Интенсивность ик излучения от чего зависит

Теоретические сведения

Тепловое излучение (инфракрасное излучение – ИКИ) представляет собой невидимое электромагнитное излучение с длиной волны от 1 мм до 0.76 мкм, обладающее волновыми и световыми свойствами. Воздух прозрачен (диатермичен) для теплового излучения, поэтому при прохождении лучистого потока через воздух его температура не повышается. Тепловые лучи поглощаются предметами, нагревают их, и они становятся излучателями тепла. Воздух, соприкасаясь с нагретыми телами, тоже нагревается, и температура воздушной среды в производственных помещениях возрастает. По длине волны инфракрасные лучи делятся на коротковолновую ИКИ-А (менее 1,4 мкм), средневолновую ИКИ-В (1,4-3 мкм), длинноволновую ИКИ-С (3 мкм-1 мм) область. Последнее время длинноволновую окраину этого диапазона выделяют в отдельный, независимый диапазон электромагнитных волн — терагерцовое излучение (субмиллиметровое излучение). Источником инфракрасного излучения в производственных условиях являются нагретые поверхности печей, литьевого материала, листов, поковок, открытое пламя печей, разливаемый жидкий металл, сварочное пламя (при электро- и газосварке) и т.п. По характеру излучения производственные источники тепла и лучистой энергии подразделяются на четыре основные группы: 1) источники с температурой до 500°С – спектр содержит исключительно длинноволновое ИКИ; 2) источники с температурой от 500°С до 1200°С – в спектре содержатся ИКИ-А, ИКИ-В, ИКИ-С, но появляется также видимое излучение слабой интенсивности, сначала красное, а затем белое; 3) источники с температурой от 1200°С до 2000°С – спектр содержит как все виды ИКИ, так и видимое излучение высокой яркости; 4) источники с температурой от 2000°С до 4000°С – спектр наряду с инфракрасным и видимым излучением содержит ультрафиолетовое излучение. Основные законы физики инфракрасного излучения: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 падающие на него лучи (абсолютно черное тело), обладает максимальным излучением. На этом законе основано применение поглощающей защитной одежды, светофильтров, окраска оборудования, устройство приборов для измерения теплового излучения. Закон Стефана-Больцмана:с повышением температуры излучающего тела мощность излучения увеличивается пропорционально 4-й степени его абсолютной температуры: _, (1) Е– мощность излучения, Вт/м 2 ; σ – постоянная Стефана-Больцмана, равная 5,67032 10 -8 Вт/м 2 К 4 ; Т– абсолютная температура, К (Кельвин). 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 _,(2) Е— теплоотдача, Вт/м; С₁и С₂— константы излучения с поверхностей; σ – постоянная Стефана-Больцмана; Т₁и Т₂— температуры поверхностей (°К), между которыми происходит теплообмен излучением. При расчете теплоотдачи излучением учитывают температуру стен и других поглощающих тепловую радиацию поверхностей (средне радиационная температура). Закон Вина: произведение абсолютной температуры излучающего тела на длину волны излучения (λмакс) с максимальной энергией — величина постоянная._,(3) где С=2880; Т– абсолютная температура °К; λ– длина волны в мкм. Исходя из закона Вина, длина волны максимального излучения нагретого тела обратно пропорциональна его абсолютной температуре: _.(4) Интенсивность теплового излучения на рабочих местах может колебаться от 175 Вт/м 2 до 13956 Вт/м 2 . К горячим цехам относят цеха, в которых тепловыделение превышает 23 Дж/м 2 . В литейных цехах (нагрев и обработка деталей) интенсивность излучения составляет 1392-3480 Вт/м 2 . В производственных помещениях с большим тепловыделением (горячие цеха) доля тепла, приходящееся на инфракрасное излучение, может составлять до 2/3 выделяемого тепла, и только 1/3 составляет конвекционное тепло, т.е. тепло, передающееся при контакте с нагретым воздухом. Основная физическая характеристика инфракрасного излучения —интенсивность излучения (плотность потока) Е (Вт/м2)зависит от температуры излучателя, его площади и расстояния до исследуемой точки пространстваи определяется по следующим формулам: при ; (5) при , (6) где S— площадь поверхности излучателя, м 2 , Т_U– абсолютная температура излучателя, °К, R – расстояние от излучателя до точки замера, м

Нормирование и меры защиты

Гигиенические нормы интенсивности инфракрасного излучения от нагретых поверхностей устанавливаются СанПиН 2.2.4.548-96 «Гигиенические требования к микроклимату производственных помещений», ГОСТ 12.1.005-88 ССБТ «Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны» (1-IХ-2000), Санитарными правилами для морских судов промыслового флота.

