Инфракрасные лучи их свойства и применения

Содержание

Инфракрасное излучение и его применение

Электромагнитное излучение с диапазоном длин волн от 0,74 мкм до 2 мм именуется в физике инфракрасным излучением или инфракрасными лучами, сокращенно «ИК». Оно занимает ту часть электромагнитного спектра, которая находится между видимым оптическим излучением (берущим начало в районе красного цвета) и коротковолновым радиодиапазоном.

Хотя практически инфракрасное излучение не воспринимается человеческим глазом как свет и не обладает каким-то определенным цветом, оно относится, тем не менее, к оптическому излучению, и находит самое широкое применение в современной технике.

Инфракрасные волны, что характерно, нагревают поверхности тел, поэтому инфракрасное излучение еще часто именуют тепловым излучением. Всю инфракрасную область принято условно делить на три части:

далекая ИК область — с длинами волн от 50 до 2000 мкм;

средняя ИК область — с длинами волн от 2,5 до 50 мкм;

ближняя ИК область — от 0,74 до 2,5 мкм.

ИК-излучение было открыто в 1800 году английским астрономом Уильямом Гершелем, а позже, в 1802 году, независимо от него, английским же ученым Уильямом Волластоном.

Спектры в ИК-диапазоне

Атомные спектры, получаемые в виде инфракрасных лучей, — линейчатые; спектры конденсированных сред — непрерывные; молекулярные спектры — полосатые. Суть в том, что для инфракрасных лучей, по сравнению с видимой и ультрафиолетовой областями электромагнитного спектра, оптические свойства веществ, такие как коэффициент отражения, пропускания, преломления, – сильно отличаются.

Многие из веществ хотя и пропускают видимый свет, при этом оказываются непрозрачными для волн части инфракрасного диапазона.

Так, например, слой воды в несколько сантиметров толщиной – непрозрачен для инфракрасной волны с длиной более 1 мкм, и в некоторых условиях может использоваться в качестве теплозащитного фильтра. А слои германия или кремния не пропускают видимый свет, зато хорошо пропускают инфракрасные лучи определенной длины волны. ИК-лучи дальней области черная бумага пропускает легко, и может служить фильтром для их выделения.

Большинство металлов, такие как алюминий, золото, серебро и медь, – отражают инфракрасное излучение с большей длиной волны, например при длине волны ИК-лучей в 10 мкм, отражение от металлов доходит до 98%. Твердые и жидкие вещества неметаллической природы отражают лишь часть диапазона ИК, в зависимости от химического состава конкретного вещества. В силу данных особенностей взаимодействия ИК-лучей с различными средами, они успешно используются во многих исследованиях.

Инфракрасные волны исходящие от Солнца, проходя через атмосферу Земли, частично рассеиваются и ослабляются на молекулах и атомах воздуха. Кислород и азот атмосферы частично ослабляют ИК-лучи, рассеивая их, но не поглощая полностью, как поглощают часть лучей видимого спектра.

Содержащиеся в атмосфере вода, углекислый газ и озон частично поглощают инфракрасные лучи, причем более всего поглощает их вода, так как ее спектры ИК-поглощения приходятся на всю область инфракрасного спектра, а спектры поглощения углекислого газа — попадают лишь на среднюю область.

Слои атмосферы вблизи поверхности Земли пропускают совсем небольшую долю ИК-излучения, так как дым, пыль и вода дополнительно ослабляют его, рассеивая энергию на своих частицах. Чем меньше частицы (дыма, пыли, воды и т.д.) — тем меньше рассеивание ИК и больше рассеивание волн видимого спектра. Данный эффект применяется в инфракрасной фотографии.

Для нас, живущих на Земле, очень мощным естественным источником инфракрасного излучения является Солнце, ведь половина его электромагнитного спектра приходится именно на инфракрасный диапазон. У ламп накаливания ИК-спектр составляет до 80% энергии излучения.

Также к искусственным источникам ИК-излучения относятся: электрическая дуга, газоразрядные лампы, и, конечно, бытовые обогреватели на ТЭНах. В науке для получения ИК-волн применяют штифт Нернста, вольфрамовые нити, а также ртутные лампы высокого давления и даже специальные ИК-лазеры (неодимовое стекло дает длину волны 1,06 мкм, а гелий-неоновый лазер — 1,15 и 3,39 мкм, углекислый газ — 10,6 мкм).

