Характеристики інфрачервоного випромінювання. Інфрачервоні хвилі

Інфрачервоне випромінювання. Відкриття інфрачервоного випромінювання

Визначення 1

Під інфрачервоним випромінюванням(ІЧ) розуміється форма енергії або спосіб обігріву, при якому тепло від одного тіла передається іншому тілу.

Людина в процесі свого життя постійно перебуває під дією ІЧ-випромінювання і здатна відчувати цю енергію як тепло, що йде від предмета. Сприймається інфрачервоне випромінювання шкірою людиниочі в цьому спектрі не бачать.

Природним джереломвисокою температурою є наше світило. З температурою нагрівання пов'язана довжина хвилі інфрачервоних променів, які бувають короткохвильовими, середньохвильовими, довгохвильовими.

Коротка довжина хвилімає високу температуру та інтенсивне випромінювання. Ще в $1800$ англійський астроном У. Гершельпроводив спостереження за Сонцем. Займаючись дослідженням світила, він шукав спосіб, який дозволив би зменшити нагрівання інструменту, з якого ці дослідження проводилися. На одному з етапів своєї роботи вчений виявив, що за насиченим червоним кольоромзнаходиться « максимум тепла». Дослідження стало початком вивчення інфрачервоного випромінювання.

Якщо раніше джереламиінфрачервоного випромінювання в лабораторії служили розпечені тіла або електричні розряди в газах, то сьогодні створено сучасні джерелаінфрачервоного випромінювання із частотою, яку можна регулювати або фіксувати. Їх основою є твердотільні та молекулярні газові лазери.

У ближньої інфрачервоної області(близько $1,3$ мкм) для реєстрації випромінювання користуються спеціальними фотопластинками.

У дальньої інфрачервоної областівипромінювання реєструється болометрами– це детектори, які чутливі до нагрівання інфрачервоним випромінюванням.

Інфрачервоні хвилі мають різну довжинутому їх проникаюча здатність буде теж різна.

Довгохвильовіпромені, що йдуть від Сонця, наприклад, спокійно проходять через атмосферу Землі, причому, не нагріваючи її. Проникаючи через тверді тіла, вони збільшують їхню температуру, тому для всього живого на планеті величезне значення має саме дальнє випромінювання.

Цікаво, що в постійного компенсуючого підживленняпотребують всі живі тіла, які теж випромінюють такий самий спектр тепла. За відсутності такого підживлення температура живого тіла падає, що є причиною його вразливості для різних інфекцій. Ця додаткове підживленняу вигляді ІЧ-випромінювання, як вважають вчені, швидше корисначим шкідлива.

Зауваження 1

Фахівці провели на тваринах численні експерименти, які показали, що інфрачервоні променіпригнічують ріст ракових клітин, знищують низку вірусів, нейтралізують руйнівну дію електромагнітних хвиль. Довгохвильові інфрачервоні променіпідвищують кількість інсуліну, що виробляється організмом, та нівелюють наслідки радіоактивного впливу.

Застосування інфрачервоного випромінювання

Інфрачервоне випромінювання знаходить широке застосування, як у побуті, і у різних сферах діяльності.

Основними областями його застосування є:

Термографія. ІЧ-випромінювання дозволяє визначити температуру об'єктів, які знаходяться на якомусь видаленні. У промислових та військових цілях широко використовується теплобачення, його камери можуть виявити ІЧ та зроблять зображення цього випромінювання. Завдяки термографічним камерам без будь-якого освітлення можна «бачити» все, що знаходиться поряд, тому що всі нагріті об'єкти випускають ІЧ.

Стеження. Використовується інфрачервоне стеження при наведенні ракет, в які вбудовується пристрій, що отримав назву « теплові шукачі». Внаслідок того, що двигуни машин і механізмів, та й сама людина випромінюють тепло, то добре будуть видно в інфрачервоному діапазоні, а звідси ракети легко знаходять напрям польоту.

Обігрів.Як джерело тепла ІЧ підвищує температуру та благотворно впливає на здоров'я людини, наприклад, інфрачервоні сауни, про які сьогодні багато говорять Використовують при лікуванні гіпертонії, серцевої недостатності, ревматоїдного артриту.

Метеорологія. Висота хмар, температура поверхні води та землі визначається із супутників, що роблять інфрачервоні зображення. На таких знімках холодні хмари забарвлені в білий колір, а теплі хмари пофарбовані в сірий колір. Чорним або сірим кольором забарвлюється гаряча поверхня землі.

Астрономія.При нагляді за небесними об'єктами астрономи використовують спеціальні інфрачервоні телескопи. Завдяки цим телескопам вчені визначають протозірки до випромінювання ними видимого світла, розрізняють прохолодні об'єкти, спостерігають ядра галактик.

Мистецтво. І тут інфрачервоне випромінювання знайшло застосування. Мистецтвознавці, завдяки інфрачервоним рефлектограм, бачать нижні шари картин, структури художника. Даний пристрій допомагає відрізнити оригінал від копії, помилки реставраційних робіт. З його допомогою вивчаються старі письмові документи.

Медицина.Широко відомі лікувальні властивості ІЧ – терапії. Нагріта глина, пісок, сіль здавна вважалися цілющими та благотворно впливають на організм людини. ІЧ допомагають лікувати переломи, покращують обмін речовин в організмі, ведуть боротьбу з ожирінням, сприяють загоєнню ран, покращують циркуляцію крові, благотворно впливають на суглоби та м'язи.

