла.
Инфракрасное излучение и его нагревательные свойства были обнаружены в 1800 году англо-немецким ученым, астрономом и музыкантом Фридрихом Вильгельмом Гершелем, который благодаря своим исследованиям научился измерять температуру различных цветов солнечного света и пришел к выводу, что большая часть тепла возникает в результате инфракрасного спектра. Инфракрасные обогреватели веками использовались в промышленности во многих областях. Российская космическая станция МИР непрерывно обогревалась по этой технологии в течение 18 лет. Также на больших круизных лайнерах, уже давно используется инфракрасное отопление.
Конвекционная теплопередача
Традиционные системы отопления ( электрические конвекторы , масляные радиаторы , тепловые вентиляторы ) нагревают воздух по принципу конвекционной теплопередачи. Конвекция нагревает воздух, который затем нагревает людей в комнате. В результате этого процесса возникает большая разница в температуре воздуха, которая при перемещении не распределяет тепло с одинаковой интенсивностью по комнате: на полу холоднее, а у потолка теплее. Это приводит к потере большого количества энергии. Кроме того, горячий воздух легко теряется через открытые двери и окна, что требует нагрева большего объема воздуха для поддержания постоянной температуры – очень неэффективная и дорогостоящая концепция, которая также должна работать в течение длительного времени, чтобы почувствовать повышение температуры.
Недостатки конвекционного отопления:
Высокие начальные вложения
Периодические расходы на техническое обслуживание
Низкая долговечность и высокая стоимость замены
Дополнительные расходы на электроэнергию и другие эксплуатационные расходы
Неравномерное распределение температуры (холод на полу, жарко на потолке)
Высокие потери энергии и, как следствие, более высокие затраты
Нездоровая среда из-за движения пыли и сухого воздуха
А как работает инфракрасный обогреватель?
Инфракрасное отопление, с другой стороны, нагревает не воздух, а стены, все элементы и людей в комнате, излучением инфракрасных волн. Это излучение, поглощаемое стенами и мебелью, будет передаваться снова и снова, создавая приятное ощущение тепла, которое равномерно распределяется по комнате. Это полностью естественный процесс, он работает аналогично нахождению возле печи или на солнце. Волны жары не оказывают существенного влияния на движение воздуха, обеспечивая постоянную влажность, поэтому воздух остается прохладным и непыльным. Кроме того, ощущение температуры в помещении при использовании инфракрасных обогревателей на 2–3ºC выше, чем в обычной системе обогрева.
Виды инфракрасного излучения
Инфракрасное излучение – форма энергии, которая является частью электромагнитного спектра после красного цвета. Кроме того, это длина волны, которая выделяет тепло от 0,78 микрон до 1000 микрон (или 1 миллиметр) и охватывает тепловой диапазон от нескольких тысяч градусов Цельсия до абсолютного нуля. Любой объект с температурой выше 0 ° K будет излучать инфракрасную энергию.
Из-за огромного диапазона температур, который покрывает инфракрасный свет, и различных физических характеристик тепла при его перемещении по частотам, сам инфракрасный порт был разделен на три различных типа инфракрасного излучения:
Коротковолновый (ближний инфракрасный, или IR-A). 0,78–1,5 мкм – покрывает диапазон от тысяч до сотен градусов Цельсия.
Средневолновый (средний инфракрасный, или IR-B). От 1,5 до 3 микрон – покрывает диапазон от нескольких сотен до плусотни градусов Цельсия.
Длинноволновый (дальний инфракрасный или IR-C). От 3 микрон до 1000 микрон (1 мм) – покрывает диапазон от полсотни градусов по Цельсию до абсолютного нуля.
В системах инфракрасного обогрева используются как короткие, так и длинные волны инфракрасного излучения. В зависимости от модели и режима его полезность сильно различается. Примерно 90% энергии, используемой в коротковолновых системах, преобразуется в инфракрасное излучение. Вырабатываемое тепло может быть перенаправлено куда угодно, и на него не влияют воздушные потоки, которые могут существовать в помещении. Мощность инфракрасных волн ближнего или среднего радиуса действия регулируется, они не имеют запаха и дыма.
