Источники и характеристики инфракрасного излучения

 

Инфракрасное излучение (ИКИ) – тепловое излучение, представляющее собой невидимое электромагнитное излучение с длиной волны от 0, 76 до 420 мкм и обладающее волновыми и световыми свойствами.

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…1мм) области. В производственных условиях гигиеническое нормирование имеет более узкий диапазон (0, 76…70 мкм).

Источником инфракрасного излучения является любое нагретое тело. Степень инфракрасного излучения характеризуется следующими основными законами, используемыми для оценки гигиенического нормирования.

Лучеиспускание обусловливается только состоянием излучающего тела и не зависит от окружающей среды (закон Кирхгофа). 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, устройство приборов для измерения теплового излучения, а также окраска оборудования.

С повышением температуры излучающего тела интенсивность излучения Е (Вт/м²) увеличивается пропорционально 4-1 степени его абсолютной температуры (закон Стефана-Больцмана):

 

Е=σ Т⁴,

 

где σ - постоянная Стефана-Больцмана, равная 5, 67032х10^-8 Вт м^-2 К^-4;

Т- абсолютная температура, К (Кельвин).

Таким образом, даже небольшое повышение температуры тела приводит к значительному росту отдачи теплоты излучением. Используя этот закон, можно определить величину теплообмена излучением в производственных условиях.

Количество тепловой энергии, передаваемое излучением, определяется по формуле:

 

Е=С₁С₂σ (Т⁴₁-Т⁴₂),

 

где Е- теплоотдача, (Вт), С₁ и С₂ – константы излучения с поверхностей; σ - постоянная Стефана-Больцмана; Т₁ и Т₂ – температуры поверхностей (К), между которыми происходит теплообмен излучением.

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

Произведение абсолютной температуры излучающего тела на длину волны излучения (λ _макс) с максимальной энергией – величина постоянная С (закон Вина – закон смещения)

 

λ _макс Т = С,

 

где С=2880; Т- абсолютная температура, К; λ - длина волны, мкм.

Таким образом, длина волны максимального излучения нагретого тела обратно пропорциональна его абсолютной температуре, т.е.

 

λ _макс = С/Т.

 

При температуре твердого тела 400…500 º С излучение происходит главным образом в области длинных волн.

Интенсивность теплового излучения на рабочих местах может колебаться от 175 Вт/м² до 13956 Вт/м². К горячим цехам относят цеха, в которых тепловыделение превышает 23 Дж/м².

В литейных цехах (нагрев и обработка деталей) интенсивность теплового излучения составляет 1392…3480 Вт/м².

В производственных помещениях с большим тепловыделением (горячие цеха) на долю инфракрасного излучения может приходиться до 2/3 выделяемой теплоты и только 1/3 на конвекционную теплоту.