مجفف بمصباح متوسط الموجة بالأشعة تحت الحمراء لطلاء الجلد

التدفئة بالأشعة تحت الحمراء هي طريقة تجفيف تستخدم الإشعاع لنقل الحرارة. إن انبعاث الطاقة المشعة هو خاصية ذاتية لمختلف المواد. عندما تُثار الإلكترونات داخل ذرات المادة وتُستحث، ستتولد حقول كهربائية ومغناطيسية متباينة، مما يؤدي إلى انبعاث موجات كهرومغناطيسية تنتشر في الفضاء، وهي ما يُعرف بالإشعاع. ولكل طريقة تحفيز مختلفة أطوال موجية مختلفة للموجات الكهرومغناطيسية. والموجات الكهرومغناطيسية التي تنشأ بسبب درجة حرارة المادة نفسها أو حركتها الحرارية تُعد إشعاعًا حراريًا.

الإشعاع الكهرومغناطيسي ذو الطول الموجي 0.75 ~1000 ميكرومتر، الذي يُنتجه جهاز إشعاع الأشعة تحت الحمراء أو الأشعة تحت الحمراء البعيدة، ينتشر بشكل مستقيم نحو الجلد المجفف بسرعة الضوء. وعندما ترتبط ترددات الأشعة تحت الحمراء المنبعثة بحركة الجزيئات في الجلد، وتتطابق مع التردد الطبيعي للجلد، ويكون طول موجة الإشعاع تحت الحمراء مساويًا للطول الموجي الذي يمتصه الجلد، فإن الجزيئات في الجلد ستزيد من حركتها، وتتحول طاقة الإشعاع تحت الحمراء الممتصة إلى طاقة حرارية، فترتفع درجة حرارة الجلد، وتتبخر المياه الموجودة فيه، وبالتالي يجف الجلد.

لكل جسمٍ على الأقل نطاق امتصاص واحد في الطيف الكهرومغناطيسي. وكلما قلّ عدد نطاقات الامتصاص لدى جسم ما، ضعُفَ امتصاصه، وتناقصت قدرة المادة على امتصاص الإشعاع تحت الحمراء. على سبيل المثال، الهواء لديه قدرة ضئيلة جدًا على امتصاص الإشعاع تحت الحمراء. وتُعدّ المياه السائلة من أكثر المواد فعاليةً في امتصاص الإشعاع تحت الحمراء. تنقل المواد الجافة عمومًا إشعاعات تحت حمراء ذات موجات قصيرة بسهولة، لكن وجود الماء في هذه المواد يعزز بشكل كبير قدرتها على امتصاص الإشعاع تحت الحمراء. لذلك، فإن مواد مثل السليلوز وجلد الخروف واللباد والمنتجات الجلدية شبه المصنعة مناسبة بشكل خاص للتجفيف بواسطة الإشعاع. وبما أن الجلد يمتص الإشعاع تحت الحمراء، فإن الإشعاع تحت الحمراء ذو الطول الموجي من 2.0 ميكرومتر إلى 6.0 ميكرومتر له تأثير تجفيف مهم بشكل خاص على الجلد.

الجلد مادة بوليمرية رقيقة ومسامية. أثناء التجفيف بالأشعة تحت الحمراء، ستخترق جزء من الطاقة الجلد، بحيث يمكن للسطح والجزء الداخلي من الجلد أن يكتسبا طاقة حرارية. ومع استمرار تبخر الماء على سطح الجلد الرطب وامتصاصه للحرارة، ستنخفض درجة حرارة سطح الجلد، مما يؤدي إلى ارتفاع درجة حرارة الجزء الداخلي من الجلد مقارنةً بدرجة حرارة السطح، مشكّلاً تدرجًا في درجة الحرارة، وبالتالي يصبح اتجاه انتشار الحرارة في الجلد من الداخل نحو الخارج. وفي الوقت نفسه، وبسبب تدرج درجة الحرارة داخل الجلد، فإن حركة الرطوبة الناتجة عن هذا التدرج تنتشر دائمًا من الجزء الداخلي الذي يحتوي على كمية أكبر من الرطوبة نحو الجزء الخارجي الذي يحتوي على كمية أقل من الرطوبة. إن انتشار الرطوبة الرطب داخل الجلد يسير في الاتجاه ذاته مع انتشار الحرارة، مما يسرع أيضًا عملية انتشار الرطوبة، وبالتالي يحسّن كفاءة التجفيف.

بما أن عمق الاشعاع الذي يخترق جسمًا ما (عمق الاختراق) يساوي تقريبًا طول الموجة، فإن إشعاعات الأشعة تحت الحمراء المتوسطة أو البعيدة ذات الطول الموجي الأطول تتمتع بتأثير جفاف أفضل من إشعاعات الأشعة تحت الحمراء القريبة. وعلى وجه الخصوص، تتطابق ترددات انبعاث إشعاعات الأشعة تحت الحمراء المتوسطة مع التردد الطبيعي لجزيئات البلاستيك البوليمر، والماء، وغيرها، مما يؤدي إلى اهتزاز جزيئات هذه المواد بشكل شديد، كما أن هذه المواد لديها ذروات امتصاص قوية لأشعة الأشعة تحت الحمراء المتوسطة. وبعد أن تخترق إشعاعات الأشعة تحت الحمراء المتوسطة أو البعيدة داخل هذه المواد، فإنها تُمتص بسهولة أيضًا من قبل هذه المواد. لذلك، فإن استخدام إشعاعات الأشعة تحت الحمراء المتوسطة أو البعيدة لتجفيف الجلد أكثر فعالية من استخدام إشعاعات الأشعة تحت الحمراء أو الأشعة تحت الحمراء القريبة.