Sơ đồ này thể hiện trường hợp vật cần làm nóng nhỏ và bằng hoặc nhỏ hơn đường kính ngưng tụ (chiều rộng) của lò sưởi halogen.
Tạo một rãnh bằng phương pháp đơn giản và đặt vật cần làm nóng vào bên trong rãnh.
Vật được làm nóng trong quá trình gia nhiệt rãnh được làm nóng bởi ba phần tử.
1. Làm nóng trực tiếp từ nguồn nhiệt
2.Sưởi ấm do ánh sáng phản chiếu từ tường
3. Sưởi ấm bằng nhiệt bức xạ trên tường
Ngăn chặn tác động tiêu cực của các bản cập nhật
Khi sưởi ấm mở, không khí xung quanh vật được làm nóng cũng được làm nóng, giãn nở vì nhiệt và trở nên nhẹ hơn, tạo ra một dòng không khí đi lên.
Không khí ở nhiệt độ và áp suất bình thường chảy vào không gian đã trở nên loãng và áp suất thấp do không khí bốc lên.
Dòng không khí chảy này tiếp xúc với vật thể được làm nóng và làm mát nó, làm giảm hiệu suất sưởi ấm.
Hệ thống sưởi rãnh không tạo ra luồng không khí làm mát, tạo ra môi trường sưởi ấm hiệu quả.
Kiểm tra phương pháp gia nhiệt lại phản xạ – Sự khác biệt giữa gia nhiệt mặt phẳng và gia nhiệt rãnh
Bằng cách đưa khí trơ vào khung, có thể đạt được quá trình xử lý không oxy hóa hoặc oxy hóa thấp.
Phủ lên trên khung bằng kính thạch anh sẽ khiến khung hình trở nên hoàn hảo hơn.
So sánh chiếu xạ mở và sưởi ấm rãnh
Lấy HPH-60/F30/36V-450W làm ví dụ, được trang bị gương ngưng tụ Φ60 và có tiêu cự 30 mm, đường kính tiêu cự định mức là Φ8 nên phù hợp để gia nhiệt rãnh.
Thời gian cần thiết để đạt 800oC là trong vòng 20 giây khi gia nhiệt rãnh, nhưng điều này không thể đạt được ngay cả trong vòng 40 giây khi gia nhiệt mở.
Sử dụng đèn sưởi phản xạ ngược tạo ra sự khác biệt về độ giãn dài ở vùng nhiệt độ cao.
Khoảng cách từ máy sưởi đến vật cần làm nóng càng gần thì nhiệt độ có thể được làm nóng càng cao.
Trong dòng máy sưởi điểm halogen HPH-60,
Theo thứ tự f30>f60>f105, dù số watt bằng nhau nhưng nhiệt độ sẽ giảm khi khoảng cách tăng.
Khi ánh sáng bị khuếch tán, nó bị suy giảm. Vì vậy, khoảng cách càng gần thì hiệu quả sưởi ấm càng tốt.
Hiện tượng này cũng được quan sát thấy trong cuộc sống hàng ngày, nơi các nguồn sáng ở xa kém sáng hơn các nguồn sáng ở gần.
2. Chiếu xạ theo góc thẳng đứng.
Khi sưởi ấm bằng gương ngưng tụ loại ánh sáng song song, khoảng cách giữa tâm là như nhau và góc chiếu xạ là đường chéo, và góc chiếu xạ là thẳng đứng, nhiệt độ của mọi vật tăng lên.
3. Sử dụng ánh sáng không chiếu vào vật được làm nóng.
Một tấm phản xạ được sử dụng để phản chiếu ánh sáng không chiếu vào vật được làm nóng theo hướng của vật được làm nóng.
Vật liệu phản chiếu sử dụng vật liệu có độ phản xạ cao.
Ánh sáng không được hấp thụ sẽ bị phản xạ trở lại và góp phần làm nóng.