Крім цього лікувальний вплив використовують при захворюваннях:

1. Хронічним бронхітом та бронхіальною астмою;
2. пневмонією;
3. Хронічним холециститом та його загостренням;
4. Простатит з порушенням потенції;
5. Ревматоїдний артрит;
6. При захворюваннях сечовивідних шляхів та ін.

Для того щоб використовувати інфрачервоні промені з лікувальною метою, необхідно враховувати протипоказання.

Велику шкоду вони можуть завдати:

1. Коли людина має гнійні захворювання;
2. Приховані кровотечі;
3. Захворювання крові;
4. Новоутворення та, насамперед, злоякісні;
5. Запальні захворювання, найчастіше гострі.

Короткохвильові ІЧнегативно впливають на мозкову тканину людини, внаслідок чого спостерігається « сонячний удар». Шкода у цьому випадку очевидна. Людина відчуває головний біль, пульс та дихання стають прискореними, в очах темніє, можлива втрата свідомості. При подальшому опроміненні організм не витримує – відбувається набряк тканин та оболонок мозку, з'являються симптоми енцефаліту та менінгіту. Короткі хвиліособливо сильної шкоди завдають очам людини, серцево-судинної системи.

Примітка 2

Таким чином, виходить, що користь впливу ІЧ на організм, незважаючи на негативні моменти, є значною.

Захист від інфрачервоного випромінювання

Для зниження заподіяної ІЧ шкоди та захисту від неї розроблені норми ІЧ-опромінення, безпечні для людини.

Основні заходи захисту:

1. Застарілі технології необхідно замінити на сучасні, що дозволить знизити інтенсивність випромінювання джерела;
2. Використання екранів із металевих сіток та ланцюгів, облицювання азбестом відкритих пічних прорізів;
3. Обов'язковий індивідуальний захист і насамперед очей окулярами зі світлофільтрами;
4. Захист тіла лляним або напівлляним спецодягом;
5. Раціональний режим праці та відпочинку;
6. Обов'язкові лікувально-профілактичні заходи працівників.

Для того, щоб зрозуміти принцип роботи інфрачервоних випромінювачів, необхідно уявляти суть такого фізичного явища як інфрачервоне випромінювання.

Діапазон інфрачервоного випромінювання та довжина хвилі

Інфрачервоне випромінювання - це різновид електромагнітного випромінювання, що займає спектрі електромагнітних хвиль діапазон від 0,77 до 340 мкм. При цьому діапазон від 0,77 до 15 мкм вважається короткохвильовим, від 15 до 100 мкм – середньохвильовим, а від 100 до 340 – довгохвильовим.

Короткохвильова частина спектру примикає до видимого світла, а довгохвильова зливається з областю ультракоротких радіохвиль. Тому інфрачервоне випромінювання має як властивості видимого світла (поширюється прямолінійно, відбивається, заломлюється як і видиме світло), так і властивостями радіохвиль (воно може проходити крізь деякі матеріали, непрозорі для видимого випромінювання).

Інфрачервоні випромінювачі з температурою на поверхні від 700 до 2500 мають довжину хвилі 1,55-2,55 мкм і називаються "світлими" - по довжині хвилі вони ближче до видимого світла, випромінювачі з більш низькою температурою поверхні мають велику довжину хвилі і називаються "темними".

Джерела інфрачервоного випромінювання

Взагалі, будь-яке тіло, нагріте до певної температури, випромінює теплову енергію в інфрачервоному діапазоні спектра електромагнітних хвиль і може передавати цю енергію за допомогою променистого теплообміну іншим тілам. Передача енергії походить від тіла з більш високою температурою до тіла з нижчою температурою, при цьому різні тіла мають різну випромінювальну і поглинаючу здатність, яка залежить від природи двох тіл, стану їх поверхні і т.д.

Електромагнітне випромінювання має квантово-фотонний характер. При взаємодії з речовиною фотон поглинається атомами речовини передаючи їм свою енергію. У цьому зростає енергія теплових коливань атомів молекулах речовини, тобто. енергія випромінювання перетворюється на теплоту.

Суть променистого опалення полягає в тому, що пальник, будучи джерелом випромінювання, генерує, формує у просторі та спрямовує теплове випромінювання в зону обігріву. Воно потрапляє на огороджувальні конструкції (підлога, стіни), технологічне обладнання, людей, що знаходяться в зоні опромінення, поглинається ними та нагріває їх. Потік випромінювання, поглинаючись поверхнями, одягом та шкірою людини, створює тепловий комфорт без підвищення температури навколишнього повітря. Повітря в приміщеннях, що обігріваються, залишаючись практично прозорим для інфрачервоного випромінювання, нагрівається за рахунок "вторинного тепла", тобто. конвекції від конструкцій та предметів, нагрітих випромінюванням.

Властивості та застосування інфрачервоного випромінювання

Встановлено, що вплив інфрачервоного радіаційного опалення сприятливо впливає на людину. Якщо теплове випромінювання з довжиною хвилі більше 2 мкм сприймається в основному шкірним покривом з проведенням теплової енергії, що утворилася всередину, то випромінювання з довжиною хвилі до 1,5 мкм проникає через поверхню шкіри, частково нагріває її, досягає мережі кровоносних судин і безпосередньо підвищує температуру крові. За певної інтенсивності теплового потоку його вплив викликає приємне теплове відчуття. При променистому обігріві людське тіло віддає більшу частину надлишкового тепла шляхом конвекції навколишнього повітря, що має нижчу температуру. Така форма тепловіддачі діє освіжаюче та сприятливо впливає на самопочуття.

