Ich habe ein paar Texte über Thermodynamik und Strahlungsenergie, aber es fällt mir schwer, daraus herauszufinden, wie Energieabsorption und -reflexion funktionieren.
Das Interessengebiet ist das Erhitzen von Eisenmetalllegierungen auf Arbeitstemperaturen, die von etwa 300 F bis 2500 F reichen würden.
Bei diesen Temperaturen scheint die meiste Strahlungsenergie im nahen Infrarotspektrum emittiert zu werden, aber wenn die Temperatur ansteigt, wird ein immer größerer Anteil im sichtbaren Spektrum emittiert.
Frage 1: Ein Spiegel reflektiert fast die gesamte Energie im sichtbaren Spektrum, und ich verstehe, dass er auch Infrarotenergie reflektieren kann. Ist die Reflexion von Infrarotenergie von einem Spiegel so vollständig wie für Energie im sichtbaren Spektrum? Wenn nicht, welcher Betrag wird für eine bestimmte Wellenlänge im nahen Infrarot nicht reflektiert?
Frage 2: Stellen wir uns vor, wir haben ein Stück Metall, das an der Oberfläche bei einer Strahlungstemperatur am heißesten ist, etwa 2000 F, aber sein Kern ist kühler, sagen wir 500 F, also gibt es einen Temperaturgradienten. Ein Spiegel wird direkt neben dem Metallstab platziert, wodurch die Strahlungsenergie von dem Stab zurück zu ihm reflektiert wird. (Angenommen, es gibt ein Vakuum oder andere Mittel zur Verhinderung externer Konvektion, so dass der Wärmeverlust vom Stab ausschließlich über Strahlung erfolgt.) Vermutlich wird fast die gesamte reflektierte Energie wieder vom Metall absorbiert, da es a hat nicht reflektierende Oberfläche. Der Verlust wird nur die Energie sein, die entweder nicht auf den Spiegel trifft oder die der Spiegel durch den Spalt zwischen dem Stab und dem Spiegel reflektiert. Je kleiner die Lücke, desto geringer der Verlust. Deshalb, Es wird eine Art Gradientensystem geben, bei dem Wärme von der Oberfläche des Stabs in zwei Richtungen geht: zum Spiegel oder durch Leitung zum Kern wandert. Der Teil in Richtung des Spiegels kehrt zurück (mit einem kleinen Spaltverlust) und wird erneut absorbiert, sodass die Wärme zwischen dem Spiegel und der Stange hin und her springt. Wir haben also zwei Raten: die Leitungsrate zum Kern und die Verlustrate zum Spalt zwischen Stab und Spiegel.Wie kann ich diese beiden Raten mathematisch als Differentialgleichung modellieren und dadurch die Rate der Nettoleitung zum Kern berechnen?
Heute verwendet man ein Multiphysik-Simulationsprogramm. Um IR zu reflektieren, sind spezielle Spiegel erforderlich; Gold wird oft verwendet, aber nicht bei diesen Temperaturen.
Sie können die Schwarzkörperformel für eine grobe Schätzung der spektralen Ausgabe verwenden; Finden Sie dann Materialien, die die Wärme aufnehmen und auch effizient reflektieren können.
Neugierig