LA TECHNOLOGIE FIR

Les rayons infrarouges lointains parmi les rayons infrarouges

La lumière invisible qui a le pouvoir de chauffer de la matière a été nommé « rayons infrarouges », parce qu’elles ont une longueur d’ondes inférieure à celle de la lumière visible (le rouge). Les rayons infrarouges sont des ondes électromagnétiques, tout comme les rayons X, les rayons UV, la lumière visible, les micro-ondes et les ondes radio. Les ondes électromagnétiques ont des caractéristiques qui dépendent de leurs longueurs d’ondes. Les rayons infrarouges sont divisés en deux types de longueurs d’ondes, “les rayons infrarouges proches” et les “rayons infrarouges lointains”. Beaucoup de matériaux dans nos affaires personnelles, excepté le métal (le plastique, la peinture, le textile, le bois, le caoutchouc, la nourriture, etc.), absorbent les ondes électromagnétiques de 2.5µm à 30µm en longueur d’ondes (principalement les rayons infrarouges lointains). Les rayons infrarouges lointains en-dessus de ces longueurs d’ondes sont principalement générés par des céramiques chauffés.  C’est la raison pour laquelle les chauffages par rayons infrarouges lointains en céramique sont largement utilisés comme source de chaleur de chauffage et de séchage dans des secteurs industriels et commerciaux. L’oxygène et le nitrogène dans l’air n’absorbent pas les rayons infrarouges lointains, cependant, le dioxyde de carbone (CO²) et la vapeur d’eau (H2O) absorbent eux, les rayons infrarouges lointains.

Comment fonctionnent les radiations infrarouges lointaines?

Toutes les matières ayant une température de plus du zéro absolue (-273°C) dégagent une énergie du type infrarouge lointain. Plus la température est importante, plus la dose de radiation (énergie) l’est aussi. Il est connu que la quantité de radiation, pour une même température, est affectée par la matière elle même et les conditions de sa surface. Les matériaux céramiques sont connus pour dégager beaucoup de rayons infrarouges lointains. La radiation des rayons infrarouges lointains est faible pour les métaux, cependant le métal la reflète bien. Par conséquent, les métaux sont souvent utilisés comme réflecteurs.

Comment les rayons infrarouges lointains chauffent-ils les matériaux?

Les rayons infrarouges émis par les chauffages en céramique ont une trajectoire droit dans l’espace et frappent la surface de la matière à la même vitesse que la vitesse de la lumière (environ 300,000 km/seconde = la vitesse qu’il faut pour faire 7,5 fois le tour de la Terre en une seconde). Les fréquences (vitesse de la lumière / longueur d’onde) des rayons infrarouges lointains correspondent aux vibrations des molécules qui forment l’eau, le bois, le plastique, les fibres, les peintures, la nourriture, les animaux incluant l’être humain. Ces matériaux absorbent les rayons infrarouges lointains irradiés et une élévation de température se produit en raison de la vibration des molécules. Ces effets deviennent remarquables lorsque les fréquences naturelles de la matière et les fréquences des rayons irradiés s’harmonisent. C’est la raison pour laquelle les rayons infrarouges lointains sont largement utilisés dans le secteur du chauffage et du séchage. Comme les fréquences naturelles de la matière ne correspondent pas aux ondes électromagnétiques irradiées, l’effet de chauffage reste faible.

FIR infiltre-t-il profondément le corps d’une personne? FIR pénètre-t-il le verre ?

L’énergie des rayons infrarouges lointains est absorbée dans environ 200µm de profondeur, par la surface de la peau, et se transforme en chaleur. La chaleur est efficacement transportée par le sang à l’intérieur du corps et chauffe le corps. Les rayons infrarouges ‘proches’ s’infiltrent par la surface de la peau à quelques millimètres de profondeurs. Ces méthodes, pour certifier l’identité d’une personne en examinant le tracé des veines d’un doigt ou de la palme de la main en utilisant les rayons infrarouges proches, ont été récemment introduites dans plusieurs banques. L’eau et l’alcool absorbent aussi les rayons infrarouges lointains. Les rayons infrarouges lointains sont absorbés si l’épaisseur de la couche d’eau est de plus de 1 mm. Sinon, les rayons ne pénètrent pas la couche d’eau. Le métal, qui présente une surface brillante (pas oxydé) reflète bien les rayons infrarouges lointains. La raison pour laquelle une plaque métallique est installée au dos de l’appareil de chauffage à infrarouge lointain est qu’il centralise les rayons infrarouges lointains dans la partie avant pour maximiser son effet d’échauffement.

Qu’est-ce que l’émissivité?

Il est important de comprendre la signification physique d’“émissivité” afin de comprendre les rayons infrarouges lointains. L’émissivité est définie comme étant le ratio d’énergie radiée de la surface de la matière à une certaine température et du corps noir (l’objet virtuel qui absorbe complètement l’énergie radiée) à la même température. L’émissivité dépend du matériau et de sa surface (de sa rudesse par exemple). Il dépend également des longueurs d’ondes. Les céramiques, les oxydes de métal y compris, sont largement utilisés comme matériels de radiation car elles peuvent effectivement transférer l’énergie d’une radiation donnée car elles ont une grande émissivité (environ 0.7-0.9) en ce qui concerne les infrarouges. L’émissivité d’une surface métallique qui n’est pas oxydée est généralement très faible (environ 0.05 pour l’aluminium d’abrasion).

Trois méthodes de transfert de chaleur

La chaleur se déplace toujours d’une température élevée à une température basse. C’est un principe de base. Il y a trois méthodes (conduction, convection et radiation) de transfert de chaleur. Ces transferts sont habituellement effectués par la combinaison de ces trois méthodes.