Интенсивность теплового (инфракрасного) облучения от открытых источников тепла не должна превышать 140 Вт/м 2 (0,2 кал/см 2 мин), при этом облучению не должно подвергаться более 25% поверхности тела и обязательное использование средств индивидуальной защиты, в том числе средств защиты лица и глаз.

Интенсивность теплового облучения работников от нагретых поверхностей оборудования, осветительных приборов, инсоляции (ИК излучение солнца) не должна превышать 35 Вт/м 2 при облучении 50% и более поверхности тела, 70 Вт/м 2 – при облучении от 50 до 25% поверхности тела, 100 Вт/м 2 – при облучении не более 25% поверхности тела.

В таблице 1 приведены сравнительные данные воздействия теплового излучения на организм человека.

Таблица 1

Характер воздействия теплового излучения

Малозаметные тепловые ощущения

Значительные тепловые ощущения, намечается граница переносимости

Теплоизоляция, экранирование, применение СИЗ

Допустимая продолжительность непрерывного теплового облучения в зависимости от его интенсивности приведена в таблице 2.

Таблица 2

Интенсивность теплового облучения,

непрерывного теплового облучения

Основными мерами защиты от инфракрасного излучения являются теплоизоляция и экранирование источников излучения и рабочих мест, а также использование средств индивидуальной защиты (спецодежда, спецобувь, очки и др.)

В качестве теплоизоляции используются формованные изделия (плиты, сегменты) из совелита, вермикулита, гидросиликата кальция и т.п. При монтаже изоляции теплоизоляционные материалы должны иметь покрытие (мастичное, керамические, алюминиевая фольга и т.п.). Роль тепловой изоляции сводится к снижению температуры, а следовательно, и излучательной способности нагретых поверхностей.

Интенсивность инфракрасного излучения зависит от температуры, цвета, гладкости нагретой поверхности, физических свойств вещества и структуры поверхностного слоя.

1. Интенсивность инфракрасного излучения меняется с изменением абсолютной температуры нагретой поверхности (интенсивность излучения пропорциональна абсолютной температуре в четвёртой степени).
2. При одной и той же температуре нагретой поверхности её излучательная способность меняется в зависимости от цвета поверхности. Разница в излучении от поверхностей, окрашенных в разные цвета, достигает 40…100%

(белый цвет – 70%, серый – 42%, зелёный – 12%, чёрный – 5,2%).

1. При одинаковой температуре нагретой поверхности её излучательная

способность меняется в зависимости от гладкости поверхности. Различают три

вида поверхностей: обычная – поверхность покрытий при монтаже

теплоизоляции, шероховатая – имеющая неровности высотой 1…3 мм

и гладкая – отшлифованная на корундовом камне. Разница в излучении от

гладкой и шероховатой поверхностей составляет 30….90%, а гладкой и

обычной – 3…7%. Наименьшая излучательная способность у гладкой и

1. Излучательная способность различных видов покрытий, применяемых для

теплоизоляции (мастичные, керамические, алюминиевая фольга и др.),

различные. Наименьшая излучательная способность у мастичных покрытий и

Теплоизоляционные материалы, имеющие одно и тоже покрытие при одинаковой температуре поверхности излучают инфракрасную радиацию одной и той же интенсивности.

Интенсивность инфракрасной радиации измеряется дифференциальным радиометром, имеющим точность измерений 0,01 кал/см 2 мин или производственными актинометрами, имеющими цену деления 0,5 кал/см 2 мин.

Эффективность защитных средств (экрана) в общем случае может быть охарактеризована отношением: Q_o – Q₁

где Q_o – интенсивность теплового излучения перед экраном, кал/см 2 мин,

Q₁ – интенсивность теплового излучения за экраном, кал/см 2 мин,

Введение. Инфракрасное излучение (ик)

Инфракрасное излучение генерируется любым нагретым телом, температура которого определяет интенсивность и спектр излучаемой электромагнитной энергии. Нагретые тела, имеющие температуру выше 100 o С, являются источником коротковолнового инфракрасного излучения. Одной из количественных характеристик излучения является интенсивность теплового облучения, которую можно определить как энергию, излучаемую с единицы площади в единицу времени (ккал/(м 2 · ч) или Вт/м 2 ). Измерение интенсивности тепловых излучений иначе называют актинометрией (от греческих слов асtinos — луч и metrio — измеряю), а прибор, с помощью которого производят определение интенсивности излучения, называется актинометром. В зависимости от длины волны изменяется проникающая способность инфракрасного излучения. Наибольшую проникающую способность имеет коротковолновое инфракрасное излучение (0,76-1,4 мкм), которое проникает в ткани человека на глубину в несколько сантиметров. Инфракрасные лучи длинноволнового диапазона (9-420 мкм) задерживаются в поверхностных слоях кожи.

