Diagram ini menunjukkan kasus dimana benda yang akan dipanaskan berukuran kecil dan sama atau lebih kecil dari diameter (lebar) kondensasi pemanas halogen.
Buat alur dengan cara sederhana dan letakkan benda yang akan dipanaskan di dalam alur.
Benda yang akan dipanaskan pada pemanasan alur dipanaskan oleh tiga elemen.
1. Pemanasan langsung dari sumber panas
2.Pemanasan karena pantulan cahaya dari dinding
3. Pemanasan dengan pancaran panas pada dinding
Mencegah dampak negatif arus naik
Pada pemanasan terbuka, udara di sekitar benda yang dipanaskan juga memanas, memuai secara termal, dan menjadi lebih ringan sehingga menimbulkan arus udara ke atas.
Udara pada suhu dan tekanan normal mengalir ke ruang yang telah menjadi encer dan bertekanan rendah karena naiknya udara.
Udara yang mengalir ini bersentuhan dengan benda yang akan dipanaskan dan mendinginkannya sehingga mengurangi efisiensi pemanasan.
Pemanasan alur tidak menghasilkan aliran udara pendingin, sehingga menciptakan lingkungan pemanasan yang efektif.
Verifikasi metode pemanasan ulang-cerminan – Perbedaan antara pemanasan bidang dan pemanasan alur
Dengan mengalirkan gas inert ke dalam rangka, pemrosesan non-oksidasi atau oksidasi rendah dapat dicapai.
Menutupi bagian atas bingkai dengan kaca kuarsa akan membuatnya lebih sempurna.
Perbandingan iradiasi terbuka dan pemanasan alur
Mengambil contoh HPH-60/F30/36V-450W, yang dilengkapi dengan cermin kondensor Φ60 dan memiliki panjang fokus 30mm, diameter fokus pengenalnya adalah Φ8, sehingga cocok untuk pemanasan alur.
Waktu yang dibutuhkan untuk mencapai 800℃ adalah dalam waktu 20 detik dengan pemanasan alur, namun hal ini tidak tercapai bahkan dalam waktu 40 detik dengan pemanasan terbuka.
Menggunakan lampu pemanas retroreflektif membuat perbedaan dalam perpanjangan di daerah bersuhu tinggi.
Semakin dekat jarak antara pemanas dan benda yang akan dipanaskan, maka semakin tinggi suhu yang dapat dipanaskan.
Pada pemanas titik halogen seri HPH-60,
Dalam urutan f30>f60>f105, meskipun jumlah wattnya sama, suhu akan menurun seiring bertambahnya jarak.
Ketika cahaya disebarkan, cahaya tersebut dilemahkan. Oleh karena itu, semakin dekat jaraknya, semakin baik efisiensi pemanasannya.
Fenomena ini juga diamati dalam kehidupan sehari-hari, di mana sumber cahaya jauh kurang terang dibandingkan sumber cahaya di dekatnya.
2. Menyinari pada sudut vertikal.
Ketika dipanaskan dengan cermin kondensor tipe cahaya paralel, jarak pusatnya sama, sudut iradiasinya diagonal, dan sudut iradiasinya vertikal, sehingga suhu benda meningkat.
3.Gunakan lampu yang tidak mengenai benda yang dipanaskan.
Reflektor digunakan untuk memantulkan cahaya agar tidak mengenai benda yang dipanaskan searah dengan benda yang dipanaskan.
Bahan reflektif menggunakan bahan dengan reflektifitas tinggi.
Dengan demikian, Anda juga dapat memanaskan “benda yang akan dipanaskan” dan “permukaan tempat benda yang akan dipanaskan dipasang.”
Cahaya yang tidak terserap dipantulkan kembali dan berkontribusi terhadap pemanasan.
Selain itu, karena permukaan yang akan dipanaskan dan permukaan tempat bahan yang dipanaskan dipasang saling bersentuhan,
Digunakan pada permukaan di mana material yang memiliki penyerapan inframerah yang baik dan konduktivitas termal yang tinggi akan dipasang.
Permukaan menyerap cahaya dan memanas, dan jika permukaan menjadi lebih panas, maka dapat mentransfer panas ke benda yang dipanaskan.
Metode ini berfungsi meskipun Anda tidak menggunakan reflektor.
Pemusatan pemanasan menggunakan lampu halogen menggunakan cermin kondensasi untuk memusatkan energi cahaya pada benda yang akan dipanaskan hingga suhu tinggi.