Transfert de chaleur par conduction: La chaleur se déplace graduellement lorsque un bout de la barre de fer est chauffée, puis devient chaud à l’autre bout. Ceci est appelé un transfert de chaleur par conduction continue, la chaleur est transmise, par ce moyen, à travers la matière. Les conductivités thermiques sont différentes selon la matière. Le métal est un bon conducteur de chaleur. Le gaz est généralement un corps de conduction de basse température. Donc, la conduction de chaleur devient plus faible dans la matière.

Transfert de chaleur par convection: Lorsque les liquides et les gaz, comme l’eau et l’air, sont chauffés par en-dessous, la partie chauffée monte, car sa densité s’allège en s’étendant. En revanche, la partie supérieure froide descend. Ces actions sont effectuées à plusieurs reprises, et la température générale augmente. Cette méthode de transfert de chaleur par mouvement de liquide et de gaz est appelée convection.

Transfert de chaleur par radiation: Les méthodes de transfert de chaleur qui ne nécessitent pas un intermédiaire, sont appelés transfert de chaleur par radiation, comme la chaleur du soleil qui arrive directement sur la terre et chauffe le sol. La chaleur est directement absorbée dans une matière sous la forme d’onde électromagnétique et la température de la matière s’élève (les radiations activent les vibrations des atomes). Le transfert de chaleur par rayons infrarouges lointains est basé sur le transfert de la chaleur de radiation qui se déplace elle-même.

S’il s’agit de gaz, comme le nitrogène (N2) et l’oxygène (O2), les rayons infrarouges lointains ne sont pas absorbés. Cependant, la radiation est absorbée au cas où le gaz a une polarité, comme le dioxyde de carbone (CO2) et la vapeur d’eau (H2O).

Trois lois physiques ayant un rapport avec la radiation

La loi de Stefan Boltzmann: Lorsque la température d’un matériau devient plus élevée, la quantité d’énergie radiée à partir d’une matière devient plus grande. La quantité d’énergie (E) émise par un corps noir de Kelvin (K) est proportionnelle aux bicarrés de la température absolue (T). Il est démontré comme suit : E=5.6697×10^-8 · T⁴ [W/m²]. Ceci est connu comme la loi de Stefan Boltzmann.

La loi de déplacement de Wien: Lorsque la température absolue du radiateur s’élève, la longueur d’onde maximale (le point d’énergie le plus haut) change et devient une onde de longueur courte. La longueur d’onde maximale (λ) d’un corps noir en température absolue T (K) est donnée comme suit: λ=2897/T. [µm]. Ceci est appelé la loi de déplacement de Wien. Par exemple, la longueur d’onde maximale (λ) d’une personne avec une température corporelle de 36°C (Température absolue T=36+273=309K) devient 2.897/309=9.4µm. La personne émet les rayons infrarouges lointains de 9.4µm au maximum. Concernant la longueur d’onde maximale démontrée par la loi de déplacement de Wien, nous devons attirer votre attention au fait que : Une zone intégrée de la longueur d’onde courte détient 25% de toute l’énergie, le coté de la longueur d’onde longue en détient 75%. Le côté de la longueur d’onde ”longue” (la partie rayon infrarouge long) émet une énergie 3 fois plus importante que la partie de longueur d’onde courte. Ensuite, la longueur d’onde (λ) divise l’énergie radiée du corps noir de la température absolue T (K) en deux : λ=4,108/ T [μm]. Par exemple, à la longueur d’onde 3 μm du bord de type infrarouge proche et infrarouge longue, la température du corps noir T est divisée de 50% de l’énergie radiée devient = 1.096 °C T=4.108/3=1,369 (K) (=1,369-273). Il est démontré que beaucoup d’énergie infrarouge radiée est considérablement incluse dans l’objet d’une température élevée. La longueur d’onde maximale est, bien sûr, proche du type d’infrarouge à 2,898/1,369=2.1μm.

Caractéristiques du chauffage par infrarouge lointain (Transfert de chaleur par radiation)

Concernant le chauffage par infrarouge lointain, la chaleur sort du chauffage et se déplace vers la matière receveuse en proportion de la différence de valeur bicarrée de chaque température (température absolue (K)). Comme la température du chauffage est capable de se maintenir à une température plus élevée que la matière receveuse, le flux de chaleur est maintenu durant la période de chauffage sans grand changement. Comme la chaleur se déplace vers la matière réceveuse de manière constante, un chauffage efficace est possible.

En revanche, en cas de chauffage par vent/air chaud, le flux de chaleur se déplace proportionnellement à la différence de la température du vent chaud et de la température de la surface de la matière à chauffer. Dans ce cas, la température de la surface de la matière receveur tend immédiatement vers la température du vent chaud. La différence de température disparait et le flux de chaleur ralentit.

Caractéristiques de la fibre traitée par infrarouge lointain

La fibre est le matériau dont les capacités d’absorption et les caractéristiques de ré-radiation des rayons infrarouges lointains sont les plus élevés. ”La fibre traitée par infrarouge lointains” est la fibre qui a amélioré la rétention de chaleur en augmentant l’absorption et les caractéristiques de ré-radiation dans des zones plus étendues d’infrarouge lointain, que ceux originellement connus, à travers le malaxage des matériaux comme la céramique à l’intérieur de la fibre chimique, ou à travers le revêtement de l’extérieur de la fibre naturelle. En comparaison à la fibre traitée par infrarouge lointain et la fibre non-traitée, mais de la même qualité, les caractéristiques d’absorption et de ré-radiation de la fibre traitée par infrarouge lointain s’améliorent de façon significante, par conséquent, la rétention de chaleur de la fibre traitée par infrarouge lointain devient plus élevée que celle de la fibre non-traitée.