У нашій країні вивчення технології інфрачервоного опалення ведеться з 30-х років як стосовно сільського господарства, так і для промисловості.

Проведені медико-біологічні дослідження дозволили встановити, що інфрачервоне опалення більш повно відповідають специфіці тваринницьких приміщень, ніж конвективні системи центрального або повітряного опалення. Насамперед, за рахунок того, що при інфрачервоному обігріві температура внутрішніх поверхонь огорож, особливо підлоги, перевищує температуру повітря в приміщенні. Цей фактор сприятливо позначається на тепловому балансі тварин, за винятком інтенсивних втрат тепла.

Інфрачервоні системи, що працюють разом із системами природної, вентиляції забезпечують зниження відносної вологості повітря до нормативних значень (на свинофермах та у телятниках до 70-75% і нижче).

Внаслідок роботи цих систем температурно-вологісний режим у приміщеннях досягає сприятливих параметрів.

Застосування систем променистого опалення для сільськогосподарських будівель дозволяє створювати необхідні умови мікроклімату, а й інтенсифікувати виробництво. У багатьох господарствах Башкирії (колгосп ім. Леніна, колгосп ім. Нуриманова) значно збільшилося отримання приплоду після впровадження інфрачервоного опалення (збільшення опоросу в зимовий період у 4 рази), зросла безпека молодняку ​​(з 72,8% до 97,6%).

В даний час система інфрачервоного опалення встановлена ​​та відпрацювала вже один сезон на підприємстві "Чуваський бройлер" у передмісті м. Чебоксари. За відгуками керівників господарства, у період мінімальних зимових температур -34-36 С система працювала безперебійно та забезпечувала необхідне тепло для вирощування птиці на м'ясо (підлогове утримання) у період 48 днів. Нині ними розглядається питання устаткування інфрачервоними системами інших пташників.

Інфрачервоне випромінювання- електромагнітне випромінювання, що займає спектральну область між червоним кінцем видимого світла (з довжиною хвилі λ = 0,74 мкм і частотою 430 ТГц) і мікрохвильовим радіовипромінюванням (λ ~ 1-2 мм, частота 300 ГГц).

Весь діапазон інфрачервоного випромінювання умовно поділяють на три області:

Довгохвильову околицю цього діапазону іноді виділяють в окремий діапазон електромагнітних хвиль - терагерцеве випромінювання (субміліметрове випромінювання).

Інфрачервоне випромінювання також називають «тепловим випромінюванням», оскільки інфрачервоне випромінювання від нагрітих предметів сприймається шкірою людини як відчуття тепла. При цьому довжини хвиль, що випромінюються тілом, залежать від температури нагрівання: чим вища температура, тим коротша довжина хвилі і вища інтенсивність випромінювання. Спектр випромінювання абсолютно "чорного" тіла при відносно невисоких (до декількох тисяч Кельвінів) температурах лежить в основному саме в цьому діапазоні. Інфрачервоне випромінювання випромінюють збуджені атоми чи іони.

Енциклопедичний YouTube

1 / 3

✪ 36 Інфрачервоне та ультрафіолетове випромінювання Шкала електромагнітних хвиль

✪ Досліди з фізики. Відображення інфрачервоного випромінювання

✪ Електроопалення (інфрачервоне опалення). Яку систему опалення вибрати?

Субтитри

Історія відкриття та загальна характеристика

Інфрачервоне випромінювання було відкрито в 1800 році англійським астрономом У. Гершелем . Займаючись дослідженням Сонця, Гершель шукав спосіб зменшення нагріву інструменту, з допомогою якого велися спостереження. Визначаючи за допомогою термометрів дії різних ділянок видимого спектру, Гершель виявив, що "максимум тепла" лежить за насиченим червоним кольором і, можливо, за видимим заломленням. Це дослідження започаткувало вивчення інфрачервоного випромінювання.

Раніше лабораторними джерелами інфрачервоного випромінювання служили виключно розжарені тіла чи електричні розряди у газах. Зараз на основі твердотільних та молекулярних газових лазерів створено сучасні джерела інфрачервоного випромінювання з регульованою чи фіксованою частотою. Для реєстрації випромінювання у ближній інфрачервоній області (до ~1,3 мкм) використовуються спеціальні фотопластинки. Більш широким діапазоном чутливості (приблизно до 25 мкм) мають фотоелектричні детектори та фоторезистори. Випромінювання в дальній ІЧ-області реєструється болометрами - детекторами, чутливими до нагрівання інфрачервоним випромінюванням.

ІЧ-апаратура знаходить широке застосування як у військовій техніці (наприклад, для наведення ракет), так і цивільної (наприклад, у волоконно-оптичних системах зв'язку). Як оптичні елементи в ІЧ-спектрометрах використовуються або лінзи та призми, або дифракційні грати та дзеркала. Щоб виключити поглинання випромінювання повітря, спектрометри для дальньої ІЧ-області виготовляються у вакуумному варіанті .