Ngoài ra, do bề mặt được làm nóng và bề mặt mà vật liệu được làm nóng được lắp đặt tiếp xúc với nhau,
Được sử dụng trên các bề mặt nơi lắp đặt vật liệu có khả năng hấp thụ tia hồng ngoại tốt và độ dẫn nhiệt cao.
Bề mặt hấp thụ ánh sáng và nóng lên, nếu bề mặt trở nên nóng hơn, nó có thể truyền nhiệt cho vật được làm nóng.
Phương pháp này hoạt động ngay cả khi bạn không sử dụng tấm phản xạ.
Gia nhiệt tập trung bằng đèn halogen sử dụng gương ngưng tụ để tập trung năng lượng ánh sáng vào vật cần nung nóng đến nhiệt độ cao.
Trong số ánh sáng chiếu vào vật được làm nóng, ánh sáng phản xạ loại trừ ánh sáng bị hấp thụ càng nhiều thì nhiệt độ của vật sẽ càng thấp. Việc sưởi ấm chỉ bằng gương ngưng tụ sẽ làm giảm việc sử dụng ánh sáng phản xạ này.
Trong phương pháp gia nhiệt phản xạ lại, ánh sáng phản xạ này có thể được tái sử dụng bằng vật liệu phản chiếu, góp phần làm nóng và đồng đều nhiệt độ của vật cần gia nhiệt.
Làm nóng vật liệu có độ phản chiếu cao
Vật liệu có độ phản xạ hồng ngoại cao là vật liệu có độ hấp thụ hồng ngoại thấp. Vật liệu có khả năng hấp thụ tia hồng ngoại thấp có thể nói là khó nung nóng ở nhiệt độ cao.
Bằng cách tái sử dụng ánh sáng hồng ngoại phản xạ đi vào vật liệu, người ta có thể làm nóng nó lên.
Làm nóng các vật liệu nhỏ
Khối lượng càng nhỏ thì nhiệt độ tăng càng nhanh khi đun nóng.
Gia nhiệt phản xạ lại thích hợp để gia nhiệt các vật liệu cực nhỏ ở nhiệt độ cao. Chỉ sử dụng gương ngưng tụ có thể đạt nhiệt độ cao hơn nhiều so với phương pháp gia nhiệt.
Sưởi ấm đồng đều
Trong hệ thống sưởi ngưng tụ sử dụng đèn halogen, nguồn nhiệt là một điểm hoặc một đường. Vì lý do này, người ta thường cho rằng việc nung nóng ở dạng “mặt phẳng” là khó khăn.
Bằng cách thay đổi khoảng cách chiếu xạ và dịch chuyển tiêu điểm, có thể làm nóng hình dạng của bề mặt bằng cách sử dụng hệ thống sưởi ánh sáng ngưng tụ. Sử dụng phương pháp gia nhiệt phản xạ để gia nhiệt đều hơn.
Chất liệu phản quang
Mạ vàng
Nó là một vật liệu mạ vàng có độ phản chiếu cao.
Mạ vàng khó bị mất màu và có khả năng chống ăn mòn tuyệt vời.
Đánh bóng nhôm
Nhôm đánh bóng là vật liệu tiết kiệm chi phí và có độ phản chiếu cao.
Độ phản xạ thấp hơn khoảng 10% so với mạ vàng.
Nó có thể được đánh bóng lại nên có thể sử dụng lâu dài nếu được chăm sóc cẩn thận.
Q: Có thể nung nóng kim loại bằng tia hồng ngoại xa không?
Trả lời: Vì kim loại có nhiều electron nên chúng thường phản xạ sóng điện từ (ánh sáng hồng ngoại xa).
Những vật liệu có độ dẫn điện tốt như vàng và nhôm có độ phản xạ cao và dường như khó làm nóng.
Ngoài ra, các vật liệu có tính dẫn nhiệt tốt sẽ tản nhiệt ngay cả khi bị nung nóng và nhiệt độ không dễ dàng tăng lên.
Có nhiều cách để tăng tỷ lệ hấp thụ bằng cách oxy hóa bề mặt hoặc sử dụng sơn chịu nhiệt.
