Promiennik ceramiczny czy projektor IR: co da się wyliczyć z temperatury emitera

Z opisu produktu „deep heat” nie wynika nic. Z temperatury emitera wynika wszystko: pasmo, w którym lampa oddaje energię, jest funkcją temperatury jej powierzchni i da się je policzyć z prawa Plancka w kilka minut. Zrobiłem to dla jedenastu temperatur i wyszła tabela, którą sklep mógłby podać zamiast przymiotników.

Punkt wyjścia jest prosty. Promiennik ceramiczny w terrarium ma powierzchnię o temperaturze rzędu kilkuset stopni i nie świeci. Halogen ma włókno rozgrzane do ponad dwóch tysięcy stopni i świeci jasno. Skoro obie lampy grzeją promieniowaniem, różnicę między nimi trzeba szukać w widmie, a nie w nazwie.

Gdzie przebiegają granice IR-A, IR-B i IR-C

Podział podczerwieni nie jest umowny w sensie „każdy ma swój”. Międzynarodowy słownik oświetleniowy CIE dzieli zakres tak:

Pasmo	Zakres długości fali
IR-A	780–1400 nm
IR-B	1,4–3,0 µm
IR-C	3 µm – 1 mm

Nazwy handlowe typu „bliska podczerwień” czy „głębokie ciepło” nie mają w tym słowniku odpowiednika. Jeśli producent pisze IR-A, deklaruje konkretny zakres długości fali, i deklarację da się sprawdzić.

Prawo Wiena: jedna linijka, która ustawia całą dyskusję

Maksimum widma ciała doskonale czarnego leży przy długości fali:

λmax = b / T, gdzie b = 2,897771955·10⁻³ m·K (wartość dokładna, CODATA 2022), a T to temperatura w kelwinach.

Promiennik o powierzchni 300 °C, czyli 573 K, ma maksimum przy 5,06 µm, a więc głęboko w IR-C. Włókno halogenu o 2400 °C (2673 K) ma maksimum przy 1,08 µm, czyli w IR-A. Między tymi dwoma punktami nie ma żadnego przełącznika, jest ciągła zależność.

Ile mocy trafia do każdego pasma: tabela z prawa Plancka

Maksimum widma to jedna liczba, a rozkład mocy między pasmami to coś, co trzeba scałkować. Policzyłem udziały przez całkowanie rozkładu Plancka w granicach pasm CIE, przy założeniu emitera szarego, czyli takiego, którego emisyjność nie zależy od długości fali. Wyniki są w procentach całkowitej mocy wypromieniowanej:

Temperatura powierzchni	λmax	Światło widzialne	IR-A	IR-B	IR-C
100 °C	7,77 µm	0,0 %	0,0 %	0,1 %	99,9 %
200 °C	6,12 µm	0,0 %	0,0 %	0,9 %	99,1 %
300 °C	5,06 µm	0,0 %	0,0 %	3,0 %	97,0 %
400 °C	4,30 µm	0,0 %	0,0 %	7,0 %	93,0 %
500 °C	3,75 µm	0,0 %	0,1 %	12,3 %	87,6 %
700 °C	2,98 µm	0,0 %	0,6 %	24,9 %	74,5 %
900 °C	2,47 µm	0,0 %	2,3 %	36,4 %	61,3 %
1100 °C	2,11 µm	0,1 %	5,5 %	44,7 %	49,8 %
1500 °C	1,63 µm	0,7 %	15,0 %	51,4 %	32,8 %
2000 °C	1,27 µm	3,6 %	27,8 %	48,3 %	20,3 %
2400 °C	1,08 µm	8,0 %	35,2 %	42,5 %	14,3 %

Dwie granice warto zapamiętać. Udział IR-A przekracza jeden procent dopiero powyżej mniej więcej 800 °C, a rozsądne kilkanaście procent osiąga w okolicach 1500 °C. Emiter, który daje kilkanaście procent w IR-A, świeci już widocznie, bo przy 1500 °C do światła widzialnego trafia 0,7 % mocy, a to wystarcza, żeby zobaczyć wyraźny pomarańczowy blask.

Jak sprawdzić deklarację producenta w trzy kroki

Sprawdzenie nie wymaga miernika, tylko karty katalogowej i kalkulatora.

1. Znajdź w karcie temperaturę emitera albo temperaturę barwową. Halogeny mają zwykle podaną temperaturę barwową w kelwinach, promienniki ceramiczne rzadziej, ale czasem podają temperaturę powierzchni.
2. Podziel 2898 przez temperaturę w kelwinach. Wynik to λmax w mikrometrach.
3. Sprawdź w tabeli powyżej, jakie udziały odpowiadają tej temperaturze.

Kiedy karta nie podaje żadnej temperatury, zostaje obserwacja: emiter, który nie świeci nawet w ciemnym pokoju, ma poniżej 500 °C i grzeje prawie wyłącznie w IR-C. Tego rozstrzygnięcia nie da się obejść marketingiem.

Czego ta tabela nie mówi

Tabela opisuje widmo emitera, a nie to, co dzieje się dalej. Nie mówi, ile energii dociera do konkretnego punktu w terrarium, bo to zależy od odległości i geometrii, o czym pisałem przy mocy maty i żarówki. Nie mówi też, jak promieniowanie o danej długości fali zachowuje się w kontakcie z ciałem zwierzęcia, bo to pytanie z zakresu biologii i fizjologii, a nie z mojego działu.

Założenie emitera szarego jest uproszczeniem. Rzeczywista ceramika ma emisyjność zależną od długości fali, więc udziały mogą się przesunąć o kilka punktów procentowych. Kierunek wniosków zostaje ten sam, bo różnica między 300 a 2000 °C to trzy rzędy wielkości w IR-A, a nie kilka procent.

Ostatnie zastrzeżenie dotyczy tego, co najczęściej myli: pasmo nie mówi nic o mocy w watach. Promiennik 100 W i halogen 100 W oddają tyle samo energii na sekundę, tylko w innych długościach fali i z inną charakterystyką kierunkową. Ile z tego trzeba, żeby utrzymać terrarium w żądanej temperaturze, liczę osobno, razem ze stratami przez szybę.

Rozkład ciepła w terrarium mierzę zawsze po zmianie lampy, siatką punktów opisaną w karcie o gradiencie. Widmo widmem, a strefy i tak trzeba sprawdzić.