Принцип работы приемников ИК-волн основывается на преобразовании энергии падающего излучения в другие виды энергии, доступные для измерения и использования. Поглощаемое в приемнике, ИК-излучение разогревает термочувствительный элемент, и повышение температуры регистрируется.

Фотоэлектрические приемники ИК-лучей генерируют электрическое напряжение и ток, реагируя на определенную узкую часть ИК-спектра, для работы с которой они предназначены, то есть фотоэлектрические ИК-приемники селективны. Для ИК-волн из диапазона до 1,2 мкм фоторегистрацию осуществляют при помощи специальных фотоэмульсий.

Очень широкое применение находит инфракрасное излучение в науке и технике, особенно для решения практических исследовательских задач. Исследуются спектры поглощения и испускания молекул и твердых тел, которые как раз приходятся на инфракрасную область.

Данный подход к исследованиям называется инфракрасной спектроскопией, позволяющей решать структурные задачи, проводя количественный и качественный спектральный анализ. На далекую ИК-область приходятся излучения, вызываемые переходами между подуровнями атомов. Благодаря ИК-спектрам можно изучать структуры электронных оболочек атомов.

И это не говоря о фотографии, когда один и тот же объект, будучи сфотографирован сначала в видимом, а затем — в инфракрасном диапазоне, будет выглядеть по разному, так как из-за различия в коэффициентах пропускания, рассеяния и отражения для разных областей электромагнитного спектра, некоторые элементы и детали в необычном режиме фотосъемки могут вообще отсутствовать: на обычной фотографии кое-что будет отсутствовать, а на ИК-фото — станет видимым.

Нельзя недооценить промышленное и бытовое использование инфракрасного излучения. Его применяют для сушки и нагрева различных изделий и материалов на производствах. В домах — обогревают помещения.

Электронно-оптические преобразователи используют фотокатоды, чувствительные в инфракрасной области электромагнитного спектра, что позволяет видеть то, что невидимо невооруженным глазом.

Приборы ночного видения позволяют видеть в темноте благодаря облучению объектов ИК-лучами, ИК-бинокли — вести наблюдение ночью, ИК-прицелы — вести прицеливание в полной темноте и т. д. Кстати, с помощью инфракрасного излучения можно воспроизвести точный эталон метра.

Приемники ИК-волн повышенной чувствительности позволяют вести пеленгацию различных объектов по их тепловому излучению, так например работают системы самонаведения ракет, которые дополнительно генерируют собственное ИК-излучение.

Дальномеры и локаторы на основе ИК-лучей дают возможность наблюдать некоторые предметы в темноте, и измерять расстояние до них с высокой точностью. ИК-лазеры используются в научных исследованиях, для зондирования атмосферы, для осуществления космической связи и т.д.

Инфракрасные лучи: свойства, области применения, влияние на человека. Источники инфракрасного излучения

Инфракрасные лучи – это электромагнитные волны в невидимой области электромагнитного спектра, которая начинается за видимым красным светом и заканчивается перед микроволновым излучением между частотами 10 12 и 5∙10 14 Гц (или находится в диапазоне длин волн 1–750 нм). Название происходит от латинского слова infra и означает «ниже красного».

Применение инфракрасных лучей разнообразно. Они используются для визуализации объектов в темноте или в дыму, отопления саун и подогрева крыльев воздушных судов для защиты от обледенения, в ближней связи и при проведении спектроскопического анализа органических соединений.

Открытие

Инфракрасные лучи были обнаружены в 1800 г. британским музыкантом и астрономом-любителем немецкого происхождения Уильямом Гершелем. Он с помощью призмы разделил солнечный свет на составляющие его компоненты и за красной частью спектра с помощью термометра зарегистрировал увеличение температуры.

ИК-излучение и тепло

Инфракрасное излучение часто называют тепловым. Следует, однако, отметить, что оно является лишь его следствием. Тепло – это мера поступательной энергии (энергии движения) атомов и молекул вещества. «Температурные» датчики фактически измеряют не тепло, а только различия в ИК-излучении различных объектов.