Биологическое действие инфракрасного излучения

Воздействие инфракрасного излучения может быть общим и локальным. При длинноволновом излучении повышается температура поверхности тела, а при коротковолновом — изменяется температура лёгких, головного мозга, почек и некоторых других органов человека. Значительное изменение общей температуры тела (1,5-2 o С) происходит при облучении инфракрасными лучами большой интенсивности. Воздействуя на мозговую ткань, коротковолновое излучение вызывает «солнечный удар». Человек при этом ощущает головную боль, головокружение, учащение пульса и дыхания, потемнение в глазах, нарушение координации движений, возможна потеря сознания. При интенсивном облучении головы происходит отёк оболочек и тканей мозга, проявляются симптомы менингита и энцефалита. При воздействии на глаза наибольшую опасность представляет коротковолновое излучение. Возможное последствие воздействия инфракрасного излучения на глаза — появление инфракрасной катаракты.

Источники инфракрасного излучения

В производственных условиях выделение тепла возможно от:

• плавильных, нагревательных печей и других термических устройств;
• остывания нагретых или расплавленных металлов;
• перехода в тепло механической энергии, затрачиваемой на привод основного технологического оборудования;
• перехода электрической энергии в тепловую и т.п.

1. с температурой излучающей поверхности до 500 o С (наружная поверхность печей и др.); их спектр содержит инфракрасные лучи с длиной волны 1,9-3,7 мкм;
2. с температурой поверхности от 500 до 1300 o С (открытое пламя, расплавленный чугун и др.); их спектр содержит преимущественно инфракрасные лучи с длиной волны 1,9-3,7 мкм;
3. с температурой от 1300 до 1800 o С (расплавленная сталь и др.); их спектр содержит как инфракрасные лучи вплоть до коротких с длиной волны 1,2-1,9 мкм, так и видимые большой яркости;
4. с температурой выше 1800 o С (пламя электродуговых печей, сварочных аппаратов и др.); их спектр излучения содержит, наряду с инфракрасными и видимыми, ультрафиолетовые лучи.

1. Снижение интенсивности излучения источника (замена устаревших технологий современными и др.).
2. Защитное экранирование источника или рабочего места (создание экранов из металлических сеток и цепей, облицовка асбестом открытых проёмов печей и др.).
3. Использование средств индивидуальной защиты (использование для защиты глаз и лица щитков и очков со светофильтрами, защита поверхности тела спецодеждой из льняной и полульняной пропитанной парусины).
4. Лечебно-профилактические мероприятия (организация рационального режима труда и отдыха, организация периодических медосмотров и др.).

• Характер технологического процесса.
• Температура источника излучения.
• Расстояние рабочего места от источника излучения.
• Степень теплоизоляции.
• Наличие индивидуальных средств защиты.
• Наличие коллективных средств защиты.
• Состояние погоды, имеющее значение для строителей и сельскохозяйственных рабочих.

• доменные,
• конверторные,
• мартеновские,
• электросталеплавильные,
• прокатные и другие цехи.

Способы передачи тепла

Передача тепла может происходить только от более нагретого тела менее нагретому. Ни какой холод, ни куда передаваться не может — передается только тепло. Это второй закон термодинамики, который не нуждается в пояснениях и доказательствах.

Передача тепла между предметами может осуществляться 3 способами:

1. посредством конвекции (движения) нагретого газа или жидкости от одного тела к другому. Этот способ возможен только при наличии среды с промежуточным теплоносителем;
2. теплопереносом, т.е. при непосредственном соприкосновении тел;
3. инфракрасным излучением для тел, которые находятся на расстоянии друг от друга. Этот способ может осуществляется в вакууме или газовой среде. Специально подчеркнем, что инфракрасное излучение существует только когда между телами есть расстояние — в противном случае тепло передается теплопереносом. Этот способ передачи тепла нам наиболее интересен, т.к. именно с помощью него осуществляется передача энергии (тепла) в инфракрасных саунах;

Свойства инфракрасного излучения

Инфракрасное излучение так же, как и любое другое электромагнитное излучение, ослабевает при распространении в поглощающей среде и описывается законом Бугера — Ламберта — Бера. В Интернете широко распространено ошибочное мнение, что инфракрасное излучение не поглощается воздухом, однако, это не так.