Оскільки інфрачервоні спектри пов'язані з обертальними та коливальними рухами в молекулі, а також з електронними переходами в атомах та молекулах, ІЧ-спектроскопія дозволяє отримувати важливі відомості про будову атомів та молекул, а також про зонну структуру кристалів.

Діапазони інфрачервоного випромінювання

Об'єкти зазвичай випромінюють інфрачервоне випромінювання у всьому спектрі довжин хвиль, але іноді лише обмежена область спектра становить інтерес, оскільки датчики зазвичай збирають випромінювання тільки в межах певної смуги пропускання. Таким чином, інфрачервоний діапазон часто поділяється на дрібніші діапазони.

Звичайна схема поділу

Найчастіше поділ на дрібніші діапазони проводиться таким чином:

CIE схема

Міжнародна комісія з освітленості (англ. International Commission on Illumination ) рекомендує поділ інфрачервоного випромінювання на такі три групи:

• IR-A: 700 нм – 1400 нм (0.7 мкм – 1.4 мкм)
• IR-B: 1400 нм – 3000 нм (1.4 мкм – 3 мкм)
• IR-C: 3000 нм – 1 мм (3 мкм – 1000 мкм)

ISO 20473 схема

Теплове випромінювання

Теплове випромінювання або випромінювання - передача енергії від одних тіл до інших у вигляді електромагнітних хвиль, випромінюваних тілами за рахунок їх внутрішньої енергії. Теплове випромінювання переважно посідає інфрачервоний ділянку спектра від 0,74 мкм до 1000 мкм . Відмінною особливістю променистого теплообміну є те, що він може здійснюватися між тілами, що знаходяться не тільки в якомусь середовищі, а й у вакуумі. Прикладом теплового випромінювання є світло від лампи розжарювання. Потужність теплового випромінювання об'єкта, що задовольняє критеріям абсолютно “чорного” тіла, описується законом “Стефана-Больцмана”. Відношення випромінювальної та поглинальної здібностей тіл описується законом випромінювання Кірхгофа. Теплове випромінювання є одним із трьох елементарних видів перенесення теплової енергії (крім теплопровідності та конвекції). Рівноважне випромінювання - теплове випромінювання, що знаходиться в термодинамічній рівновазі з речовиною.

Застосування

Прилад нічного бачення

Існує кілька способів візуалізувати невидиме інфрачервоне зображення:

• Сучасні напівпровідникові відеокамери чутливі до ближнього ІЧ. Щоб уникнути помилок перенесення кольорів звичайні побутові відеокамери забезпечуються спеціальним фільтром, що відсікає ІЧ зображення. Камери для охоронних систем зазвичай не мають такого фільтра. Однак у темну пору доби немає природних джерел ближнього ІЧ, тому без штучного підсвічування (наприклад, інфрачервоними світлодіодами) такі камери нічого не покажуть.
• Електронно-оптичний перетворювач - вакуумний фотоелектронний прилад, що підсилює світло видимого спектру та ближнього ІЧ. Має високу чутливість і здатний давати зображення за дуже низького освітлення. Є історично першими приладами нічного бачення, що широко використовуються і нині в дешевих ПНО. Оскільки працюють лише у ближньому ІЧ, то, як і напівпровідникові відеокамери, вимагають наявності освітлення.
• Болометр – тепловий сенсор. Болометри для систем технічного зору та приладів нічного бачення є чутливими в діапазоні довжин хвиль 3..14 мкм (середній ІЧ), що відповідає випромінюванню тіл, нагрітих від 500 до −50 градусів Цельсія. Таким чином, болометричні прилади не вимагають зовнішнього освітлення, реєструючи випромінювання самих предметів та створюючи картинку різниці температур.

Термографія

Інфрачервона термографія, теплове зображення або теплове відео – це науковий спосіб отримання термограми – зображення в інфрачервоних променях, що показує картину розподілу температурних полів. Термографічні камери або тепловізори виявляють випромінювання в інфрачервоному діапазоні електромагнітного спектру (приблизно 900-14000 нанометрів або 0,9-14 µм) і на основі цього випромінювання створюють зображення, що дозволяють визначити перегріті або переохолоджені місця. Так як інфрачервоне випромінювання випускається всіма об'єктами, що мають температуру, згідно з формулою "Планка для випромінювання чорного" тіла, термографія дозволяє "бачити" навколишнє середовище з або без видимого світла. Величина випромінювання, що випускається об'єктом, збільшується з підвищенням його температури, тому термографія дозволяє бачити відмінності в температурі. Коли дивимося через тепловізор, теплі об'єкти видно краще, ніж охолоджені до температури навколишнього середовища; люди та теплокровні тварини легше помітні у навколишньому середовищі, як днем, так і вночі. Як результат, просування використання термографії може бути приписане військовим та службам безпеки.

Інфрачервоне самонаведення

Інфрачервона головка самонаведення - головка самонаведення, що працює на принципі уловлювання хвиль інфрачервоного діапазону, випромінюваних захоплюваною метою. Являє собою оптико-електронний прилад, призначений для ідентифікації мети на навколишньому фоні та видачі в автоматичний прицільний пристрій (АПУ) сигналу захоплення, а також для вимірювання та видачі автопілоту сигналу кутової швидкості лінії візування.