Многие учителя физики инфракрасным лучам традиционно приписывают всю тепловую радиацию Солнца. Но это не совсем так. С видимым солнечным светом поступает 50% всего тепла, и электромагнитные волны любой частоты при достаточной интенсивности могут вызвать нагрев. Однако справедливо будет сказать, что при комнатной температуре объекты выделяют тепло в основном в полосе среднего инфракрасного диапазона.

Читайте также:  Компливит жевательные таблетки детей

ИК-излучение поглощается и испускается вращениями и вибрациями химически связанных атомов или их групп и, следовательно, многими видами материалов. Например, прозрачное для видимого света оконное стекло ИК-радиацию поглощает. Инфракрасные лучи в значительной степени абсорбируются водой и атмосферой. Хотя они и невидимы для глаз, их можно ощутить кожей.

Земля как источник инфракрасного излучения

Поверхность нашей планеты и облака поглощают солнечную энергию, большую часть которой в виде ИК-радиации отдают в атмосферу. Определенные вещества в ней, в основном пар и капли воды, а также метан, углекислый газ, оксид азота, хлорфторуглероды и гексафторид серы, поглощают в инфракрасной области спектра и переизлучают во всех направлениях, в том числе на Землю. Поэтому из-за парникового эффекта земная атмосфера и поверхность намного теплее, чем если бы вещества, поглощающие ИК-лучи, в воздухе отсутствовали.

Это излучение играет важную роль в теплопередаче и является неотъемлемой частью так называемого парникового эффекта. В глобальном масштабе влияние инфракрасных лучей распространяется на радиационный баланс Земли и затрагивает почти всю биосферную активность. Практически каждый объект на поверхности нашей планеты испускает электромагнитное излучение в основном в этой части спектра.

Области ИК-диапазона

ИК-диапазон часто разделяется на более узкие участки спектра. Немецкий институт стандартов DIN определил такие области длин волн инфракрасных лучей:

  • ближний (0,75-1,4 мкм), обычно используемый в волоконно-оптической связи;
  • коротковолновой (1,4-3 мкм), начиная с которого значительно возрастает поглощение ИК-излучения водой;
  • средневолновой, также называемый промежуточным (3-8 мкм);
  • длинноволновый (8-15 мкм);
  • дальний (15-1000 мкм).

Однако эта схема классификации не используется повсеместно. Например, в некоторых исследованиях указываются следующие диапазоны: ближний (0,75-5 мкм), средний (5-30 мкм) и длинный (30-1000 мкм). Длины волн, используемые в телекоммуникации, подразделяются на отдельные полосы из-за ограничений детекторов, усилителей и источников.

Общая система обозначений оправдана реакциями человека на инфракрасные лучи. Ближняя ИК-область наиболее близка к длине волны, видимой человеческим глазом. Среднее и дальнее ИК-излучение постепенно удаляются от видимой части спектра. Другие определения следуют различным физическим механизмам (таким как пики эмиссии и поглощение воды), а самые новые основаны на чувствительности используемых детекторов. Например, обычные кремниевые сенсоры чувствительны в области около 1050 нм, а арсенид индий-галлия – в диапазоне от 950 нм до 1700 и 2200 нм.

Четкая граница между инфракрасным и видимым светом не определена. Глаз человека значительно менее чувствителен к красному свету, превышающему длину волны 700 нм, однако интенсивное свечение (лазера) можно видеть примерно до 780 нм. Начало ИК-диапазона определяется в разных стандартах по-разному – где-то между этими значениями. Обычно это 750 нм. Поэтому видимые инфракрасные лучи возможны в диапазоне 750–780 нм.

Обозначения в системах связи

Оптическая связь в ближней ИК-области технически подразделяется на ряд полос частот. Это связано с различными источниками света, поглощающими и передающими материалами (волокнами) и детекторами. К ним относятся:

  • О-диапазон 1,260-1,360 нм.
  • Е-диапазон 1,360-1,460 нм.
  • S-диапазон 1,460-1,530 нм.
  • C-диапазон 1,530-1,565 нм.
  • L-диапазон 1,565-1,625 нм.
  • U-диапазон 1,625-1,675 нм.

