Вопрос 16. Инфракрасные излучения (определение, источники, физические законы, применимые к анализу ИКИ).

Инфракра́сное излуче́ние — электромагнитное излучение, занимающее спектральную область между красным концом видимого света (с длиной волны λ = 0,74 мкм и частотой 430 ТГц) и микроволновым радиоизлучением (λ ~ 1—2 мм, частота 300 ГГц).

Источники:    Мощ­ный ес­те­ст­вен­ный ис­точ­ник И. и. – Солн­це, ок. 50% его из­лу­че­ния ле­жит в ИК-об­лас­ти. На И. и. при­хо­дит­ся от 70 до 80% энер­гии из­лу­че­ния ламп на­ка­лива­ния; его ис­пус­ка­ют элек­трич. ду­га и разл. га­зо­раз­ряд­ные лам­пы, все ти­пы элек­трич. обог­ре­ва­те­лей по­ме­ще­ний. В на­уч. ис­сле­до­ва­ни­ях ис­точ­ни­ка­ми И. и. слу­жат лен­точ­ные вольф­ра­мо­вые лам­пы, штифт Нерн­ста, гло­бар, ртут­ные лам­пы вы­со­ко­го дав­ле­ния и др. Из­лу­че­ние не­ко­то­рых ти­пов ла­зе­ров так­же ле­жит в ИК-об­лас­ти спек­тра (напр., дли­на вол­ны из­лу­че­ния ла­зе­ров на не­оди­мо­вом стек­ле со­став­ля­ет 1,06 мкм, ге­лий-не­оно­вых ла­зе­ров – 1,15 и 3,39 мкм, CO2CO2-ла­зе­ров – 10,6 мкм).

Физические законы, применимые к анализу:

Закон Кирхгофа. Лучеиспускание обуславливается только состоянием излучающего тела и не зависит от окружающей среды. Лучеиспускательная способность любого тела пропорциональна его лучепоглощающей способности. Тело, поглощающее все падаю-щие на него лучи (абсолютно черное тело), обладает максимальным излучением. На этом законе основано применение поглощающей защитной одежды, светофильтров, окраски оборудования, устройства приборов для измерения теплового излучения.

Закон Стефана-Больцмана. С повышением температуры излучающего тела мощность излучения увеличивается пропорционально 4-й степени его абсолютной температуры:

Е = σ · Т ⁴,           где Е – мощность излучения, Вт/м²; σ – постоянная Стефана-Больц-мана, равная 5,670 32·10^–8 Вт∙м^–2∙К^–4; Т – абсолютная температура, К.

В соответствии с этим законом даже небольшое повышение температуры тела приводит к значительному росту отдачи тепла
излучением. Используя этот закон, можно определить величину теплообмена излучением в производственных условиях.

Количество тепловой энергии, передаваемое излучением, определяется законом Стефана-Больцмана по формуле:

       где Е – теплоотдача, Вт/м; С ₁ и С ₂ – константы излучения с поверхностей; σ – постоянная Стефана-Больцмана; Т ₁ и Т ₂ – температуры поверхностей, между которыми происходит теплообмен излучением, К.

При расчете теплоотдачи излучением учитывают температуру стен и других поглощающих тепловую радиацию поверхностей (среднерадиационная температура).

Закон Вина. Произведение абсолютной температуры излучающего тела на длину волны излучения (λ_{мак с} ) с максимальной энергией является величиной постоянной:

λ_макс · Т = С,      где С = 2880; Т – абсолютная температура, К; λ – длина волны в мкм.

Таким образом, согласно закону, длина волны максимального излучения нагретого тела обратно пропорциональна его абсолютной температуре:

Основная физическая характеристика инфракрасного излучения – интенсивность теплового излучения определяется по формуле:

           где Q – интенсивность теплового излучения, Вт/м²; F – площадь излучающей поверхности, м²; T ₀– температура излучающей поверхности, К; l – расстояние от излучающей поверхности, м.

Количество лучистого тепла, поглощаемого телом человека, зависит от температуры источника излучения, площади излучающей поверхности и квадрата расстояния между излучающей поверхностью и телом человека.