Інфрачервоний обігрівач

Передача даних

Поширення інфрачервоних світлодіодів, лазерів та фотодіодів дозволило створити бездротовий оптичний метод передачі даних на їх основі. У комп'ютерній техніці зазвичай використовується для зв'язку комп'ютерів з периферійними пристроями (інтерфейс IrDA) На відміну від радіоканалу інфрачервоний канал нечутливий до електромагнітних перешкод, і це дозволяє використовувати його у виробничих умовах. До недоліків інфрачервоного каналу відносяться необхідність в оптичних вікнах на обладнанні, правильної взаємної орієнтації пристроїв, низькі швидкості передачі (зазвичай не перевищує 5-10 Мбіт/с, але при використанні інфрачервоних лазерів можливі значно вищі швидкості). Крім цього, не забезпечується скритність передачі. В умовах прямої видимості інфрачервоний канал може забезпечити зв'язок на відстані в кілька кілометрів, але найбільш зручний він для зв'язку комп'ютерів, що знаходяться в одній кімнаті, де відбиття від стін кімнати дає стійкий і надійний зв'язок. Найбільш природний тип топології тут – «шина» (тобто переданий сигнал одночасно отримують усі абоненти). Інфрачервоний канал не зміг набути широкого поширення, його витіснив радіоканал.

Теплове випромінювання застосовується також прийому сигналів оповіщення.

Дистанційне керування

Інфрачервоні діоди і фотодіоди повсюдно застосовуються в пультах, дистанційного управління, системах автоматики, охоронних системах, деяких мобільних телефонах (інфрачервоний порт) і т. п. Інфрачервоні промені не відволікають увагу людини через свою невидимість.

Цікаво, що інфрачервоне випромінювання побутового пульта дистанційного керування легко фіксується за допомогою цифрового фотоапарата.

Медицина

Найбільш широко інфрачервоне випромінювання у медицині знаходить у різних датчиках потоку крові (PPG).

Широко поширені вимірювачі частоти пульсу (ЧСС, HR - Heart Rate) та насичення крові киснем (Sp02) використовують світлодіоди зеленого (для пульсу) та червоного та інфрачервоного (для SpO2) випромінювань.

Випромінювання інфрачервоного лазера використовується в методиці DLS (Digital Light Scattering) для визначення частоти пульсу та характеристик потоку крові.

Інфрачервоні промені застосовуються у фізіотерапії.

Вплив довгохвильового інфрачервоного випромінювання:

• При впливі довгохвильового інфрачервоного випромінювання на шкірний покрив відбувається подразнення рецепторів шкіри і, внаслідок реакції гіпоталамуса, розслабляються гладкі м'язи кровоносних судин, в результаті судини розширюються.
• Поліпшення процесів метаболізму. При тепловому впливі інфрачервоного випромінювання стимулюється активність на клітинному рівні, покращуються процеси нейрорегуляції та метаболізму.

Стерилізація харчових продуктів

За допомогою інфрачервоного випромінювання стерилізують продукти харчування з метою дезінфекції.

Харчова промисловість

Особливістю застосування ІЧ-випромінювання у харчовій промисловості є можливість проникнення електромагнітної хвилі в такі капілярно-пористі продукти, як зерно, крупа, борошно тощо на глибину до 7 мм. Ця величина залежить від характеру поверхні, структури, властивостей матеріалу та частотної характеристики випромінювання. Електромагнітна хвиля певного частотного діапазону надає не тільки термічний, а й біологічний вплив на продукт, що сприяє прискоренню біохімічних перетворень у біологічних полімерах (

Існують різні джерела інфрачервоного випромінювання. В даний час вони знаходяться в побутовій техніці, системах автоматики, охорони, а також використовуються при сушінні промислових виробів. Джерела інфрачервоного світла при правильній експлуатації не впливають на організм людини, тому вироби користуються величезною популярністю.

Історія відкриття

Протягом багатьох століть вивченням природи та дії світла займалися видатні уми.

Інфрачервоне світло було виявлено на початку 19 століття за допомогою досліджень астронома В. Гершеля. Суть його полягала у вивченні нагрівальних здібностей різних сонячних ділянок. До них учений підносив термометр і стежив за зростанням температури. Цей процес спостерігався, коли прилад торкнувся червоного кордону. В. Гершель зробив висновок, що існує якесь випромінювання, яке не можна побачити візуально, але можна визначити за допомогою термометра.

Інфрачервоні промені: застосування

Вони широко поширені в житті людини і знайшли своє застосування у різних сферах:

• Військова справа. Сучасні ракети та боєголовки, здатні самостійно наводитися на ціль, забезпечені які є результатом застосування інфрачервоного випромінювання.
• Термографія. Інфрачервоне випромінювання застосовують вивчення перегрітих чи переохолоджених місцевостей. Інфрачервоні знімки також використовуються в астрономії для виявлення небесних тіл.
• Побут. Велику популярність здобули, функціонування яких спрямоване на нагрівання предметів інтер'єру та стін. Потім вони віддають тепло простору.
• Дистанційне керування. Усі існуючі пульти для телевізора, печей, кондиціонерів тощо. забезпечені інфрачервоними променями.
• У медицині інфрачервоними променями проводять лікування та профілактику різних захворювань.

Розглянемо, де використовуються дані елементи.

Інфрачервоні газові пальники

Інфрачервоний пальник служить для обігріву різних приміщень.

Спочатку вона використовувалася для теплиць, гаражів (тобто нежитлових приміщень). Проте сучасні технології дозволили застосовувати її навіть у квартирах. У народі такий пальник називають приладом сонця, оскільки у включеному стані робоча поверхня обладнання нагадує сонячне світло. Згодом такі пристрої замінили масляні обігрівачі та конвектори.