Tia hồng ngoại gần thích hợp để nung nóng kim loại hơn tia hồng ngoại xa.
Để biết tốc độ hấp thụ hồng ngoại của kim loại, vui lòng tham khảo “Khoa học về tia hồng ngoại 6 Tốc độ hấp thụ tia hồng ngoại xa”.
Q: Tôi muốn làm ấm cơ thể từ trong cơ thể bằng tia hồng ngoại xa. Máy sưởi nào tốt nhất?
Trả lời: Phần lớn năng lượng của tia hồng ngoại xa được hấp thụ ở độ sâu khoảng 200 μm tính từ bề mặt da và chuyển thành nhiệt.
Nhiệt lượng này được truyền vào bên trong cơ thể (lõi) một cách hiệu quả thông qua máu và các phương tiện khác, làm ấm cơ thể.
Kết quả là như nhau nhưng bề mặt da của bạn có thể trở nên nóng, vì vậy hãy cẩn thận trong việc kiểm soát nhiệt độ.
Nobuo Terada “Đặc điểm thâm nhập của da người ở vùng hồng ngoại”
N.Terada và cộng sự,”Quang phổ bức xạ của cơ thể người sống”,
Tạp chí Vật lý Nhiệt Quốc tế, tập 7, tr.1101-1113, 1986.
Như đã rõ trong “Định luật chuyển mạch Wien”, nhiệt độ của lò sưởi càng cao thì nó càng chuyển sang tia hồng ngoại gần.
Tia hồng ngoại gần thích hợp cho các ứng dụng sưởi ấm ở nhiệt độ cao.
③ Độ lệch tần số = Độ cộng hưởng với tần số dao động tự nhiên
Khi tần số của sóng điện từ phù hợp với dao động của các phân tử của một chất (dao động mạng), năng lượng của bức xạ điện từ bị hấp thụ (hấp thụ cộng hưởng), làm tăng dao động của các phân tử và tăng nhiệt độ.
Năng lượng cần thiết cho sự kích thích dao động và quay của một phân tử thay đổi tùy thuộc vào cấu trúc hóa học của phân tử.
Cường độ hấp thụ/tần số năng lượng hấp thụ này được gọi là “dải hấp thụ”.
Vì vậy, vật liệu có dải hấp thụ ở vùng hồng ngoại gần thích hợp để gia nhiệt ở hồng ngoại gần.
Tương tự, những loại có dải hấp thụ ở dải hồng ngoại xa thích hợp để sưởi ấm hồng ngoại xa.
④ Sức xuyên thấu = cơ thể con người
Tia hồng ngoại gần có thể xuyên qua bề mặt da ở độ sâu vài mm.
Các ngân hàng và các tổ chức khác gần đây đã giới thiệu một phương pháp sử dụng tính năng này để xác thực các cá nhân bằng cách kiểm tra các mẫu tĩnh mạch trên ngón tay và lòng bàn tay của họ bằng ánh sáng hồng ngoại gần.
Phần lớn năng lượng của tia hồng ngoại xa được hấp thụ bởi bề mặt cách bề mặt da khoảng 0,2 mm.
Nobuo Terada “Đặc điểm thâm nhập của da người ở vùng hồng ngoại”
N.Terada và cộng sự,”Quang phổ bức xạ của cơ thể người sống”,
Tạp chí Vật lý Nhiệt Quốc tế, tập 7, tr.1101-1113, 1986.
⑤ Sức xuyên thấu = bầu không khí
Có những dải trong khí quyển có xu hướng hấp thụ tia hồng ngoại.
Dải 4,3 micron là dải hấp thụ carbon dioxide.
Dải 6,5 micron là dải hấp thụ hơi nước.
Dải có khả năng truyền hồng ngoại tốt được gọi là “cửa sổ khí quyển” và được sử dụng để quan sát thời tiết bằng vệ tinh nhân tạo.
⑥Sự khác biệt do màu sắc
Màu sắc của một vật thể được xác định bởi bước sóng ánh sáng mà nó hấp thụ và bước sóng nào nó phản xạ.
