อินฟราเรด

ค่าสัมประสิทธิ์การแผ่รังสีความร้อน (Emissivity) คืออะไร? คู่มือฉบับสมบูรณ์

ค่าสัมประสิทธิ์การแผ่รังสีความร้อน

การแผ่รังสีความร้อน (Emissivity สัญลักษณ์ ε) เป็นแนวคิดสำคัญในวิชาอุณหพลศาสตร์และวิทยาศาสตร์วัสดุที่มีบทบาทสำคัญในการทำความเข้าใจการแผ่รังสีความร้อนและคุณสมบัติทางความร้อนของวัสดุ

เป็นการตรวจวัดว่าพื้นผิวสามารถแผ่รังสีความร้อนได้มีประสิทธิภาพเพียงใดเมื่อเปรียบเทียบกับวัตถุดำในอุดมคติ บทความนี้จะเจาะลึกถึงคำจำกัดความของการแผ่รังสี ความสำคัญ วิธีการวัด และการนำไปใช้ในทางปฏิบัติ

คำจำกัดความ

การแผ่รังสีความร้อน (Emissivity สัญลักษณ์ ε) คือปริมาณที่ไม่มีขนาด มิติ ซึ่งมีค่าอยู่ในช่วง 0 ถึง 1 แสดงถึงประสิทธิภาพในการแผ่รังสีความร้อนของพื้นผิวเมื่อเทียบกับวัตถุดำในอุดมคติ ซึ่งเป็นวัตถุในอุดมคติที่ดูดซับรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าที่ตกกระทบทั้งหมด โดยไม่คำนึงถึงความถี่หรือมุมตกกระทบ

  • วัตถุดำ (Black Body): ตัวปล่อยรังสีในอุดมคติที่มีค่าการแผ่รังสี 1.0 หมายความว่ามันปล่อยรังสีความร้อนได้ 100% ของค่าที่สามารถปล่อยได้ที่อุณหภูมิที่กำหนด
  • วัตถุสีเทา (Gray Body): วัตถุจริงที่มีค่าการแผ่รังสีน้อยกว่า 1.0 หมายความว่ามันปล่อยรังสีความร้อนน้อยกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับวัตถุดำที่อุณหภูมิเดียวกัน
  • วัตถุสีขาว (White Body): วัตถุที่มีค่าการแผ่รังสี 0 หมายความว่ามันไม่ปล่อยรังสีความร้อน

 

ตารางแสดงตัวอย่างค่าสัมประสิทธิ์การแผ่รังสีความร้อน (Emissivity) ของวัสดุแต่ละชนิด

วัสดุEmissivityวัสดุEmissivity
อะลูมิเนียมอโนไดซ์0.77คอนกรีตหยาบ0.92-0.97
อะลูมิเนียมขัดเงา0.05ทองแดงขึ้นสนิม0.65
แผ่นไม้0.96ทองแดงขัดเงา0.05
ผ้า0.78เคลือบเงาแล็กเกอร์0.9
กระดาษ0.93ผ้ากระสอบสีเขียว0.88
หินชนวน0.96ไฟเบอร์กลาส0.75
ทองเหลืองขัดเงา0.03แผ่นใยไม้อัดมีรูพรุน0.85
ทองเหลืองเป็นสนิม0.61อิฐทนไฟ0.68
อิฐทั่วไป0.81-0.86ฟอร์ไมก้า0.94
อิฐสีแดง0.9ท่อชุบสังกะสี0.46
คาร์บอนเขม่าเทียน0.95แก้ว0.92
คาร์บอนกราไฟท์พื้นผิวตะไบ0.98แก้วขัดเงา0.025
คาร์บอนบริสุทธิ์0.8ทองไม่เงา0.47
ซีเมนต์0.54หินแกรนิตพื้นผิวธรรมชาติ0.96
ถ่านไม้0.96กรวด0.28
แผ่นไม้อัด0.9ยิปซัม0.8-0.9
โครเมียมขัดเงา0.1ไม้เนื้อแข็งตามลายไม้0.82
ดินเหนียวเผา0.91น้ำแข็ง0.97
คอนกรีต0.92เหล็กสนิมมาก0.91-0.96
คอนกรีตแห้ง0.95สีดำด้าน0.96

การใช้งานของการแผ่รังสี

เครื่องวัดอุณหภูมิอินฟราเรดและกล้องถ่ายภาพความร้อนอาศัยการตั้งค่าการแผ่รังสีที่แม่นยำเพื่อให้การอ่านอุณหภูมิที่แม่นยำ ซึ่งนิยมใช้ในหลายๆ สาขาได้แก่:

  • การถ่ายภาพทางการแพทย์: ตรวจจับการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิในร่างกายมนุษย์เพื่อวินิจฉัยภาวะต่างๆ เช่น การอักเสบหรือการไหลเวียนโลหิตไม่ดี
  • การตรวจสอบอาคาร: ระบุการรั่วไหลของความร้อนและปัญหาฉนวนในอาคาร
  • การตรวจสอบอุตสาหกรรม: การตรวจสอบเครื่องจักรและกระบวนการเพื่อตรวจจับความร้อนสูงเกินไปหรือประสิทธิภาพที่ลดลง

ตัวอย่างการตั้งค่า Emissivity ของเครื่องวัดอุณหภูมิอินฟราเรดและกล้องถ่ายภาพความร้อน

ความสำคัญของการแผ่รังสี (Emissivity สัญลักษณ์ ε)

การทำความเข้าใจการแผ่รังสีเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการวัดอุณหภูมิที่แม่นยำ การคำนวณการถ่ายเทความร้อน และการประยุกต์ใช้ทางวิศวกรรมต่างๆ ซึ่งมีผลกระทบต่อ:

  • การถ่ายภาพความร้อน: การอ่านอุณหภูมิที่แม่นยำในกล้องถ่ายภาพความร้อนขึ้นอยู่กับการทราบค่าการแผ่รังสีของพื้นผิวที่วัด
  • ประสิทธิภาพด้านพลังงาน: ในการออกแบบอาคาร วัสดุที่มีค่าการแผ่รังสีเฉพาะอาจส่งผลต่อประสิทธิภาพในการทำความร้อนและทำความเย็น
  • กระบวนการทางอุตสาหกรรม: กระบวนการผลิตที่เกี่ยวข้องกับการอบชุบด้วยความร้อนจำเป็นต้องมีการควบคุมอุณหภูมิที่แม่นยำ ซึ่งจำเป็นต้องมีความเข้าใจเกี่ยวกับการแผ่รังสี

ปัจจัยที่มีผลต่อการแผ่รังสี

ปัจจัยหลายประการสามารถส่งผลต่อการแผ่รังสีของวัสดุรวมถึง:

  • พื้นผิวพื้นผิว: พื้นผิวที่ขรุขระมีแนวโน้มที่จะมีการแผ่รังสีสูงกว่าพื้นผิวที่เรียบ
  • องค์ประกอบของวัสดุ: วัสดุต่างๆ มีค่าการแผ่รังสีโดยธรรมชาติ โลหะโดยทั่วไปจะมีการแผ่รังสีต่ำกว่าโลหะ
  • การเคลือบผิว: สีและสารเคลือบสามารถเปลี่ยนค่าการแผ่รังสีของวัสดุได้
  • อุณหภูมิ: ค่าการแผ่รังสีสามารถเปลี่ยนแปลงไปตามอุณหภูมิ แม้ว่าในวัสดุหลายชนิด ค่าการแผ่รังสีจะค่อนข้างน้อยภายในช่วงที่กำหนด