Термография

Термография, или тепловидение – это тип инфракрасного изображения объектов. Поскольку все тела излучают в ИК-диапазоне, а интенсивность радиации увеличивается с температурой, для ее обнаружения и получения снимков можно использовать специализированные камеры с ИК-датчиками. В случае очень горячих объектов в ближней инфракрасной или видимой области, этот метод называется пирометрией.

Термография не зависит от освещения видимым светом. Следовательно, можно «видеть» окружающую среду даже в темноте. В частности, теплые предметы, в том числе люди и теплокровные животные, хорошо выделяются на более холодном фоне. Инфракрасная фотография ландшафта улучшает отображение объектов в зависимости от их теплоотдачи: голубое небо и вода кажутся почти черными, а зеленая листва и кожа ярко проявляются.

Исторически термография широко использовалась военными и службами безопасности. Кроме того, она находит множество других применений. Например, пожарные используют ее, чтобы видеть сквозь дым, находить людей и локализовать горячие точки во время пожара. Термография может выявить патологический рост тканей и дефекты в электронных системах и схемах из-за их повышенного выделения тепла. Электрики, обслуживающие линии электропередач, могут обнаружить перегревающиеся соединения и детали, что сигнализирует о нарушении их работы, и устранить потенциальную опасность. При нарушении теплоизоляции специалисты-строители могут увидеть утечки тепла и повысить эффективность систем охлаждения или обогрева. В некоторых автомобилях высокого класса тепловизоры устанавливаются для помощи водителю. С помощью термографических изображений можно контролировать некоторые физиологические реакции у людей и теплокровных животных.

Внешний вид и способ работы современной термографической камеры не отличаются от таковых у обычной видеокамеры. Возможность видеть в инфракрасном спектре является настолько полезной функцией, что возможность записи изображений часто является опциональной, и модуль записи не всегда доступен.

Другие изображения

В ИК-фотографии ближний инфракрасный диапазон захватывается с помощью специальных фильтров. Цифровые фотоаппараты, как правило, блокируют ИК-излучение. Однако дешевые камеры, у которых нет соответствующих фильтров, способны «видеть» в ближнем ИК-диапазоне. При этом обычно невидимый свет выглядит ярко-белым. Особенно это заметно во время съемки вблизи освещенных инфракрасных объектов (например, лампы), где возникающие помехи делают снимок блеклым.

Также стоит упомянуть Т-лучевую визуализацию, которая представляет собой получение изображения в дальнем терагерцовом диапазоне. Отсутствие ярких источников делает такие снимки технически более сложными, чем большинство других методов ИК-визуализации.

Светодиоды и лазеры

Искусственные источники инфракрасного излучения включают, помимо горячих объектов, светодиоды и лазеры. Первые представляют собой небольшие недорогие оптоэлектронные устройства, изготовленные из таких полупроводниковых материалов, как арсенид галлия. Они используются в качестве оптоизоляторов и в качестве источников света в некоторых системах связи на основе волоконной оптики. Мощные ИК-лазеры с оптической накачкой работают на основе двуокиси и окиси углерода. Они используются для инициации и изменения химических реакций и разделения изотопов. Кроме того, они применяются в лидарных системах определения дистанции до объекта. Также источники инфракрасного излучения используются в дальномерах автоматических самофокусирующих камер, охранной сигнализации и оптических приборах ночного видения.

ИК-приемники

К приборам обнаружения ИК-излучения относятся термочувствительные устройства, такие как термопарные детекторы, болометры (некоторые из них охлаждаются до температур, близких к абсолютному нулю, чтобы снизить помехи от самого детектора), фотогальванические элементы и фотопроводники. Последние изготавливаются из полупроводниковых материалов (например, кремния и сульфида свинца), электрическая проводимость которых увеличивается при воздействии инфракрасных лучей.

Обогрев

Инфракрасное излучение используется для нагрева – например, для отопления саун и удаления льда с крыльев самолетов. Кроме того, оно все чаще применяется для плавления асфальта во время укладки новых дорог или ремонта поврежденных участков. ИК-излучение может использоваться при приготовлении и подогреве пищи.