Bước sóng của ánh sáng có thể nhìn thấy bằng mắt thường (ánh sáng khả kiến) dao động trong khoảng 0,4 đến 0,7 μm.
Các vật màu trắng không hấp thụ nhiều ánh sáng khả kiến và phản xạ nó, còn các vật màu đen hấp thụ ít ánh sáng khả kiến và không phản xạ nó.
Trong vùng ánh sáng khả kiến, vật màu đen hấp thụ nhiều năng lượng hơn vật màu trắng và nóng lên.
Tia hồng ngoại gần có bước sóng từ 0,7 đến 3 μm và gần với ánh sáng khả kiến.
Không có mối quan hệ trực tiếp giữa màu sắc và sự hấp thụ hồng ngoại.
Tuy nhiên, vì bước sóng của ánh sáng khả kiến và tia hồng ngoại gần kề nhau nên rất có khả năng vật màu trắng có đặc tính phản xạ tia hồng ngoại gần, còn vật màu đen có thể có đặc tính hấp thụ tia hồng ngoại gần.
Sự gần đúng của các dải lân cận trở nên yếu hơn khi bước sóng càng đi xa hơn, do đó sự gần đúng trở nên yếu hơn theo thứ tự Hồng ngoại gần> hồng ngoại giữa > hồng ngoại xa.
Khi sấy vật liệu in, nếu in mực đen trên giấy trắng và chỉ sấy mực đen thì dùng tia hồng ngoại gần là phù hợp vì năng lượng tập trung ở mực đen.
Ngược lại, để in màu, tia hồng ngoại xa lại phù hợp vì chúng có ít sự khác biệt về độ hấp thụ giữa các màu.
Do sự đổi mới công nghệ của các nhà sản xuất sơn và phim, nhiều sản phẩm màu trắng có khả năng hấp thụ hồng ngoại cao và sản phẩm màu đen có độ phản xạ hồng ngoại cao đã được phát triển.
Max Karl Ernst Ludwig Planck, 23 tháng 4 năm 1858 – 4 tháng 10 năm 1947 Nhà vật lý người Đức
Định luật Planck là một công thức liên quan đến độ bức xạ quang phổ của sóng điện từ phát ra (bức xạ) từ vật đen trong vật lý, hay sự phân bố bước sóng của mật độ năng lượng. Bức xạ quang phổ của bức xạ điện từ từ vật đen ở nhiệt độ nhất định T có thể được giải thích chính xác trong toàn bộ phạm vi bước sóng. Năm 1900, nó được lãnh đạo bởi nhà vật lý người Đức Max Planck.
Khi suy nghĩ về việc rút ra định luật này, Planck giả định rằng năng lượng của các bộ dao động của trường bức xạ là bội số nguyên của một đại lượng năng lượng cơ bản nào đó (ngày nay gọi là lượng tử năng lượng) ε = hν. Giả thuyết lượng tử (lượng tử hóa) năng lượng này có ảnh hưởng lớn đến buổi bình minh của cơ học lượng tử sau này.
Định luật Planck cho thấy mối liên hệ giữa năng lượng bức xạ của vật đen và bước sóng của nó. Vật liệu tỏa năng lượng dưới dạng sóng điện từ theo nhiệt độ của chúng. Năng lượng bức xạ thay đổi tùy thuộc vào nhiệt độ, chất và trạng thái bề mặt của nó.
Độ phát xạ của vật liệu nói chung là 1 hoặc ít hơn. Do đó, đặc tính năng lượng bức xạ quang phổ của các chất có cùng nhiệt độ với vật đen sẽ được vẽ bên dưới đường cong của vật đen.
