สัมประสิทธิ์การแผ่รังสีความร้อน (Emissivity ใช้สัญลักษณ์ ε) คือแนวคิดพื้นฐานในฟิสิกส์และอุณหพลศาสตร์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในบริบทของเทอร์โมมิเตอร์อินฟราเรดและการถ่ายเทความร้อน หมายถึงประสิทธิภาพที่วัตถุปล่อยรังสีความร้อนออกมาหรือที่เรียกว่าวัตถุดำ (Blackbody)
วัตถุทั้งหมดที่อุณหภูมิสูงกว่าศูนย์สัมบูรณ์จะปล่อยรังสีความร้อนออกมา อย่างไรก็ตามปริมาณของการแผ่รังสีความร้อนที่ปล่อยออกมาจะขึ้นอยู่กับการแผ่รังสีของพื้นผิวของวัตถุ
การปล่อยรังสีของพื้นผิวไม่เพียงแต่ขึ้นอยู่กับวัสดุเท่านั้น แต่ยังขึ้นอยู่กับลักษณะของพื้นผิวด้วย ตัวอย่างเช่นพื้นผิวโลหะที่สะอาดและขัดเงาจะมีการปล่อยรังสีต่ำ ในขณะที่พื้นผิวโลหะที่หยาบและออกซิไดซ์จะมีการปล่อยรังสีสูง การเปล่งรังสียังขึ้นอยู่กับอุณหภูมิของพื้นผิวตลอดจนความยาวคลื่นและมุมด้วย
การทำความเข้าใจการแผ่รังสีเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการวัดอุณหภูมิที่แม่นยำด้วยเทอร์โมมิเตอร์อินฟราเรด และสำหรับการทำนายพฤติกรรมของพื้นผิวในสภาพแวดล้อมที่มีความร้อน มาเจาะลึกถึงการแผ่รังสีโดยละเอียดเพิ่มเติม
นิยาม:
Emissivity ใช้สัญลักษณ์ ε คือการวัดว่าวัตถุปล่อยรังสีอินฟราเรดได้ดีเพียงใดเมื่อเทียบกับวัตถุดำที่อุณหภูมิเดียวกัน โดยจะแสดงเป็นค่าไร้มิติระหว่าง 0 ถึง 1 โดยที่ 0 แสดงถึงตัวสะท้อนแสงที่สมบูรณ์แบบ (ไม่มีการแผ่รังสี) และ 1 แสดงถึงตัวปล่อยที่สมบูรณ์แบบ (วัตถุสีดำ)
การแผ่รังสีของพื้นผิวของวัสดุคือประสิทธิภาพในการเปล่งพลังงานในรูปของรังสีความร้อน การแผ่รังสีความร้อนคือรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าที่โดยทั่วไปรวมทั้งรังสีที่มองเห็น (แสง) และรังสีอินฟราเรด ซึ่งไม่สามารถมองเห็นได้ด้วยตามนุษย์ ส่วนหนึ่งของการแผ่รังสีความร้อนจากวัตถุที่ร้อนมากมองเห็นได้ง่ายด้วยตา
การเปล่งรังสีของพื้นผิวขึ้นอยู่กับองค์ประกอบทางเคมีและโครงสร้างทางเรขาคณิต ในเชิงปริมาณ ซึ่งคืออัตราส่วนของการแผ่รังสีความร้อนจากพื้นผิวต่อการแผ่รังสีจากพื้นผิวสีดำในอุดมคติที่อุณหภูมิเดียวกันกับที่กำหนดโดยกฎสเตฟาน–โบลต์ซมันน์ (การเปรียบเทียบกับกฎของพลังค์จะใช้หากเกี่ยวข้องกับความยาวคลื่นเฉพาะของการแผ่รังสีความร้อน) อัตราส่วนจะแตกต่างกันไปตั้งแต่ 0 ถึง 1
พื้นผิวของวัตถุสีดำที่สมบูรณ์แบบ (โดยมีค่าการแผ่รังสี 1) ปล่อยรังสีความร้อนในอัตราประมาณ 448 วัตต์ต่อตารางเมตร (W/m2) ที่อุณหภูมิห้อง 25 °C (298 K; 77 °F) โดยทั่วไปวัตถุจะมีการปล่อยรังสีน้อยกว่า 1.0 และปล่อยรังสีในอัตราที่ต่ำกว่าตามลำดับ
ตารางการแผ่รังสี
การปล่อยรังสีอินฟราเรดของวัสดุ (ε) ทั่วไปจะขึ้นอยู่กับองค์ประกอบและลักษณะพื้นผิว ได้มีการรวบรวมตารางการแผ่รังสีที่เป็นมาตรฐานโดยแสดงรายการวัตถุและพื้นผิวทั่วไปจำนวนมาก หากคุณต้องการระบุค่าการแผ่รังสีของวัตถุเป้าหมายโดยเฉพาะ