Головні особливості

Інфрачервоний пальник відрізняється від інших приладів способом нагрівання. Передача теплоти здійснюється за рахунок не помітних для людини. Така особливість дозволяє теплу проникати не тільки в повітря, але і на предмети інтер'єру, які також підвищують температуру в приміщенні. Інфрачервоний випромінювач не сушить повітря, тому що промені в першу чергу спрямовані на предмети інтер'єру та стіни. Надалі передача теплоти буде здійснюватися від стін або предметів безпосередньо простору кімнати, причому процес відбувається за кілька хвилин.

Позитивні сторони

Головною перевагою таких приладів є швидке та легке обігрів приміщення. Наприклад, щоб нагріти холодну кімнату до температури +24ºС, потрібно 20 хвилин. У процесі не виникає рух повітря, що сприяє утворенню пилу та великих забруднень. Тому інфрачервоний випромінювач встановлюють у приміщеннях ті люди, які мають алергію.

Крім того, інфрачервоні промені, потрапляючи на поверхню з пилом, не викликають її горіння, і, як наслідок, немає запаху горілого пилу. Якість обігріву та довговічність приладу залежить від нагрівального елемента. У таких пристроях використовують керамічний тип.

Вартість

Ціна таких пристроїв досить низька і доступна всім верствам населення. Наприклад, газовий пальник коштує від 800 рублів. Цілу грубку можна придбати за 4000 рублів.

Сауна

Що являє собою інфрачервона кабіна? Це спеціальне приміщення, яке будується із натуральних сортів дерева (наприклад, кедра). У нього встановлюються інфрачервоні випромінювачі, які діють дерево.

Під час нагрівання виділяються фітонциди – корисні компоненти, які запобігають розвитку або появі грибків та бактерій.

Така інфрачервона кабіна у народі називається сауною. Усередині приміщення температура повітря сягає 45ºС, тому перебувати у ньому досить комфортно. Така температура дозволяє прогріти людське тіло рівномірно та глибоко. Тому тепло не впливає на серцево-судинну систему. Під час процедури видаляються накопичені токсини та шлаки, прискорюється обмін речовин в організмі (за рахунок швидкого руху крові), також тканини збагачуються киснем. Однак виділення поту – це не головна властивість інфрачервоної сауни. Вона спрямована на покращення самопочуття.

Вплив на людину

Такі приміщення сприятливо позначаються на організмі людини. Під час процедури прогріваються всі м'язи, тканини та кістки. Прискорення кровообігу впливає на обмін речовин, який допомагає наситити м'язи та тканини киснем. Крім того, інфрачервону кабіну відвідують із метою профілактики різноманітних захворювань. Більшість людей залишає лише позитивні відгуки.

Негативний вплив інфрачервоного випромінювання

Джерела інфрачервоного випромінювання можуть викликати як позитивний вплив на організм, а й завдавати йому шкоди.

При тривалому впливі променів відбувається розширення капілярів, що призводить до появи почервоніння чи опіків. Особливої ​​шкоди джерела інфрачервоного випромінювання завдають органам зору - це утворення катаракти. У деяких випадках у людини з'являються судоми.

На організм людини впливають короткі промені, викликаючи При підвищенні температури головного мозку на кілька градусів спостерігається погіршення стану: потемніння в очах, запаморочення, нудота. Подальше зростання температури може призвести до утворення менінгіту.

Погіршення чи покращення стану відбувається за рахунок інтенсивності електромагнітного поля. Вона характеризується температурою та відстанню до джерела випромінювання теплової енергії.

Довгі хвилі інфрачервоного випромінювання грають особливу роль різних процесах життєдіяльності. Короткі ж впливають на людський організм.

Як запобігти шкідливому впливу ІЧ-променів?

Як говорилося раніше, негативний вплив на організм людини надає коротке теплове випромінювання. Розглянемо приклади, у яких ІЧ-випромінювання є небезпечним.

На сьогоднішній день шкодити здоров'ю можуть інфрачервоні нагрівачі, що випромінюють температуру вище за 100ºС. Серед них виділяють такі:

• Промислове обладнання, що випромінює променисту енергію. Щоб запобігти негативному впливу, слід використовувати спецодяг та теплозахисні елементи, а також проводити профілактичні заходи серед працюючого персоналу.
• Інфрачервоний пристрій. Найвідомішим обігрівачем є піч. Однак вона вже давно вийшла з ужитку. Все частіше у квартирах, заміських будинках та дачах стали використовувати електричні інфрачервоні нагрівачі. У його конструкції передбачено нагрівальний елемент (у вигляді спіралі), який захищений спеціальним теплоізолюючим матеріалом. Така дія променів не шкодить людському організму. Повітря в зоні, що обігрівається, не сушиться. Нагріти приміщення можна за 30 хвилин. Спочатку інфрачервоне випромінювання нагріває предмети, а вони вже і всю квартиру.

Інфрачервоне випромінювання широко застосовується у різних сферах, починаючи з промислової та закінчуючи медициною.

Однак поводитися з ними слід акуратно, оскільки промені можуть негативно вплинути на людину. Все залежить від довжини хвилі та відстані до нагрівального приладу.

Отже, ми з'ясували, які є джерела інфрачервоного випромінювання.