② Định luật Stefan Boltzmann
Jozsef Stephan, 24 tháng 3 năm 1835 – 7 tháng 1 năm 1893 Nhà vật lý người Áo
Ludwig Eduard Boltzmann, 20 tháng 2 năm 1844 – 5 tháng 9 năm 1906 Nhà vật lý người Áo
Lượng năng lượng tỏa ra bởi một chất tăng lên khi nhiệt độ của chất đó tăng lên. Lượng năng lượng (E) bức xạ từ vật đen ở nhiệt độ tuyệt đối T (đơn vị: Kelvin K) thu được bằng cách tích phân định luật Planck trên tất cả các bước sóng và được cho dưới dạng tỉ lệ với lũy thừa bậc 4 của nhiệt độ tuyệt đối. Bạn có thể Đây được gọi là định luật Stefan Boltzmann.
Nó được phát hiện bằng thực nghiệm bởi Joseph Stefan vào năm 1879 và được chứng minh về mặt lý thuyết bởi học trò của ông là Ludwig Boltzmann vào năm 1884. Nó được gọi là định luật Stefan Boltzmann, được đặt theo tên của họ.
③ Định luật dịch chuyển Wien
Wilhelm Karl Werner Otto Fritz Franz Wien, 13 tháng 1 năm 1864 – 30 tháng 8 năm 1928 nhà vật lý người Đức
Định luật dịch chuyển Wien được Wien phát hiện vào năm 1896.
Bước sóng cực đại (điểm có năng lượng cao nhất) của sóng điện từ phát ra từ một chất sẽ chuyển sang bước sóng ngắn hơn khi nhiệt độ của bộ tản nhiệt tăng lên.
Định luật dịch chuyển Wien
λ=2897/T [μm]
Đây được gọi là định luật dịch chuyển của Wien.
Ví dụ, bước sóng cực đại (λ) của sóng điện từ phát ra từ con người có nhiệt độ cơ thể 36oC (nhiệt độ tuyệt đối T = 36 + 273 = 309K) là 2897 309 = 9,4μm. Nói cách khác, con người phát ra tia hồng ngoại xa với cực đại khoảng 9,4 μm.
Diện tích tích hợp (năng lượng) ở phía bước sóng ngắn của bước sóng cực đại được biểu thị bằng định luật dịch chuyển Wien là 25% tổng năng lượng và ở phía bước sóng dài là 75%. Nói cách khác, phía bước sóng dài (phía vùng hồng ngoại xa) tỏa ra năng lượng gấp ba lần.
Vậy bước sóng (λ) chia năng lượng bức xạ của vật đen ở nhiệt độ tuyệt đối T (K) thành hai phần là bao nhiêu?Có thể tìm được bằng công thức: λ = 4,108/T [μm].
Ví dụ: ở bước sóng biên 3 μm giữa vùng hồng ngoại gần và vùng hồng ngoại xa, nhiệt độ vật đen T mà tại đó năng lượng bức xạ được chia thành 50% là T = 4,108/3 = 1,369 (K) (= 1.369-273) = 1.096°C.Masu.
Có thể thấy tia hồng ngoại xa chiếm trọng lượng lớn cho đến nhiệt độ khá cao. Ngoài ra, bước sóng cực đại tại thời điểm này là 2,897/1,369 = 2,1 μm, vốn nằm trong vùng cận hồng ngoại.
Wien nhận giải Nobel Vật lý năm 1911 vì “những khám phá liên quan đến định luật bức xạ nhiệt”.
④ Định luật Kirchhoff (năng lượng bức xạ)
Gustav Robert Kirchhoff, 12 tháng 3 năm 1824 – 17 tháng 10 năm 1887 Nhà vật lý người Phổ (nay là tỉnh Kaliningrad, Nga)
Tỷ lệ năng lượng bức xạ phát ra từ một chất ở trạng thái cân bằng bức xạ với công suất hấp thụ là không đổi bất kể chất đó là gì và giá trị của nó bằng năng lượng bức xạ của vật đen hoàn hảo.
Kirchhoff phát hiện ra vào năm 1860 rằng độ hấp thụ và độ phát xạ của các vật liệu mờ đục thông thường là như nhau.
Kể từ khi Kirchhoff phát hiện ra các định luật về mạch điện, định luật năng lượng bức xạ và định luật phản ứng nhiệt, chúng thường được mô tả là Định luật Kirchhoff (Năng lượng bức xạ).
