硅锆加热设备的远红外发射机理及其正确的使用

硅、锆加热设备的远红外发射机理及其正确的使用长江大学后勤集团（434100）余能林摘要针对目前远红外加热设备使用上的谬误，通过现代量子电动力学的康普顿效应，得出6点结论，从而阐明了硅、锆加热设备的正确使用。关键词硅、锆远红外加热设备康普顿效应受迫振动引言目前，我国大部分厂家均纷纷采用新型的锆系列的（特别是锆系红IV类）远红外加热设备（例如加热板）来代替硅系列的加热设备，大多技术人员也认为传统的硅系列的加热设备没有锆系列的设备的发热效率高，或效果好。其实，这是一个科学上的谬误。要想改正这一谬误，还得从物质的远红外发射机理开始探讨。任何物质的原子（例如硅Si或锆Zr）受到激发后，自身就会产生发光现象（可见的或不可见的）。下面三个结论均是由经典物理学而来。1、任何物质只要在绝对零度（-2730C）以上，物质的热运动（原子的自身振动）就不会停止，即有一定的温度，所以，温度就是物质原子振动程度的一种量度。既然是一种振动，就具有波的性质，即：温度是波的幅射形式，此种波可以是可见光，也可以是红外线。红外照像术就是利用了这一特性，而能清楚地在全黑的环境下拍摄出不同物体的形状。但，在常温下物质的这一热效应特性均不太强（强度也各不相同），还没有达到工业应用的程度。2、根据古典理论，物质的发光（可见的或不可见的）现象为：电磁波（电光波或红外线）通过物体时，将引起物体内带电粒子的受迫振动，每个振动着的带电粒子，将向周围辐射，成为散射光。从波动观点来看，带电粒子受迫振动的频率（或波长）等于入射光的频率（或波长），即物体所发射的光的频率（或波长）与入射的电磁波的频率（或波长）相同，与物质本身结构无关。3、根据现代量子电动力学理论，电磁波（实际上是发射的光子）通过物体时，将引起物体内电子运动方式的改变，并向外界发射出多种不同波长的射线，其中一部分射线与入射波的波长相同（即第2条中所述说的波）；而另一部分却是与入射波的波长不同，且此入射波的波长要长（即向红端偏移），这一现象称为康普顿效应。康普顿效应也有如下三个结论。1）外来光子与物质的自由电子发生作用（碰撞），外来光子的波长就被改变，而变成一种新的光子向外界发射，新光子波长较原光子的波长要长（即向红端或红外端或远红外端移动）。其量值仅决定于自由电子的状况。（定量分析较繁，略）2）外来光子与物质的束缚电子发生作用（碰撞），外来光子即是与整个原子交换能量，由于原子的质量较光子的大得多，按照碰撞理论，此外来光子不会显著改变其能量值（方向改变），所以，外来光子经过碰撞后，又重新发射出去，其波长没有显著改变（即第2条中经典理论的分析部分）。3）轻原子中的电子一般束缚较弱，重原子中的电子只有外层电子束缚得较弱，其内部电子的束缚是非常紧的，所以，原子量小的物质，康普顿效应较强（即红移效应的强度较强），原子量大的物质，康普顿效应较弱。综合康普顿效应可得出如下新的结论。1、康普顿效应包括古典理论。2、康普顿效应（物质受相同的激励后，发光的波长，仅与物质结构有关《电子的分布方式》）。3、物质受激后，发光的强度，仅决定于外界光子的能量，即外界激发的能量状况，但不是成线性关系。4、锆加热设备较硅加热设备的发射波长要长，即更符合于远红外区。这是由锆和硅的不同电子排列状况及原子量决定的。5、在相同的激发条件下（相同的加热温度），锆较硅发射的远红外线红移度要弱，即锆板得到的激发能转变成部分远红外线，部分红外线（热效应）的比值，较硅板要小。因硅的原子序数为14，锆的原子序数为40，根据康氏效应的第3）结论可得出。6、使硅板或锆板发射出远红外线的激发条件是加热（我们现行的方法），与有无通电无关。且发射远红外线的强度也不是与温度成正比。结束语综上所述，可知加热设备究竟是使用锆系列好，还是使用硅系列好，应该按被加热对象或设备用途来定，如象烤面包，烤食品等需深入物体内层的加热方式，最好使用锆系列加热设备，因锆系列加热设备的热源更偏向远红外区，使物体实现从内部加热的效果较好；如果象烘干油漆等工艺，而使用硅系列加热设备较锆系列加热设备更可节约能源，即用同样的激发能（功耗相同），得到的激发能转变成有用的远红外线的比值或能力较锆系列的要高。作者简介：余能林（1950—），男，湖北荆州人，长江大学（湖北荆州）工程师电话：0716—8068533