В частности, для инфракрасного излучения азот и кислород, которые входят в состав воздуха, не поглощают его, а только ослабляют в результате рассеивания. Однако пары воды, углекислый газ, озон и другие газы, которые входят в состав воздуха, селективно (выборочно) поглощают его. Особенно сильно поглощают ИК излучение пары воды (влажность) и углекислый газ. Кроме того, пыль, содержащаяся в воздухе, рассеивает инфракрасное излучение. Принято считать, что интенсивность ИК излучения убывает обратно пропорционально квадрату расстояния до источника тепла.

Инфракрасное излучение не обладает какими-то лечащими свойствами. Инфракрасное излучение просто способ передачи тепла от одного объекта к другому, а способ лечить не может!

Интенсивность инфракрасного излучения зависит от температуры тела — чем выше температура тела, тем мощнее излучение. С этим фактом мы постоянно сталкиваемся в повседневной жизни и объяснять его не нужно. Но стоит отметить, что с ростом температуры верхняя граница спектра излучения сдвигается в область видимого света. Не длина волны сдвигается (как полагают некоторые люди), а спектр излучения расширяется, путем сдвига верхней границы спектра в область видимого света! При этом в спектре присутствуют все частоты излучения без каких-либо исключений и пробелов, т.к. спектр излучения твердых тел непрерывен.

Это означает, что в спектре излучения более нагретого тела присутствуют все частоты излучения менее нагретого тела. Так, например, для тела с температурой 36°С пик излучения приходится на частоту 9.6 мкм, а для тела с температурой 200°С пик излучения приходится на 2.5 мкм, но при этом частота 9.6 мкм также присутствует в спектре излучения, с той лишь разницей, что мощность излучения в несколько раз выше.

Модель нагрева человека в инфракрасной сауне

На рисунке изображены способы передачи тепла человеку. Здесь мы можем видеть, как энергия, которую вырабатывают нагреватели, проходит через среду передачи (воздух) и нагревает тело человека. Эта простая модель позволит правильно понять, какие процессы протекают во время выработки тепла и передачи ее от источника до тела человека. Рассмотрим более подробно каждый из элементов.

Тепловое излучение и источники теплового излучения

Как известно, все тела, нагретые выше точки абсолютного нуля (-273°С), являются источниками электромагнитного излучения, которое называется тепловым излучением. С увеличением температуры, мощность излучения резко возрастает, а спектр излучения (сплошной) сдвигается в область коротких волн. При температуре около 3000°К (37°С) тела испускают инфракрасное излучение в спектре волн 3-50 мкм, а при температуре более 7000°К появляется видимый глазу свет.

В теоретической физике для упрощения понимания процессов пользуются абстрактной моделью, которая называется Абсолютно Черное Тело (АЧТ). Абсолютно черных тел в природе не существует, тем не менее, эта модель позволяет, с определенной долей допущения, описывать процессы реальных тел. Все известные законы в теории теплового излучения (Планка, Стефана-Больцмана, Вина, Кирхгофа, Ламберта) справедливы лишь для абсолютно черного тела. Излучение реальных тел отличается от излучения АЧТ по мощности, спектру и угловому распределению, и зависят от ряда конкретных характеристик тела: состояния поверхности, микроструктуры, состава, температуры и т.д. Реальные тела обладают большим разнообразием радиационных свойств с большой зависимостью от многих параметров и условий. Зачастую они не имеют аналитического описания, поэтому, в описании реальных тел часто используют приближения к АЧТ для определенных условий и состояния тел.

Все существующие вещества поглощают и излучают хуже АЧТ, следовательно, поток излучения, генерируемый ими (и общий, и на любой из волн), меньше потока от абсолютно черного тела.

По спектральной излучательной способности все реальные тела делятся на серые тела и селективно излучающие. У серых тел спектральный состав потока полностью соответствует АЧТ, но интенсивность излучения пропорционально меньше. Эта пропорциональность эмпирически характеризуется коэффициентом черноты, показывающим отношение «серого излучения» к излучению абсолютно черного тела и зависящим от свойства тела. Коэффициент черноты не является чисто физической константой, потому что зависит также от состояния поверхности излучателя и температуры.