Năng lượng nhiệt chuyển từ nhiệt độ cao hơn đến nhiệt độ thấp hơn.
Có ba nguyên tắc về cách nhiệt truyền đi: dẫn truyền, đối lưu và bức xạ.
Trong các tình huống thực tế, quá trình truyền nhiệt diễn ra bằng cách sử dụng sự kết hợp của ba nguyên tắc này.
[Dẫn nhiệt]
Khi bạn làm nóng đầu một thanh kim loại, nhiệt lượng sẽ truyền dần sang đầu kia.
Sự truyền nhiệt qua vật liệu này được gọi là dẫn nhiệt.
Độ dẫn nhiệt thay đổi tùy theo chất. Kim loại là chất dẫn nhiệt tốt.
Chất khí nói chung là chất dẫn nhiệt kém.
Do đó, vật liệu xốp có độ dẫn nhiệt thấp hơn vật liệu dày đặc và vật liệu này được sử dụng làm chất cách nhiệt.
Dẫn nhiệt là hiện tượng tạo ra dòng nhiệt (lượng năng lượng đi qua một đơn vị diện tích trong một đơn vị thời gian) tỷ lệ với gradient nhiệt độ bên trong một chất mà không có sự chuyển động của chất đó và được biểu thị bằng công thức sau là định luật Fourier.
q = Thông lượng nhiệt W/m2
k = Độ dẫn nhiệt W/mK
T = Nhiệt độ K
X= Vị trí m
q＝-k x dT/dX
[Đối lưu nhiệt]
Khi nước hoặc không khí (lỏng hoặc khí) được làm nóng từ phía dưới, phần nóng lên sẽ nở ra, trở nên loãng hơn và dâng lên, trong khi phần trên lạnh hơn đi xuống. Hành động này được lặp lại và nhiệt độ của toàn bộ tăng lên.
Đối lưu là phương pháp truyền nhiệt bằng sự chuyển động của chất lỏng và chất khí.
Đối lưu nhiệt mô tả sự truyền nhiệt tỷ lệ thuận với chênh lệch nhiệt độ và mô tả dòng nhiệt với các hiện tượng vật lý khác như dòng vật chất, ngưng tụ, bay hơi và thay đổi nồng độ.
dq = lượng nhiệt truyền qua một đơn vị diện tích trong một đơn vị thời gian (W/m2)
h = hệ số truyền nhiệt
Tf = nhiệt độ chất lỏng
Ts＝ là nhiệt độ của bề mặt rắn
dq=h(Tf − Ts)
[Bức xạ nhiệt]
Bức xạ nhiệt là phương pháp truyền nhiệt không cần môi trường trung gian như nhiệt mặt trời (sóng điện từ) truyền trực tiếp xuống mặt đất và làm trái đất nóng lên.
Lúc này, nhiệt được vật liệu hấp thụ trực tiếp dưới dạng sóng điện từ, làm tăng nhiệt độ của vật liệu.
Sự truyền nhiệt của tia hồng ngoại xa (kích hoạt sự dao động lẫn nhau của các nguyên tử tạo thành vật chất) chính xác là bức xạ nhiệt.
Nếu có chất khí trong môi trường trung gian như nitơ (N2) hoặc oxy (O2) thì tia hồng ngoại xa sẽ không bị hấp thụ, nhưng nếu đó là chất khí có tính phân cực như carbon dioxide (CO2) hoặc hơi nước (H2O). ), Nó được hấp thụ bởi khí.
Bức xạ nhiệt là năng lượng phát ra từ các bề mặt rắn dưới dạng sóng điện từ theo định luật Planck và sự trao đổi năng lượng đó tuân theo định luật Kirchhoff.
Định luật chính liên quan đến nhiệt độ là định luật Stefan Boltzmann, phát biểu rằng năng lượng bức xạ của vật đen tỷ lệ với lũy thừa bậc bốn của nhiệt độ của vật.