Связь

ИК-длины волн применяются для передачи данных на небольшие расстояния, например, между компьютерной периферией и персональными цифровыми помощниками. Эти устройства обычно соответствуют стандартам IrDA.

ИК-связь обычно используется внутри помещений в районах с высокой плотностью населения. Это наиболее распространенный способ дистанционного управления устройствами. Свойства инфракрасных лучей не позволяют им проникать сквозь стены, и поэтому они не взаимодействуют с техникой в соседних помещениях. Кроме того, ИК-лазеры используются в качестве источников света в оптоволоконных системах связи.

Спектроскопия

Инфракрасная радиационная спектроскопия – это технология, используемая для определения структур и составов (главным образом) органических соединений путем изучения пропускания ИК-излучения через образцы. Она основана на свойствах веществ поглощать определенные его частоты, которые зависят от растяжения и изгиба внутри молекул образца.

Характеристики инфракрасного поглощения и излучения молекул и материалов дают важную информацию о размере, форме и химической связи молекул, атомов и ионов в твердых телах. Энергии вращения и вибрации квантуются во всех системах. ИК-излучение энергии hν, испускаемое или поглощаемое данной молекулой или веществом, является мерой разности некоторых внутренних энергетических состояний. Они, в свою очередь, определяются атомным весом и молекулярными связями. По этой причине инфракрасная спектроскопия является мощным инструментом определения внутренней структуры молекул и веществ или, когда такая информация уже известна и табулирована, их количества. ИК-методы спектроскопии часто используются для определения состава и, следовательно, происхождения и возраста археологических образцов, а также для обнаружения подделок произведений искусства и других предметов, которые при осмотре под видимым светом напоминают оригиналы.

Польза и вред инфракрасных лучей

Длинноволновое ИК-излучение применяется в медицине с целью:

  • нормализации артериального давления путем стимуляции кровообращения;
  • очищения организма от солей тяжелых металлов и токсинов;
  • улучшения кровообращения мозга и памяти;
  • нормализации гормонального фона;
  • поддержания водно-солевого баланса;
  • ограничения распространения грибков и микробов;
  • обезболивания;
  • снятия воспаления;
  • укрепления иммунитета.
Читайте также:  Матрица r 2r свойства применение

Вместе с тем ИК-излучение может нанести вред при острых гнойных заболеваниях, кровотечениях, острых воспалениях, болезнях крови, злокачественных опухолях. Неконтролируемое продолжительное воздействие ведет к покраснению кожи, ожогам, дерматиту, тепловому удару. Коротковолновые ИК-лучи опасны для глаз – возможно развитие светобоязни, катаракты, нарушений зрения. Поэтому для отопления должны применяться исключительно источники длинноволнового излучения.

Источники инфракрасного излучения: виды, применение

Существуют разные источники инфракрасного излучения. В настоящее время они находятся в бытовой технике, системах автоматики, охраны, а также используются при сушке промышленных изделий. Источники инфракрасного света при правильной эксплуатации не влияют на человеческий организм, поэтому изделия пользуются огромной популярностью.

История открытия

На протяжении многих веков изучением природы и действия света занимались выдающиеся умы.

Инфракрасный свет был обнаружен в начале 19 века с помощью исследований астронома В. Гершеля. Суть его заключалась в изучении нагревательных способностей различных солнечных участков. К ним ученый подносил термометр и следил за возрастанием температуры. Данный процесс наблюдался, когда прибор коснулся красной границы. В. Гершель сделал вывод, что существует некое излучение, которое нельзя увидеть зрительно, но возможно определить с помощью термометра.

Инфракрасные лучи: применение

Они широко распространены в жизни человека и нашли свое применение в разных сферах:

  • Военное дело. Современные ракеты и боеголовки, способные самостоятельно наводиться на цель, снабжены приборами ночного видения, которые являются результатом применения инфракрасного излучения.
  • Термография. Инфракрасное излучение применяют для изучения перегретых или переохлажденных местностей. Инфракрасные снимки также применяются в астрономии для обнаружения небесных тел.
  • Быт. Большую популярность получили инфракрасные обогреватели, функционирование которых направлено на нагрев предметов интерьера и стен. Затем они отдают тепло пространству.
  • Дистанционное управление. Все существующие пульты для телевизора, печей, кондиционеров и т.д. снабжены инфракрасными лучами.
  • В медицине инфракрасными лучами проводят лечение и профилактику различных заболеваний.