Разница моделей по типу отопления.
Модели инфракрасных электрических нагревателей и их конструктивные характеристики часто зависят от типа используемого в них нагревательного элемента:
с вольфрамовой нитью или специальным углеродным волокном. Эти нагреватели излучают довольно раздражающий свет и имеют коротковолновое излучение, которое не всегда благоприятно для человека.
с трубчатым вакуумным кварцевым нагревателем. Внутри находится катушка из углеродного волокна, которая помогает устройству быстро нагреваться. Они излучают красный свет (раздражает человеческий глаз) и потребляют много электричества. Эти модели не очень предпочтительны для длительной работы, но они очень эффективны.
с нагревательным элементом в виде керамического защитного слоя, который блокирует неприятное излучение в поле зрения. Этот тип электрических нагревателей отличается своей эффективностью и долговечностью. Их можно даже использовать во влажных комнатах: саунах, ванных комнатах. Их можно нагревать в течение длительного времени, но в то же время они сохраняют тепло в течение длительного времени после выключения. Не рекомендуется в потолочных и настенных версиях.
с трубчатыми нагревательными элементами, которые иногда могут скрипеть. При покупке этих нагревателей следует обратить внимание на материал нагревательных элементов (желательно из нержавеющей стали) и корпус изоляции (одним из лучших является базальт без добавок). Этот тип нагревательного устройства считается наиболее успешным для длительного использования, если мы не принимаем во внимание потрескивающий шум, который обычно возникает, когда нагревательный элемент нагревается и охлаждается.
Варианты установки обогревателей
По типу установки различают:
Мобильные обогреватели – как правило, небольшие по размеру, они могут перемещаться из одной комнаты в другую. Но, как правило, у них мало мощности. Кроме того, их лучи находят больше препятствий, когда проходят в нижней части комнаты.
Стационарные обогреватели – при выборе вариантов настенного монтажа они должны быть установлены на недостижимой высоте для детей. Удобнее устанавливать плинтусы под окнами. Лучше всего отдавать предпочтение стационарным отопительным установкам, если предполагается, что помещение постоянно отапливается, а потолочные варианты могут наилучшим образом нагревать все части помещения.
Заключение
Использование обогревателей данного типа позволяет решить множество проблем и при этом довольно безопасно. Все модели инфракрасных нагревательных устройств содержат датчик контроля температуры для мгновенного отключения в случае перегрева. В напольных версиях этих устройств встроены дополнительные датчики, которые реагируют на опрокидывание устройства (они включают аварийное отключение нагревателя).
Если стоит выбор, где купить инфракрасный обогреватель, выбирайте надёжного поставщика. Компания « АнЛан » занимает лидирующие позиции на рынке РФ с 2007 года. Разумная цена и европейское качество — то, что отличает продукцию компании от других организаций.
Инфракрасное отопление частного дома: принцип действия, виды, плюсы и минусы
Сегодня тепловые инфракрасные панели все чаще применяются для обогрева жилых помещений. Они отличаются высокой эффективностью, практичностью, компактностью и привлекательным внешним видом. Встроенная в ИК обогреватели автоматика позволяет легко контролировать параметры работы самих устройств. Главный минус инфракрасного отопления – зависимость от недешевой электроэнергии. Вместе с тем оно обладает множеством преимуществ, благодаря которым постепенно приобретает огромную популярность.
Что такое инфракрасное отопление
При традиционном обогреве помещений теплый воздух постоянно перемещается вверх. Потому пространство под потолком всегда прогревается больше, чем над полом. В случае применения инфракрасной системы отопления сначала нагреваются предметы мебели, стены, потолок, половое покрытие. Затем они отдают накопленное тепло в окружающую среду. Как результат, достигается равномерное распределение тепловой энергии по всему помещению, а люди в нем чувствуют себя максимально комфортно.