Інфрачервоне випромінювання є природним видом випромінювання. Кожна людина щодня піддається її дії. Величезна частина енергії Сонця надходить на нашу планету саме у вигляді ІЧ-променів. Однак у світі існує безліч приладів, у яких задіяно інфрачервоне випромінювання. На організм людини воно може впливати по-різному. Багато в чому це залежить від типу та цілей використання цих самих приладів.

Що це таке

Інфрачервоне випромінювання, або ІЧ-промені, - це вид електромагнітного випромінювання, що займає спектральну область від червоного видимого світла (для якого характерна довжина хвилі 0,74 мкм) до короткохвильового радіовипромінювання (з довжиною хвилі 1-2 мм). Це досить велика область спектру, тому її додатково поділяють на три області:

• ближній (0,74 – 2,5 мкм);
• середній (2,5 – 50 мкм);
• дальній (50-2000 мкм).

Історія відкриття

У 1800 році вчений з Англії В. Гершель зробив спостереження, що у невидимій частині сонячного спектру (за межами червоного світла) підвищується температура термометра. Згодом було доведено підпорядкованість інфрачервоного випромінювання законам оптики та зроблено висновок про його спорідненість із видимим світлом.

Завдяки працям радянського фізика А. А. Глаголєвої-Аркадьєвої, яка в 1923 році отримала радіохвилі з λ=80 мкм (ІЧ-діапазон), було експериментально доведено існування безперервного переходу від видимого випромінювання до ІЧ-випромінювання та радіохвильового. Таким чином, було зроблено висновок про їхню загальну електромагнітну природу.

Практично все в природі здатне випускати довжини хвиль, що відповідають інфрачервоному спектру, а отже, є тіло людини не є винятком. Всі ми знаємо, що все довкола складається з атомів та іонів, навіть людина. А ці збуджені частинки здатні випускати Переходити у збуджений стан вони можуть під дією різних факторів, наприклад електричних розрядів або нагрівання. Так, у спектрі випромінювання полум'я газової плити є смуга з λ=2,7 мкм від молекул води та з λ=4,2 мкм від вуглекислого газу.

ІЧ-хвилі в побуті, науці та промисловості

Використовуючи вдома та на роботі ті чи інші прилади, ми рідко запитуємо себе про вплив інфрачервоного випромінювання на організм людини. Тим часом, досить популярними сьогодні є ІЧ-обігрівачі. Принциповим їх відрізняємо від масляних радіаторів і конвекторів є здатність нагрівати не саме повітря безпосередньо, а всі об'єкти, що знаходяться в приміщенні. Тобто спочатку нагріваються меблі, підлога та стіни, а потім вони віддають своє тепло в атмосферу. При цьому впливає інфрачервоне випромінювання і на організми - людину та її вихованців.

Також широко застосовуються ІЧ-промені при передачі даних та дистанційному управлінні. Багато мобільних телефонів мають ІЧ-порти, призначені для обміну файлами між ними. А всі пульти від кондиціонерів, музичних центрів, телевізорів, деяких керованих дитячих іграшок використовують електромагнітні промені в інфрачервоному діапазоні.

Використання ІЧ-променів в армії та космонавтиці

Найбільш важливе значення інфрачервоні промені мають для авіакосмічної та військової галузей. За підсумками фотокатодов, мають чутливість до ІЧ-випромінювання (до 1,3 мкм), створюються (різні біноклі, приціли тощо. буд.). Вони дозволяють при одночасному опроміненні об'єктів інфрачервоним випромінюванням здійснити прицілювання або здійснювати спостереження в абсолютній темряві.

Завдяки створеним високочутливим приймачам інфрачервоних променів стало можливим виробництво ракет, що самонаводяться. Датчики в їхній головній частині реагують на ІЧ-випромінювання мети, температура якої, як правило, вище за навколишнє середовище, і направляють ракету в ціль. На тому самому принципі засновано виявлення за допомогою теплопеленгаторів нагрітих частин кораблів, літаків, танків.

ІЧ-локатори та далекоміри можуть виявляти у повній темряві різні об'єкти та порівнювати відстань до них. Особливі прилади - які випромінюють в інфрачервоній ділянці, застосовуються для космічного та далекого наземного зв'язку.

Інфрачервоне випромінювання у науковій діяльності

Одним із найпоширеніших є вивчення спектрів випромінювання та поглинання в ІЧ-області. Застосовується воно щодо особливостей електронних оболонок атомів, визначення структур різноманітних молекул, крім того, й у якісному і кількісному аналізі сумішей різних речовин.

Через відмінності коефіцієнтів розсіювання, пропускання та відображення тіл у видимих ​​та ІЧ-променях фотографії, зроблені в різних умовах, дещо відрізняються. На знімках, виконаних в інфрачервоному діапазоні, часто видно більше деталей. Такі знімки поширені в астрономії.

Вивчення впливу ІЧ-променів на організм

Перші наукові дані щодо впливу інфрачервоного випромінювання на організм людини датовані 1960 роками. Автором досліджень є японський лікар Тадаші Ішікава. У ході своїх експериментів йому вдалося встановити, що ІЧ-промені мають властивість проникати глибоко всередину тіла людини. При цьому відбуваються процеси терморегуляції, подібні до реакції на перебування в сауні. Однак потовиділення починається при нижчій температурі навколишнього повітря (вона становить близько 50 ° С), а прогрівання внутрішніх органів відбувається набагато глибше.