У селективных излучателей интенсивность излучения распределена по спектру крайне неравномерно. Наряду с участками, где они совершенно не излучают, есть диапазоны, где интенсивность излучения достигает величины, характерной для черного тела. Взаимное расположение пиков излучения определяется не только материалом, но и специфическими закономерностями его состояния.

Металлы при температурах, на которых максимум их излучения находится на длине волны больше 4 мкм, близки по свойствам к серым телам. Но общий поток излучения у них пропорционален пятой степени температуры, а длина волны максимального излучения несколько сдвинута в сторону коротких волн.

Закон Кирхгофа определяет основное требование к источникам инфракрасных лучей, подбираемых для практического применения: материал, из которого они изготовлены, должен обладать максимальным коэффициентом черноты (поглощательной способностью). Нагретые керамика, шамот и асбест имеют степень черноты более 0.9 , сталь и сплавы — около 0.6, полированный алюминий — менее 0.1, железо листовое оцинкованное, блестящее — 0.23.

Выводы 1. Наиболее качественные источники для инфракрасных саун изготавливаются из керамических нагревательных элементов с отражателями из алюминия.
2. Металлические нагревательные элементы имеют низкую излучательную способность, поэтому, чтобы получить необходимый поток ИК энергии, их нужно разогревать до большей температуры, чем керамические. При этом максимум излучения сдвигается в область коротких волн и видимого излучения, что приводит к большой тепловой нагрузке на кожу человека.

Передача теплового излучения

В рассматриваемой модели «источник — среда передачи — человек» важно понять простую истину: необходимо рассматривать не только что производит источник инфракрасного излучения, но гораздо важнее, какое излучение получает человек.

Излучение, которое производит источник тепла и излучение, которое получает человек, не идентичны. Как правило, в курсах теоретической физики рассматривается только излучение источников, их характеристики и свойства. Но при этом не рассматривается действие инфракрасного излучения на объекты.

Часто можно услышать, что воздух прозрачен для инфракрасного излучения, т.е. не оказывает ни какого влияния на него. Однако это совсем не так! На самом деле инфракрасное излучение, проходя от источника излучения к объекту сквозь воздух, изменяется как по интенсивности, так и по спектру. Прозрачность воздуха не означает, что ИК излучение проходит через воздух без затухания!

Азот и кислород воздуха не поглощают ИК излучение, но ослабляют его в результате рассеивания, которое значительно меньше, чем для видимого света. Пары воды, углекислый газ, озон и другие примеси, имеющиеся в воздухе, селективно поглощают инфракрасное излучение. Особенно сильно поглощают ИК излучение пары воды — полосы поглощения расположены почти во всей инфракрасной области спектра.

В средней инфракрасной области спектра сильно поглощает инфракрасное излучение углекислый газ. В качестве примера такого поглощения можно привести селективное поглощение солнечного излучения. Солнце можно представить как абсолютное черное тело, которое имеет спектр излучения от 0.3 до 3 мкм, с пиком излучения в области 0.5 мкм. Проходя через земную атмосферу спектр излучения изменяется, и на уровне моря картина уже выглядит совершенно по-другому — спектр излучения стал похож на селективный спектр.

Интенсивность инфракрасного излучения уменьшается с увеличением расстояния от источника излучения. В справедливости этого суждения можно убедится на таком примере: всем известен факт — как быстро снижается тепло от костра. На расстоянии около метра от костра чувствуется его жар, но стоит отойти на расстояние несколько метров, как тепло костра уже не может согреть. И таких примеров можно привести тысячи.

На этом графики приведена кривая изменения интенсивности излучения керамического излучателя в зависимости от расстояния измерения. Измерения проводились неселективным радиометром в спектре 2 — 25 мкм. Подробнее см. «Наши исследования»

Как видно из приведенного графика, интенсивность излучения падает обратно пропорционально расстоянию от источника до приемника.

Теория ИК саун

• Теория ИК саун
  • что такое ИК излучение
  • длина волны ИК излучения
  • способы передачи тепла
  • способы нагрева человека
  • мощность ИК излучения

  ©2001-2022, ООО «Юборг», Материалы этого сайта зарегистрированы и депонированы в РАО. Предложения по ценам не являются публичной офертой. Любое использование материалов с сайта запрещено без письменного разрешения правообладателя.

  Похожие публикации:

  1. Как включить вторую планку оперативки
  2. Как записывается поле с различными видами поляризации
  3. Свободная таблица в excel как сделать
  4. Что происходит в тик токе сейчас