ИК отопление применяется в качестве самостоятельного или вспомогательного. При этом возможна организация локального обогрева комнат, когда тепло подается только в определенные зоны. Последнее особенно актуально для огромных помещений с высокими потолками. Вдобавок такой вид отопления позволяет обеспечить эффективный обогрев открытых территории, включая уличные.
Принцип действия
Тепловое излучение, исходящее от ИК обогревателей, не поглощается воздухом. Оно достигает непосредственно предметов и людей, которые потом передают тепло окружающей среде. Высокая эффективность инфракрасных нагревательных приборов обусловлена следующим: любые поверхности в доме прекрасно поглощают ИК лучи. Мебель после достаточного нагрева превращается в источник тепла.
Инфракрасный обогреватель содержит алюминиевую пластину и ТЭН, который нагревает ее до 250°С. Впоследствии прогревания пластинка излучает волны электромагнитного типа. При этом корпус устройства не достигает высокой температуры (максимум 80°С).
Инфракрасные обогреватели отличаются компактными размерами, удобны в использовании, демонстрируют высокую эффективность работы Источник eurosantehnik.ru
Важно! В процессе работы инфракрасные нагревательные панели вовсе не поглощают кислород. Потому они отлично подходят для создания здорового микроклимата в квартирах, домах, офисах, производственных помещениях.
Чтобы образовавшаяся внутри жилища тепловая энергия оставалась в комнатах, инфракрасные панели-обогреватели не стоит направлять на потолок, стены, двери Источник domsireni.ru
Разновидности устройств
Исходя их места установки, все инфракрасные панели отопления разделяют на 3 группы: настенные, потолочные, напольные. Разница между ними состоит лишь в схеме монтажа, наличии определенных полезных функций.
Настенные
Чаще всего монтируются в нише под окном либо внизу стен. Их делают похожими на имеющиеся уже радиаторы центрального отопления. От последних ИК обогреватели отличаются лишь плоской формой поверхностей. По эффективности они вовсе не уступают другим разновидностям аналогичных приборов.
Все настенные греющие панели содержат термостат и системы, предохраняющие от возможного перегрева. Такие устройства немного тяжелее напольных и подвесных, их монтируют надолго, при этом сразу учитывают особенности дизайна помещения. Иногда во время установки приборов применяются всевозможные элементы декора: орнамент, лепнина, камень.
В большинстве случаев бытовые настенные ИК обогреватели излучают волны длиной от 5,6 до 100 мкм Источник stroy-podskazka.ru
Потолочные
По внешнему виду зачастую напоминают светильники, в то же время отличаются сравнительно большими размерами, немалым весом. Потолочные обогреватели не совсем подходят для монтажа в жилых комнатах, их больше рекомендуется использовать в офисах, гаражах, производственных помещениях.
Основные преимущества нагревателей, которые монтируются на потолке, – высокая мощность, наличие термостата, большой охват площади. Последнее позволяет применять потолочные нагревательные панели для качественного обогрева габаритных помещений. Управление такими устройствами производится посредством пульта ДУ, что чрезвычайно удобно для пользователей.
Потолочные инфракрасные обогреватели чаще всего применяется в помещениях с большой квадратурой, отличаются габаритными размерами и немалым весом Источник tvoidvor.com
Напольные
В процессе применения приборы устанавливаются на полу, при необходимости их можно легко перенести. Это считается огромным плюсом, который привлекает многих покупателей при выборе подходящего нагревательного агрегата в магазине.
Все напольные модели ИК обогревателей для удобства переноса снабжены ручкой, иногда в конструкции присутствуют небольшие колесики. Также стоит отметить наличие специальных защитных датчиков: один спасает от перегрева, иной – выключает прибор при случайном опрокидывании. Отдельные модели напольных греющих панелей содержат терморегуляторы, управлять ими можно при помощи пульта ДУ.
Важно! Существуют смешанные модели ИК обогревателей, которые устанавливаются на стенку и потолок либо пол. Их универсальность расширяет возможности обогрева различных помещений.
