盧貝思專欄

回覆ptt網友疑問:近紅外線跟遠紅外線真的差很大! (盧貝思專欄#3)

盧貝思團隊 2018年曾在PTT上分享了「烘豆機選購 推薦全攻略」,為了就是要徵求廣大網友的回饋及意見,讓我們有機會能夠改善並精進盧貝思官方網站的專欄內容,寫出符合市場需求的優質文章。
歡迎所有愛好烘豆、喜愛咖啡生活的朋友們與我們深入討論及交流,所有的烘焙技術探討都能使台灣的烘豆市場更加蓬勃發展,再次感謝所有給我們回覆及建議的朋友們!

以下回覆對短波近紅外線技術使用在烘焙咖啡豆上有疑問的朋友:

首先,盧貝思紅外線數位烘豆機使用的加熱技術為「短波近紅外線」

而非使用網友替我們扣上的遠紅外線



(Source: nutritionalbalancing.org)


差一個字 卻天壤之別

近紅外線或是遠紅外線對於物質的穿透性,是有研究文獻可以參考的
選一則近紅外線穿透軟骨的內容讓各位參考一下:

“It was found that the depth of penetration varied from ∼1 mm to 2 mm in the 4000–5100 cm−1 range, ∼3 mm in the 5100–7000 cm−1 range, and ∼5 mm in the 7000–9000 cm−1 frequency range. These findings suggest that the best NIR region to evaluate cartilage with no subchondral bone contribution is in the range of 4000–7000 cm−1.”

(引用於:ncbi.nlm.nih.gov)

其中 ∼5 mm in the 7000–9000 cm-1 frequency range
翻譯:能穿透0.5公分的頻率範圍,大概在1/9000~1/7000(cm),
約等於1100~1400(nm)就是「短波近紅外線」的位置!

而常見的長波遠紅外線,在研究文獻中發現,穿透性只不到1um (=0.0001cm)
近紅外線 (>0.5cm) 相比,穿透力竟然相差了5000倍

所以要應用在烘豆上,紅外線波長的選用真的是很重要
而且!任何波長的紅外線都是無法穿透鐵鍋的
因此,除了選用適當的波長之外,能量有沒有直接照射在咖啡豆上更是關鍵!


從以上得知,近紅外線的穿透力>>遠紅外線

烘豆師最想了解,對常見食物的穿透性(如穀物),結果如下!

(翻攝於Infrared Heating for Food and Agricultural Processing)
有興趣可以參考一下網拍資訊
amazon.com/Infrared


創辦人有話說

從以前創辦人在台大念物理博士班的經驗裡,所接觸的一些RTA設備中(您所述的RTP製程機械),都是使用「短波長」的紅外線燈管直接照射,甚至是真空照射(製程需求),又或是雷射直接、真空照射樣品等,並沒有看到使用遠紅外線的機械

推測是因為「遠紅外線」的穿透性差

除此之外,根據波茲曼 Stefan-Boltzmann的黑體輻射理論可以算出,在同樣體積長度下、不同波長的紅外線燈管,其能量密度也是有差距的(可以到數倍的差距)。

簡單來說就是,跟紅外線燈管廠商訂製長波長的「遠紅外線燈管」與短波長的「短波紅外線燈管」,在同樣功率情況下,遠紅外線燈管硬是比短波紅外線燈管長了非常多。

仔細比較之下,聰明人都知道當然要首選能量密度高穿透力強的「短波紅外線燈管」!


有溫度就有紅外線 ! 

另外跟大家分享一個簡單看物體溫度在 Stefan-Boltzmann 的黑體輻射理論下發射紅外線(甚至電磁波)的情況

一個黑體表面單位面積在單位時間內輻射出的總能量(稱為物體的輻射度或能量通量密度)與黑體本身的熱力學溫度T(又稱絕對溫度)的四次方成正比。

簡單來說任何物質的溫度從絕對溫度0°K一直到6000°K(大約是太陽的色溫),其實都是會放射電磁波的,

主要發射高峰會從微波、遠紅外線,一直到短波紅外線,甚至還有可見光。
當能量密度在6000°K時,雖然主波峰為可見光,但仍會發射很多的紅外線,而接近2000°K時,主要發射的都為短波的紅外線


能量密度相差1000倍

溫度與放射能量光譜關係圖

又同樣的長度或是表面積下,「短波的紅外線燈管」可以發射出來的功率硬是比「遠紅外線發射裝置」高出百倍,甚至千倍以上的差距。

因此很多號稱遠紅外線烘焙機,不論是用於加熱鍋爐,或是加熱豆子,其能量都是有限的!


(轉貼於:coxcamera.com/technology

還有其實用眼睛觀察加熱的色溫對應色溫表,就可以大概知道主要發甚麼光囉! 當燈絲溫度僅800度時,燈管顏色會是暗紅色,此時發出的主要為在3.5um的紅外線;而當燈絲溫度到2000K時,燈管就會呈現偏黃的顏色,發射的紅外線波長為短波紅外線,就如同盧貝思烘豆機看進去ㄧ樣偏黃!

色溫的定義

(轉貼於:http://www.trend-lighting.com/)