Какво е инфрачервено лъчение

Инфрачервена радиация или инфрачервени лъчи, това е електромагнитно излъчване, заемащо спектралната област между червената светлина (с дължина на вълната 0,74 μm) и късо вълновото радиоизлъчване (1-2 mm).

Откриването на инфрачервеното лъчение се случи през 1800 година.
Английският учен W. Herschel открива, че в получения спектър на Слънцето отвъд границата на червената светлина (т.е. в невидимата част на спектъра), температурата на термометъра се повишава. Термометър, разположен зад червената част на слънчевия спектър, показва повишена температура в сравнение с контролните термометри, разположени отстрани.

Инфрачервената област на спектъра съгласно международната класификация [18] се разделя на:
- близо до IR-A (от 0,7 до 1,4 μm);
- среден IR-B (1,4 - 3 микрона);
- далечен IR-C (над 3 микрона).

Всички нагрети твърди вещества излъчват непрекъснат инфрачервен спектър. Това означава, че в радиацията има вълни с всички честоти без изключение, а говоренето за радиация на определена вълна е безсмислено упражнение. Нагрятото твърдо вещество излъчва в много широк диапазон от дължини на вълната.

При ниски температури (под 400 ° C) излъчването на нагрято твърдо вещество е почти изцяло разположено в инфрачервената област и такова тяло изглежда тъмно. С повишаване на температурата делът на радиацията във видимата област се увеличава и тялото първоначално изглежда:

Бяло с различна яркост. 1200-1400 ° С

В този случай се увеличава както общата енергия на излъчване, така и енергията на инфрачервеното излъчване. При температури над 1000 ° C нагрятото тяло започва да излъчва ултравиолетово лъчение.

Специално място в теорията на топлинното излъчване заема Абсолютното черно тяло (ABB). Така Г. Кирхоф нарича тяло, което при всички честоти и при всякакви температури, абсорбционната способност е равна на единица. Истинското тяло винаги отразява част от енергията на радиацията, падаща върху него. Дори саждите се доближават до свойствата на абсолютно черно тяло само в оптичния диапазон.

Абсолютно черно тяло е еталонно тяло в теорията на топлинното излъчване. И въпреки че в природата няма абсолютно черно тяло, достатъчно е просто да се приложи модел, за който капацитетът на поглъщане на всички честоти ще бъде незначителен, за да се различава от единството. По-долу са законите, които са валидни за черно тяло.

Основният закон на Планк за топлинното излъчване установява зависимостта на излъчването на тялото R от дължината на вълната λ и телесната температура T.

Зависимостта на R от дължината на вълната при постоянна температура е показана на фигурата. Мощността на излъчване има максимум при определена стойност λ max .

Въпреки че спектърът се променя с температура, той има общи закони, които не зависят от T, ако вълните са изразени в безразмерна единица λ/λ макс. Тогава фракцията на излъчената енергия в различни области не зависи от температурата (фракцията в% от общата енергия е показана на фигурата). Полезно е да се помни, че приблизително 90% от енергията попада върху спектралния интервал λ/λ max = 0,5 ... 3,0, т.е. от l макс/2 до 3 l макс .

Законът за преместване във Виена . Дължината на вълната l max, съответстваща на максималната спектрална плътност на излъчването на черното тяло, е обратно пропорционална на температурата: l max = 2,9/T, където C е константа.

Закон Стефан-Болцман. Излъчвателната способност на черното тяло, т.е. обща мощност на излъчване от единица площ, пропорционална на четвъртата степен на температурата: R = σT 4, където σ е константата на Стефан-Болцман.

В теорията на топлинното излъчване често се използва идеализиран модел на реални тела - понятието "сиво тяло". Тялото се нарича „сиво“, ако коефициентът му на поглъщане е еднакъв за всички честоти и зависи само от температурата на материала и състоянието на повърхността му. Всъщност истинското физическо тяло по своите характеристики се доближава до сивото тяло само в тесен диапазон на радиационните честоти.

Законът на Кирххоф за топлинното излъчване. Съотношението на спектралната плътност на лъчистата светимост на тялото към неговия монохроматичен коефициент на поглъщане не зависи от материала на тялото (т.е. еднакъв за всички тела) и е равно на спектралната плътност на лъчистата светимост на абсолютно черно тяло. Тази стойност е функция само на температурата и честотата на излъчване.

Последици от закона на Кирххоф.

Тъй като коефициентът на поглъщане за всяко тяло е по-малък от единица, излъчвателната способност на всяко тяло за дадена честота на излъчване е по-малка от тази за черно тяло. С други думи, черно тяло при всякаква температура и честота на излъчване е най-интензивният източник на излъчване.

Ако тялото не абсорбира радиация в която и да е област от спектъра, тогава тя не излъчва в тази област на спектъра.

За дадена температура онези сиви тела, които имат висок коефициент на поглъщане, излъчват по-силно.

И интензивност на облъчване от нагрята повърхност или през отвор в пещта може да се определи по формулата (при L ≥F 0,5)

E = 0.91F ((T/1000) 4 -A)/L 2

където E е интензитетът на излъчване, W/m2; F е площта на излъчващата повърхност, m2; l е разстоянието от центъра на излъчващата повърхност до облъчения обект, m; A = 85 - за човешка кожа и памучен плат; A = 100 - постоянен коефициент за филц.