Напольный инфракрасный обогреватель отлично подойдет для обогрева дачи в холодный период года, если она посещается нечасто Источник b-online.ru
Плюсы и минусы
Как и любая другая, инфракрасная система отопления обладает преимуществами и недостатками. К ее положительным сторонам относят такие моменты:
помещение возможно прогреть до 50°С;
при эксплуатации ИК нагревательных панелей обеспечивается нормальная влажность, оптимальный температурный режим;
во время работы инфракрасных приборов не образуются конвекционные потоки воздуха, потому пыль в доме отсутствует;
наличие терморегулятора позволяет поддерживать внутри помещений определенную температуру, экономить электроэнергию;
инфракрасные панели отопления можно разместить как на потолочной поверхности, так и на стенах;
ИК устройства минимизируют температурную разницу у потолка и на уровне пола;
благодаря незначительной инерционности инфракрасной системы, обогрев помещения начинается сразу же после ее включения;
продолжительный эксплуатационный срок – 50 лет;
экологическая безопасность.
Перепады напряжения в сети не критичны для инфракрасных панелей, потому они считаются достаточно надежными Источник s.06153.com.ua
потолочные модели обогревателей не всегда вписываются в интерьер;
монтаж отдельных ИК панелей лучше производить на стадии постройки дома либо во время капитального ремонта помещений;
при неправильном расчете мощности инфракрасное устройство может перегреться;
нельзя устанавливать большую температуру на длительный период времени;
ИК отопление, используемое в качестве единственного источника тепла, обходится дорого;
постоянное воздействие инфракрасных лучей может негативно отразиться на органах зрения человека.
Совет! Исходя из рациональности обогрева жилья, можно сделать вывод: основным отоплением должно быть традиционное, дополнительным –локальное инфракрасное.
Окупаемость всех затрат на инфракрасное отопление наступает только через несколько лет, так как стоимость оборудования достаточно высокая Источник eurosantehnik.ru
Видео описание
Плюсы и минусы инфракрасных обогревателей.
Как правильно выбрать
Прежде чем приобретать оборудование для обустройства инфракрасного отопления, следует решить, с какой целью оно планируется использоваться. Если выбранная модель будет выполнять роль основного источника обогрева, чрезвычайно важно обратить внимание на ее мощность. Она должна быть не меньше 100 Вт/м2. Если высота потолков в помещении больше 3,5 м, тогда следует ориентироваться на минимальное значение 120 Вт/ м2.
Другие факторы, влияющие на выбор ИК отопительного прибора:
Особенности стен помещений: разновидность, наличие утеплительного материала.
Качество остекления. Важное значение играет тип установленных окон, присутствие в оконных конструкциях энергосберегающих стекол.
Характеристики потолка. Рассматривается текущее состояние потолочного перекрытия. Также имеет значение, что располагается сверху: иная квартира или крыша.
Перечисленные факторы сильно влияют на теплопотери в помещении, а значит на расчет мощности будущего ИК обогревателя.
Перед покупкой инфракрасного обогревателя следует произвести расчет его мощности, предварительно измерив площадь комнаты и высоту потолка Источник stroy-podskazka.ru
Особенности монтажа
Процедура установки инфракрасных нагревательных панелей не отличается сложностью: достаточно выполнить указания в инструкции. Ее можно отыскать на сайте изготовителя приобретенного оборудования. После окончания монтажных работ нужно будет лишь включить прибор в электросеть.
ИК обогреватели монтируются на стены и потолок. При выборе потолочного устройства стоит учитывать такие рекомендации:
Важно подготовить подходящий крепеж: он непременно должен быть прочным, чтобы надежно удерживать массу устанавливаемого прибора.
Обогреватель фиксируется посредством креплений, идущих с ним в комплекте. Зачастую это стальные цепи, жесткие кронштейны.
В процессе монтажа нужно исключить соприкосновение нагревающей поверхности с легковоспламеняющимися веществами, материалами.
Используя специальную ленту, важно сделать изоляцию контактов электропроводки.