Dari cahaya yang datang pada benda yang dipanaskan, semakin banyak cahaya yang dipantulkan tidak termasuk cahaya yang diserap, maka suhu benda tersebut akan semakin rendah. Pemanasan hanya menggunakan cermin kondensasi mengurangi pemanfaatan cahaya yang dipantulkan ini.
Dalam metode pemanasan refleksi ulang, cahaya yang dipantulkan ini digunakan kembali menggunakan bahan reflektif, sehingga berkontribusi terhadap pemanasan dan keseragaman suhu benda yang akan dipanaskan.
Pemanasan bahan yang sangat reflektif
Bahan dengan reflektansi inframerah tinggi adalah bahan dengan serapan inframerah rendah. Bahan dengan serapan infra merah yang rendah dapat dikatakan sulit untuk dipanaskan hingga suhu tinggi.
Dengan menggunakan kembali pantulan sinar infra merah yang masuk ke suatu material, material tersebut dapat dipanaskan.
Pemanasan material kecil
Semakin kecil massanya, semakin cepat suhu naik saat dipanaskan.
Pemanasan refleksi ulang cocok untuk memanaskan material yang sangat kecil pada suhu tinggi. Hanya dengan menggunakan cermin kondensasi, dimungkinkan untuk mencapai suhu yang jauh lebih tinggi daripada metode pemanasan.
Pemanasan seragam
Pada pemanasan kondensasi menggunakan lampu halogen, sumber panasnya berupa titik atau garis. Oleh karena itu, sering kali dianggap sulit untuk melakukan pemanasan dalam bentuk “bidang”.
Dengan mengubah jarak iradiasi dan menggeser fokus, bentuk permukaan dapat dipanaskan menggunakan pemanasan cahaya terkondensasi. Menggunakan metode pemanasan refleks untuk pemanasan lebih merata.
Bahan material reflektif
Pelapisan emas
Ini adalah bahan berlapis emas yang sangat reflektif.
Pelapisan emas sulit diubah warnanya dan memiliki ketahanan korosi yang sangat baik.
Pemolesan aluminium
Aluminium yang dipoles adalah bahan yang hemat biaya dan sangat reflektif.
Reflektansi sekitar 10% lebih rendah dibandingkan dengan pelapisan emas.
Dapat direpolish sehingga dapat digunakan dalam jangka waktu lama jika dirawat.
Q: Dapatkah logam dipanaskan dengan sinar inframerah jauh?
A: Karena logam mempunyai banyak elektron, logam umumnya memantulkan gelombang elektromagnetik (cahaya inframerah jauh).
Bahan dengan konduktivitas yang baik, seperti emas dan aluminium, memiliki reflektansi yang tinggi dan sulit untuk dipanaskan.
Selain itu, bahan dengan konduktivitas termal yang baik menghilangkan panas bahkan saat dipanaskan, dan suhu tidak mudah naik.
Ada cara untuk meningkatkan laju penyerapan dengan mengoksidasi permukaan atau menggunakan cat tahan panas.
Sinar inframerah dekat lebih cocok untuk memanaskan logam dibandingkan sinar inframerah jauh.
Untuk laju serapan inframerah pada logam, lihat “Ilmu inframerah jauh-6 Laju penyerapan sinar inframerah jauh”.
Q: Saya ingin menggunakan sinar inframerah jauh untuk menghangatkan tubuh saya dari inti. Pemanas mana yang terbaik?
A: Sebagian besar energi sinar inframerah jauh diserap pada kedalaman sekitar 200 μm dari permukaan kulit dan diubah menjadi panas.
Panas ini secara efisien ditransmisikan ke bagian dalam tubuh (inti) melalui darah dan cara lain, sehingga menghangatkan tubuh.
Hasilnya sama, tetapi permukaan kulit Anda mungkin menjadi panas, jadi berhati-hatilah dalam mengatur suhu.
Nobuo Terada “Karakteristik penetrasi kulit manusia di wilayah inframerah”
N.Terada dkk, “Spektral radiasi yang tepat dari tubuh manusia yang hidup”,
Jurnal Internasional Thermophys., vol.7, hal.1101-1113, 1986.
Sebagaimana jelas dari “Hukum perpindahan Wien,” semakin tinggi suhu pemanas, semakin banyak peralihannya ke sinar inframerah-dekat.
Sinar inframerah dekat cocok untuk aplikasi pemanasan suhu tinggi.
③Perbedaan frekuensi = resonansi dengan frekuensi getaran alami
Ketika frekuensi gelombang elektromagnetik sesuai dengan getaran molekul suatu zat (getaran kisi), energi radiasi elektromagnetik diserap (penyerapan resonansi), meningkatkan getaran molekul dan menaikkan suhu.
