加热距离对材料温度的影响

物理学中有一个重要的概念——照度定律：在用点光源照明时，与光线垂直的物体表面上的照度跟光源的发光强度成正比，跟被照亮的面到光源的距离平方成反比。红外线辐射与可见光源本质相同，都属于电磁波，因此，红外辐射加热应该遵从照度定律，我们通过简单实验加以验证。

我们选用型号为FSK 375W 230V的TQS石英加热器作为热源（近似看成光源）。

测试一开始我们准备好一个TQS FSK 375W 230V加热器（加热器表面尺寸为124mm×63mm），将其垂直水平面安装后开始通电加热。

垂直安装加热器

加热器通电加热

使用事先准备好的空白A4纸，并在其上面用笔画满20mm*20mm的正方形小格子，并将A4纸粘贴于支架之上。待加热器通电5分钟后（确保加热器此时处于最高工作温度并维持恒定），调整支架位置，使A4纸与加热器之间的间距为100mm。

画满20*20mm格子的A4纸

调整纸张和加热器之间间距

使用热成像仪，在加热器加热A4纸1分钟时拍下此时纸张背面的热成像图。

距离100mm，A4纸背面热成像图及各点温度

距离150mm，A4纸背面热成像图及各点温度

从两幅热成像图对比可知，加热距离由100mm增加到150mm，材料表面的最高温度，由148.5℃降低到102.6℃。说明在同等条件下，加热距离增加了，受热材料的受热温度大幅减小。

由斯忒藩-玻耳兹曼定律可知，黑体辐射力与热力学温度的4 次方成正比，因此可推算出A4纸的辐射力约为1789 w/m²（148.5℃时），和1128 w/m²（102.6℃时）。

结合照度定律，理论上，加热距离由100mm增加到150mm后，材料的辐射力应该由1789 w/m²衰减成795 w/m²，而实际上受热材料的辐射力仅减少为1128 w/m²，与理论存在一定差距。原因在于，照度定律适用的是点光源，而我们测试使用的TQS石英加热器为面域性的辐射器（由无数点光源组成），红外射线存在相互干扰。同时，物理定律常在理想模型（如黑体）、理想条件下（如无环境影响等）得出，实际测试条件很难完全吻合。

值得注意的是，由热成像图及材料表面的方格可知，当加热距离增加以后，受热材料的受热面更广，表面的温度分布更均匀。