Монтаж инфракрасных потолочных обогревателей в комнатах с деревянными, гипсокартонными или подвесными потолками обычно трудностей не вызывает. Саморезы, крючки-держатели легко ввинчиваются в перечисленные поверхности. Для гипсокартона применяются специальные дюбеля: при закручивании в них самореза такие элементы расширяются, потому надежно удерживаются в ГКЛ листе. Если установка ИК обогревателя осуществляется на бетонный потолок, необходимые отверстия проделываются с помощью перфоратора.
Монтаж ИК обогревателей можно выполнить своими силами, не прибегая к помощи специалистов Источник i.ytimg.com
Видео описание
Монтаж инфракрасного обогревателя Билюкс – советы и рекомендации.
Заключение
Инфракрасное отопление – современный способ эффективного обогрева жилища. Зачастую оно применяется в качестве дополнительного источника тепла, а также для прогревания помещений, которые редко используются. ИК отопительная система обладает множественными преимуществами и малым количеством недостатков. Инфракрасные обогреватели отличаются высокой эффективностью и универсальностью. Их можно устанавливать на потолок, стены. Вдобавок существуют мобильные приборы, которые при необходимости легко переносятся в другое место. Применять такие устройства чрезвычайно удобно: они способны быстро создать комфортный микроклимат в доме, при правильно использовании безопасны для здоровья человека.
Инфракрасное излучение
Что такое инфракрасное излучение? Мы узнали, что тепловые лучи были открыты Гершелем в 1800 году. Чтобы разобраться в природе теплового (инфракрасного) излучения и его взаимодействия с окружающими нас объектами придется немного углубится в теорию. Начнем с определения.
[quote align=»center»]Инфракрасное излучение — это электромагнитное излучение, занимающее спектральную область между красным концом видимого света (от λ = 0,74 мкм) и коротковолновым радиоизлучением (до λ = 1 мм).[/quote]
Электромагнитное излучение с самыми разными длинами волн окружает нас повсеместно и постоянно. Видимый свет — это тоже электромагнитные волны, которые ощущает человеческий глаз по интенсивности и спектральному составу (цвету). Для восприятия всех других электромагнитных волн нам нужны технические средства. С их помощью мы слушаем радио, смотрим телевизор, делаем рентген. И только инфракрасное излучение от нагретых предметов может воспринимается кожей человека как ощущение тепла. Поэтому ИК-излучение иногда называют «тепловым» излучением.
Самым мощным инфракрасным излучателем, безусловно, является Солнце. Около 50% излучения Солнца лежит в инфракрасной области. Значительная доля (от 70 до 80%) энергии излучения ламп накаливания с вольфрамовой нитью приходится на инфракрасный спектр.
Инфракрасное излучение делят на условные диапазоны. Наименования и границы этих диапазонов связаны с техническими устройствами и задачами, решаемыми ими. Поэтому можно найти несколько вариантов деления. Приведу наиболее распространенный в сфере тепловизионного контроля:
ближняя область (Near-infrared, NIR): λ = 0,74 — 1,4 мкм;
коротковолновая область (Short-wave, SW): λ = 1,4 — 3 мкм;
средневолновая область (Mid-wave, MW): λ = 3 — 5 мкм;
длинноволновая область (Long-wave, LW): λ = 8 — 14 мкм;
Диапазоны NIR и SW иногда называют «reflected infrared», так как в этих диапазонах при обычных температурах регистрируется не собственное, а только отраженное от объекта ИК-излучение. Основные рабочие в тепловидении диапазоны MW и LW иногда называют «thermal infrared», так как в них регистрируется собственное тепловое излучение объектов, связанное с их температурой.
Границы этих рабочих тепловизионных диапазонов определены окнами прозрачности атмосферы. Дело в том, что проходя через земную атмосферу, инфракрасное излучение ослабляется в результате рассеяния и поглощения. Азот и кислород воздуха ослабляют ик-излучение в результате рассеяния, которое значительно меньше, чем для видимого света. Особенно сильно поглощают ик-излучение пары воды и углекислый газ. К дополнительному ослаблению инфракрасного излучения приводит наличие в атмосфере взвешенных частиц: дыма, пыли, мелких капель воды (дымка, туман), а также осадки (снег, дождь).