Energi yang diperlukan untuk merangsang suatu molekul agar bergetar dan berputar bervariasi tergantung pada struktur kimia molekul tersebut.
Intensitas serapan/frekuensi energi serapan ini disebut “pita serapan”.
Oleh karena itu, bahan dengan pita serapan pada pita inframerah dekat cocok untuk pemanasan inframerah dekat.
Demikian pula, bahan dengan pita serapan dalam rentang inframerah jauh juga cocok untuk pemanasan inframerah jauh.
④Daya tembus = tubuh manusia
Inframera hdekat menembus beberapa milimeter di bawah permukaan kulit.
Bank dan institusi lain baru-baru ini memperkenalkan metode yang menggunakan fitur ini untuk mengautentikasi individu dengan memeriksa pola pembuluh darah di jari tangan dan telapak tangan menggunakan inframerah dekat.
Sebagian besar energi sinar inframerah jauh diserap dalam jarak sekitar 0,2 mm dari permukaan kulit.
Nobuo Terada “Karakteristik penetrasi kulit manusia di wilayah inframerah”
N.Terada dkk, “Spektral radiasi yang tepat dari tubuh manusia yang hidup”,
Jurnal Internasional Thermophys., vol.7, hal.1101-1113, 1986.
⑤Daya penetrasi = Suasana
Ada pita di atmosfer yang cenderung menyerap sinar infra merah.
Pita 4,3 mikron adalah pita serapan karbon dioksida.
Pita 6,5 mikron adalah pita serapan uap air.
Pita dengan transmisi inframerah yang baik disebut “jendela atmosfer” dan digunakan dalam pengamatan cuaca oleh satelit buatan.
⑥Perbedaan karena warna
Warna suatu benda ditentukan oleh panjang gelombang cahaya yang diserapnya dan panjang gelombang cahaya yang dipantulkannya.
Panjang gelombang cahaya yang dapat dilihat dengan mata telanjang (cahaya tampak) kira-kira 0,4 hingga 0,7 μm.
Benda berwarna putih tidak banyak menyerap cahaya tampak dan memantulkannya, sedangkan benda hitam menyerap sedikit cahaya tampak dan tidak memantulkannya.
Jika kita hanya melihat rentang cahaya tampak, benda berwarna hitam menyerap lebih banyak energi daripada benda berwarna putih, dan suhunya meningkat.
Cahaya inframerah dekat memiliki panjang gelombang 0,7 hingga 3 μm dan berdekatan dengan cahaya tampak.
Tidak ada hubungan langsung antara warna dan kemudahan menyerap sinar infra merah.
Namun, karena panjang gelombang cahaya tampak dan sinar inframerah dekat berdekatan satu sama lain, kemungkinan besar benda berwarna putih cenderung memantulkan sinar inframerah dekat, sedangkan benda hitam cenderung menyerap sinar inframerah dekat.
Perkiraan pita-pita yang berdekatan menjadi lebih lemah ketika panjang gelombang semakin menjauh, sehingga perkiraan tersebut menjadi lebih lemah dalam urutan inframerah dekat > inframerah tengah > inframerah jauh.
Saat mengeringkan barang cetakan, jika Anda mencetak tinta hitam di atas kertas putih dan hanya mengeringkan tinta hitamnya, sinar inframerah dekat cocok karena energinya terkonsentrasi di tinta hitam.
Sebaliknya, sinar inframerah jauh cocok untuk pencetakan berwarna karena hanya ada sedikit perbedaan dalam tingkat penyerapan tergantung pada warnanya.
Karena inovasi teknologi oleh produsen cat dan film, banyak produk putih dengan serapan inframerah tinggi dan produk hitam dengan reflektansi inframerah tinggi telah dikembangkan.
Cara umum untuk menciptakan sinar inframerah jauh secara artifisial adalah dengan memanaskan keramik.
Keramik halus berbahan dasar alumina dan zirkonium sering digunakan.
Panjang gelombang dan emisivitasnya bervariasi tergantung pada jenis keramik dan suhu pemanasan.
Panjang gelombang emisi material adalah sebagai berikut.
Max Karl Ernst Ludwig Planck, 23 April 1858 – 4 Oktober 1947 fisikawan Jerman
Hukum Planck adalah rumus dalam fisika mengenai pancaran spektral gelombang elektromagnetik yang dipancarkan benda hitam, atau distribusi panjang gelombang kerapatan energi. Dimungkinkan untuk menjelaskan dengan benar pancaran spektral radiasi elektromagnetik dari benda hitam pada suhu tertentu T pada seluruh rentang panjang gelombang. Pada tahun 1900, dipimpin oleh fisikawan Jerman Max Planck.