ตารางค่าการแผ่รังสีสามารถให้ข้อมูลอ้างอิงที่เป็นประโยชน์ได้ ตัวอย่างดังตารางด้านล่าง
| ค่า Emissivity | การแผ่รังสีของวัสดุ (ε) |
|---|---|
| ผิวหนังมนุษย์ | 0.98 |
| น้ำ | 0.95 |
| อลูมิเนียม (ขัดเงา) | 0.1 |
| อะลูมิเนียม (อะโนไดซ์) | 0.65 |
| พลาสติก | 0.93 |
| เซรามิก | 0.94 |
| แก้ว | 0.87 |
| ยาง | 0.9 |
| ผ้า | 0.95 |
ปัจจัยอื่นๆ ที่ส่งผลต่อความแม่นยำในการวัด
อุณหภูมิแวดล้อมของบรรยากาศจะมีผลกระทบต่อการวัดด้วยเช่นกัน หากคุณต้องการเพิ่มความแม่นยำในการวัด คุณควรตั้งค่าการกำหนดค่าอุณหภูมิแวดล้อมในกล้องถ่ายภาพความร้อนของคุณ
หากอุณหภูมิวัตถุใกล้กับอุณหภูมิอากาศโดยรอบ การแผ่รังสีสิ่งแวดล้อมจะส่งผลต่อความแม่นยำมากขึ้น เนื่องจากเป้าหมายมีค่าการปล่อยรังสีอินฟราเรดต่ำกว่า ส่วนประกอบของการแผ่รังสีที่อิงตามการแผ่รังสีของเป้าหมายจะใช้สัดส่วนที่น้อยกว่าของค่าที่วัดได้ บรรยากาศและการสะท้อน
การปรับค่า Emissivity:
เทอร์โมมิเตอร์อินฟราเรดหลายรุ่นช่วยให้ผู้ใช้สามารถปรับการตั้งค่าการแผ่รังสีเพื่อให้ตรงกับการแผ่รังสีของพื้นผิวเป้าหมายได้ ด้วยการป้อนค่าการแผ่รังสีที่ถูกต้อง ผู้ใช้จึงสามารถอ่านค่าอุณหภูมิได้แม่นยำยิ่งขึ้น
ค่าการแผ่รังสีจะแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับวัสดุและสภาพพื้นผิว ค่าการแผ่รังสีโดยทั่วไปบางส่วนได้แก่:
- โลหะ: การแผ่รังสีต่ำ (ประมาณ 0.1 ถึง 0.2)
- พื้นผิวที่ไม่ใช่โลหะ: การแผ่รังสีที่สูงขึ้น (0.9 หรือสูงกว่าสำหรับวัสดุส่วนใหญ่)
- พื้นผิวขัดเงา: มีการปล่อยรังสีต่ำกว่าเมื่อเทียบกับพื้นผิวขรุขระ
การใช้งาน:
การทำความเข้าใจเกี่ยวกับการปล่อยรังสีถือเป็นสิ่งสำคัญในด้านต่างๆ และการใช้งานต่างๆ ซึ่งรวมถึง:
- การวัดอุณหภูมิทางอุตสาหกรรม: เครื่องวัดอุณหภูมิอินฟราเรดใช้สำหรับตรวจสอบอุณหภูมิในกระบวนการผลิต ระบบ HVAC และการบำรุงรักษาอุปกรณ์ไฟฟ้า
- การตรวจสอบอาคาร: กล้องอินฟราเรดจะประเมินเปลือกอาคารเพื่อประสิทธิภาพการใช้พลังงาน และตรวจจับบริเวณที่สูญเสียความร้อนหรือความชื้นบุกรุก
- การวินิจฉัยทางการแพทย์: เครื่องวัดอุณหภูมิแบบอินฟราเรดจะวัดอุณหภูมิร่างกายในสถานพยาบาล ซึ่งการอ่านที่แม่นยำเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการดูแลผู้ป่วย
- การบินและอวกาศ: เซ็นเซอร์อินฟราเรดใช้ในเครื่องบินและยานอวกาศเพื่อการตรวจสอบอุณหภูมิและการถ่ายภาพความร้อน
สรุป
การแผ่รังสีเป็นพารามิเตอร์ที่สำคัญในการวิเคราะห์เทอร์โมมิเตอร์อินฟราเรดและการถ่ายเทความร้อน ด้วยการทำความเข้าใจการปล่อยก๊าซและอิทธิพลของมันต่อการวัดอุณหภูมิ วิศวกร นักวิทยาศาสตร์ และช่างเทคนิคสามารถรับประกันผลลัพธ์ที่แม่นยำและเชื่อถือได้ในการใช้งานต่างๆ