Лучистая энергия возникает за счет энергии других видов в результате сложных молекулярных и внутриатомных процессов. Природа всех лучей одинакова, они представляют собой распространяющиеся в пространстве электромагнитные волны. Источником теплового излучения является внутренняя энергия нагретого тела, количество лучистой энергии в основном зависит от физических свойств и температуры излучающего тела. Таким образом, все тела, температура которых отличается от абсолютного нуля, непрерывно излучают энергию. При этом длины волн, излучаемые телом, зависят от температуры: чем выше температура, тем короче длина волны и выше интенсивность излучения.
При температурах ниже 500°С излучение тела почти целиком расположено в инфракрасной области, такое тело можно увидеть глазом только при освещении, само оно не светится. При повышении температуры спектр излучения смещается в видимую область (доля излучения в видимой области увеличивается) и тело начинает само светиться. Сначала тёмно-красным, затем красным, жёлтым уже при очень высоких температурах оно кажется белым (цвета каления). При этом возрастает как полная энергия излучения, так и энергия инфракрасного излучения.
Для описания законов излучения применяют модель идеального объекта — абсолютно черного тела (АЧТ). На сайте есть отдельная статья про АЧТ с более подробным описанием. Следующие законы описывают характеристики ик-излучения:
формула Планка (распределение энергии теплового излучения по длинам волн в зависимости от температуры),
закон Стефана-Больцмана (зависимость мощности излучения тела от его температуры),
закон смещения Вина (длина волны, на которую приходится максимум излучения при заданной температуре).
Связь мощности инфракрасного излучения с температурой поверхности используется для бесконтактного измерения температуры в инфракрасных пирометрах и тепловизорах.
Хотя инфракрасное излучение подчиняется законам оптики и имеет ту же природу, что и видимый свет, взаимодействие ик-излучения с объектами имеет свои особенности. Это связано с тем, что оптические свойства веществ (прозрачность, коэффициент отражения, коэффициент преломления) в инфракрасной области спектра, как правило, значительно отличаются от оптических свойств в видимой области.
Многие вещества, прозрачные в видимой области, оказываются непрозрачными в инфракрасных областях и наоборот. Например, небольшой слой воды непрозрачен для ик-излучения. Пластинки германия и кремния, непрозрачные в видимой области, прозрачны в инфракрасной (из этих материалов изготавливают линзовые объективы тепловизоров). Чёрная бумага прозрачна в далёкой инфракрасной области. В рабочем диапазоне длинноволновых тепловизоров оконные стекла непрозрачны, а полиэтилен полупрозрачен.
Коэффициент излучения (и связанный с ним коэффициент отражения) — важнейшая характеристика поверхности объекта в инфракрасном контроле, также сильно отличается от характеристик в видимом диапазоне. У большинства металлов в ик-области отражательная способность значительно больше, чем для видимого света. В зависимости от состояния поверхности коэффициент отражения может достигать 98%. В этом разделе вы найдете отдельную статью о практических измерениях и важности коэффициента излучения в тепловизионных измерениях.
Измерение температуры объектов с низким коэффициентом излучения (большой степенью отражения) проблематично, так как в исходящем от них инфракрасном излучении доля собственного излучения мала (именно по нему рассчитывается температура поверхности), а доля отражения окружающих объектов высока.
Использованы материалы: БСЭ; Википедия; Планк М. «Теория теплового излучения»; Леконт Ж. «Инфракрасное излучение»; Дерибере М. «Практические применения инфракрасных лучей»; Козелкин В. В., Усольцев И. Ф. «Основы инфракрасной техники», Госсорг Ж. «Инфракрасная термография».
Олег Васильев — специалист по ремонту квартир и домов с большим портфелем реализованных проектов. Он разбирается в планировках, инженерных системах и современных материалах. На сайте делится практическими рекомендациями для качественного ремонта.