Ketika mempertimbangkan penurunan hukum ini, Planck berasumsi bahwa energi osilator dalam medan radiasi adalah kelipatan bilangan bulat dari besaran energi dasar tertentu (sekarang disebut kuantum energi) ε = hν. Hipotesis kuantum (kuantisasi) energi ini mempunyai pengaruh besar pada awal mula mekanika kuantum selanjutnya.
Hukum Planck menunjukkan hubungan antara energi radiasi benda hitam dan panjang gelombang. Bahan memancarkan energi dalam bentuk gelombang elektromagnetik sesuai dengan suhunya. Energi yang dipancarkan berubah tergantung pada suhu, zat, dan kondisi permukaannya.
Emisivitas material umum adalah 1 atau kurang. Oleh karena itu, karakteristik energi radiasi spektral zat yang suhunya sama dengan benda hitam akan digambarkan di bawah kurva benda hitam.
② Hukum Stefan Boltzmann
Josef Stefan, 24 Maret 1835 – 7 Januari 1893 fisikawan Austria
Ludwig Edouard Boltzmann, 20 Februari 1844 – 5 September 1906 fisikawan Austria
Jumlah energi yang dipancarkan suatu zat meningkat seiring dengan meningkatnya suhu zat tersebut. Jumlah energi (E) yang dipancarkan benda hitam pada suhu absolut T (satuan: Kelvin K) diperoleh dengan mengintegrasikan hukum Planck pada semua panjang gelombang, dan diberikan dalam bentuk yang sebanding dengan pangkat empat suhu absolut. Anda bisa Ini disebut hukum Stefan Boltzmann.
Ditemukan secara eksperimental oleh Joseph Stephan pada tahun 1879 dan dibuktikan secara teoritis oleh muridnya Ludwig Boltzmann pada tahun 1884. Hal ini disebut hukum Stefan Boltzmann, dinamai menurut nama mereka.
Ｅ＝5.6697×10－８・Ｔ４ [W/m2]
③ Hukum perpindahan Wien
Wilhelm Karl Werner Otto Fritz Franz Wien, 13 Januari 1864 – 30 Agustus 1928 Fisikawan Jerman
Hukum perpindahan Wien ditemukan oleh Wien pada tahun 1896.
Panjang gelombang puncak (titik dengan energi tertinggi) gelombang elektromagnetik yang dipancarkan suatu zat bergeser ke panjang gelombang yang lebih pendek seiring dengan meningkatnya suhu radiator.
hukum perpindahan Wien
=2897/T [μm]
Ini disebut hukum perpindahan Wien.
Misalnya, panjang gelombang puncak (λ) gelombang elektromagnetik yang dipancarkan manusia dengan suhu tubuh 36℃ (suhu absolut T = 36 + 273 = 309K) adalah 2897±309 = 9,4μm. Dengan kata lain, manusia memancarkan radiasi inframerah jauh dengan panjang gelombang puncak sekitar 9,4 μm.
Daerah terpadu (energi) pada sisi panjang gelombang pendek dari panjang gelombang puncak yang ditunjukkan oleh hukum perpindahan Wien adalah 25% dari total energi, dan pada sisi panjang gelombang panjang adalah 75%. Dengan kata lain, sisi panjang gelombang yang panjang (sisi inframerah jauh) memancarkan energi tiga kali lebih banyak.
Jadi, berapakah panjang gelombang (λ) yang membagi energi radiasi benda hitam pada suhu mutlak T (K) menjadi dua?, dapat dicari dengan rumus: λ = 4,108/T [μm].
Misalnya, pada batas panjang gelombang 3 μm antara daerah inframerah dekat dan daerah inframerah jauh, suhu benda hitam T di mana energi radiasi dibagi 50% adalah T = 4,108/3 = 1,369 (K) (= 1,369-273) = 1,096°C.
Terlihat bahwa sinar inframerah jauh mempunyai beban yang besar hingga suhu yang sangat tinggi. Selain itu, panjang gelombang puncak saat ini adalah 2.897/1.369 = 2,1 μm, yang secara alami berada di wilayah inframerah dekat.
Wien menerima Hadiah Nobel Fisika pada tahun 1911 atas “penemuannya mengenai hukum radiasi termal”.