У ході такого прогрівання відбувається посилення кровообігу, розширюються судини органів дихання, підшкірної клітковини та шкіри. Разом з тим тривалий вплив інфрачервоного випромінювання на людину здатний викликати тепловий удар, а сильне ІЧ-випромінювання призводить до появи опіків різного ступеня.

Захист від ІЧ-випромінювання

Існує невеликий перелік заходів, спрямованих на зменшення небезпеки впливу інфрачервоного випромінювання на організм людини:

1. Зниження інтенсивності випромінювання.Досягається воно за допомогою вибору відповідного технологічного обладнання, своєчасною заміною застарілого, а також його раціональним компонуванням.
2. Видалення робітників від джерела випромінювання.Якщо дозволяє технологічна лінія, слід віддати перевагу дистанційному керуванню нею.
3. Встановлення захисних екранів на джерело чи робоче місце.Такі огородження можуть бути влаштовані двома способами, що дозволяють знизити вплив інфрачервоного випромінювання на організм людини. У першому випадку вони повинні відображати електромагнітні хвилі, а в другому - затримувати їх і перетворювати енергію випромінювання на теплову з подальшим її відведенням. У зв'язку з тим, що захисні екрани не повинні позбавляти фахівців можливості вести моніторинг процесів, що відбуваються на виробництві, вони можуть виготовлятися прозорими або напівпрозорими. Для цього як матеріали вибирають силікатні або кварцові стекла, а також металеві сітки та ланцюги.
4. Теплоізоляція чи охолодження гарячих поверхонь.Головною метою теплової ізоляції є зниження ризику отримання робітниками різних опіків.
5. Засоби індивідуального захисту(різноманітний спецодяг, окуляри з вбудованими світлофільтрами, щит-ки).
6. Профілактичні заходи.Якщо під час перерахованих вище дій рівень впливу ІЧ-випромінювання на організм залишається досить високим, слід підібрати відповідний режим праці та відпочинку.

Користь для організму людини

Інфрачервоне випромінювання, що впливає на тіло людини, призводить до поліпшення циркуляції крові внаслідок розширення судин, кращого насичення органів та тканин киснем. Крім того, підвищення температури тіла має болезаспокійливий ефект за рахунок впливу променів на нервові закінчення у шкірних покривах.

Було відмічено, що хірургічні операції, проведені під дією ІЧ-випромінювання, мають ряд переваг:

• дещо легше переносяться болі після операцій;
• швидше йде регенерація клітин;
• вплив інфрачервоного випромінювання на людину дозволяє уникнути охолодження внутрішніх органів у разі виконання операції на відкритих порожнинах, що знижує ризик розвитку шоку.

У хворих з опіками інфрачервоне випромінювання створює можливість видалення некрозів, а також виконання аутопластики більш ранньому етапі. Крім того, знижується термін лихоманки, меншою мірою виражені анемія та гіпопротеїнемія, знижується частота ускладнень.

Доведено, що ІЧ-випромінювання здатне послабити дію деяких отрутохімікатів шляхом підвищення неспецифічного імунітету. Багато хто з нас знає про лікування риніту та деякі інші прояви застуди синіми ІЧ-лампами.

Шкода для людини

Варто відзначити, що шкода від інфрачервоного випромінювання для організму людини також може бути дуже істотною. Найбільш очевидні та поширені випадки – опіки шкіри та дерматити. Відбуватися вони можуть або за дуже тривалого впливу слабких хвиль інфрачервоного спектру, або в ході інтенсивного опромінення. Якщо говорити про медичні процедури, то рідко, але все ж таки трапляються теплові удари, астенії та загострення болю при неправильному лікуванні.

Однією із сучасних проблем є опіки очей. Найбільш небезпечні їм ІЧ-промені з довжинами хвиль у межах 0,76-1,5 мкм. Під їх впливом відбувається нагрівання кришталика та водянистої вологи, що може призводити до різних порушень. Одним із найпоширеніших наслідків є світлобоязнь. Про це варто пам'ятати дітям, які грають з лазерними указками, і зварювальникам, які нехтують засобами індивідуального захисту.

ІЧ-промені в медицині

Лікування за допомогою інфрачервоного випромінювання буває місцевим та загальним. У першому випадку здійснюється локальна дія на певну ділянку тіла, а в другій дії променів піддається весь організм. Курс лікування залежить від захворювання та може становити від 5 до 20 сеансів по 15-30 хвилин. Під час проведення процедур обов'язковою умовою є використання захисних засобів. Для збереження здоров'я очей використовуються спеціальні картонні накладки або окуляри.

Після першої процедури на поверхні шкіри з'являються почервоніння з нечіткими межами, що проходять приблизно через годину.

Дія ІЧ-випромінювачів

В умовах доступності багатьох медичних приладів люди набувають їх для індивідуального користування. Однак слід пам'ятати, що такі пристрої повинні відповідати особливим вимогам та використовуватися з дотриманням правил безпеки. Але головне - важливо розуміти, що, як і будь-який медичний прилад, випромінювачі інфрачервоних хвиль не можна використовувати при багатьох захворюваннях.

Тому підбирати курс терапії має кваліфікований спеціаліст, досвідчений лікар. Залежно від довжини інфрачервоних хвиль, що випускаються, прилади можуть бути використані для різних цілей.