④ Hukum Kirchhoff (energi pancaran)
Gustav Robert Kirchhoff, 12 Maret 1824 – 17 Oktober 1887, fisikawan Prusia (sekarang Oblast Kaliningrad, Rusia)
Rasio energi radiasi yang dipancarkan suatu zat dalam kesetimbangan radiasi terhadap kapasitas penyerapannya adalah konstan, apa pun zatnya, dan nilainya sama dengan energi radiasi benda hitam sempurna.
Dengan kata lain, dalam kasus material buram umum, laju penyerapan dan emisivitas adalah sama, yang merupakan hukum yang ditemukan oleh Kirchhoff pada tahun 1860.
Kirchhoff menemukan hukum-hukum mengenai rangkaian listrik, hukum-hukum tentang energi pancaran, dan hukum-hukum tentang kalor reaksi, sehingga sering disebut dengan hukum Kirchhoff (energi pancaran).
Energi panas berpindah dari suhu yang lebih tinggi ke suhu yang lebih rendah.
Ada tiga prinsip bagaimana panas berpindah: konduksi, konveksi, dan radiasi.
Dalam situasi sebenarnya, perpindahan panas terjadi dengan menggunakan kombinasi ketiga prinsip ini.
[Perpindahan panas konduksi (konduksi termal)]
Saat Anda memanaskan ujung batang logam, panasnya secara bertahap berpindah ke ujung lainnya.
Perpindahan panas melalui zat disebut perpindahan panas konduktif (konduksi termal).
Konduktivitas termal bervariasi tergantung pada zatnya. Logam merupakan konduktor panas yang baik.
Gas pada umumnya merupakan konduktor panas yang buruk.
Oleh karena itu, material berpori memiliki konduktivitas termal yang lebih rendah dibandingkan material padat, dan ini digunakan sebagai isolator panas.
Perpindahan panas konduksi (konduksi termal) adalah fenomena dimana fluks panas (jumlah energi yang melintasi suatu satuan luas dalam satuan waktu) sebanding dengan gradien suhu dalam suatu zat tanpa pergerakan benda, dan dinyatakan dengan rumus berikut. sebagai hukum Fourier. akan selesai.
q = Fluks panas W/m2
k=Konduktivitas termal W/mK
T=Suhu K
X=Posisi m
q＝-k x dT/dX
[Perpindahan panas konveksi (perpindahan panas)]
Ketika air atau udara (cairan atau gas) dipanaskan dari bawah, bagian yang dipanaskan akan mengembang dan menjadi kurang padat dan naik, sedangkan bagian atas yang lebih dingin akan turun. Tindakan ini diulangi dan suhu meningkat secara keseluruhan.
Cara perpindahan panas dengan menggerakkan zat cair dan gas disebut konveksi.
Perpindahan panas konvektif (perpindahan panas) menggambarkan perpindahan panas sebanding dengan perbedaan suhu, dan menggambarkan aliran materi dan fluks panas yang disertai dengan fenomena fisik lainnya seperti kondensasi, penguapan, dan perubahan konsentrasi.
dq = jumlah kalor yang dipindahkan melintasi satuan luas dalam satuan waktu (W/m2)
h = koefisien perpindahan panas
Tf = suhu zat cair
Ts = adalah suhu permukaan padat
dq = h(Tf – Ts)
[Perpindahan panas radiasi (radiasi termal)]
Sebagaimana panas matahari (gelombang elektromagnetik) yang langsung mencapai bumi dan menghangatkan bumi, cara perpindahan panas yang tidak memerlukan media perantara disebut perpindahan panas radiatif (radiasi termal).
Pada saat ini, panas langsung diserap oleh material dalam bentuk gelombang elektromagnetik, sehingga menaikkan suhu material.
Perpindahan panas sinar inframerah jauh (yang mengaktifkan getaran timbal balik atom-atom pembentuk zat) sebenarnya adalah perpindahan panas radiasi (radiasi termal).
Jika pada medium perantara terdapat gas seperti nitrogen (N2) atau oksigen (O2), maka sinar infra merah jauh tidak akan diserap, namun jika gas tersebut memiliki polaritas seperti karbon dioksida (CO2) atau uap air (H2O ), Ini diserap oleh gas.
Radiasi termal adalah energi yang dipancarkan dari permukaan padat sebagai gelombang elektromagnetik menurut hukum Planck, dan pertukaran energi tersebut mengikuti hukum Kirchhoff.
Hukum utama yang berkaitan dengan suhu adalah hukum Stefan Boltzmann yang menyatakan bahwa energi radiasi suatu benda hitam sebanding dengan pangkat empat suhu benda tersebut.