Рассмотрим, где применяются данные элементы.

Инфракрасные газовые горелки

Инфракрасная горелка служит для обогрева различных помещений.

Сначала она использовалась для теплиц, гаражей (то есть нежилых помещений). Однако современные технологии позволили применять ее даже в квартирах. В народе такую горелку называют прибором солнца, так как во включенном состоянии рабочая поверхность оборудования напоминает солнечный свет. Со временем такие устройства заменили масляные обогреватели и конвекторы.

Главные особенности

Инфракрасная горелка отличается от других приборов способом нагрева. Передача теплоты осуществляется за счет излучения инфракрасных лучей, которые не заметны для человека. Такая особенность позволяет теплу проникать не только в воздух, но и на предметы интерьера, которые в дальнейшем также повышают температуру в помещении. Инфракрасный излучатель не сушит воздух, потому что лучи в первую очередь направлены на предметы интерьера и стены. В дальнейшем передача теплоты будет осуществляться от стен или предметов непосредственно пространству комнаты, причем процесс происходит за несколько минут.

Положительные стороны

Главным преимуществом таких приборов является быстрый и легких обогрев помещения. Например, чтобы нагреть холодную комнату до температуры +24ºС, потребуется 20 минут. В процессе не возникает движение воздуха, который способствует образованию пыли и больших загрязнений. Поэтому инфракрасный излучатель устанавливают в помещениях те люди, которые имеют аллергию.

Кроме того, инфракрасные лучи, попадая на поверхность с пылью, не вызывают ее горение, и, как следствие, нет запах горелой пыли. Качество обогрева и долговечность прибора зависит от нагревательного элемента. В таких устройствах используется керамический тип.

Стоимость

Цена таких устройств довольна низка и доступна всем слоям населения. Например, газовая горелка стоит от 800 рублей. Целую печку можно приобрести за 4000 рублей.

Сауна

Что собой представляет инфракрасная кабина? Это специальное помещение, которое строится из натуральных сортов дерева (например, кедра). В него устанавливаются инфракрасные излучатели, действующие на дерево.

Во время нагрева выделяются фитонциды — полезные компоненты, которые предотвращают развитие или появление грибков и бактерий.

Такая инфракрасная кабина в народе называется сауной. Внутри помещения температура воздуха достигает 45ºС, поэтому находиться в нем довольно комфортно. Такая температура позволяет прогреть человеческое тело равномерно и глубоко. Поэтому тепло не воздействует на сердечно-сосудистую систему. Во время процедуры удаляются накопленные токсины и шлаки, ускоряется обмен веществ в организме (за счет быстрого движения крови), также ткани обогащаются кислородом. Однако выделение пота — это не главное свойство инфракрасной сауны. Она направлена на улучшение самочувствия.

Влияние инфракрасной сауны на человека

Такие помещения благотворно сказываются на организме человека. Во время процедуры прогреваются все мышцы, ткани и кости. Ускорение кровообращения влияет на обмен веществ, который помогает насытить мышцы и ткани кислородом. Кроме того, инфракрасную кабину посещают с целью профилактики различных заболеваний. Большинство людей оставляет только положительные отзывы.

Негативное воздействие инфракрасного излучения

Источники инфракрасного излучения могут вызывать не только положительное воздействие на организм, но и наносить ему вред.

При длительном воздействии лучей происходит расширение капилляров, что приводит к появлению покраснения или ожогов. Особый вред источники инфракрасного излучения наносят органам зрения — это образование катаракты. В некоторых случаях у человека появляются судороги.

На организм человека влияют короткие лучи, вызывая тепловой удар. При повышении температуры головного мозга на несколько градусов наблюдается ухудшение состояния: потемнение в глазах, головокружение, тошнота. Дальнейший рост температуры может привести к образованию менингита.

Ухудшение или улучшение состояния происходит за счет интенсивности электромагнитного поля. Она характеризуется температурой и расстоянием до источника излучения тепловой энергии.

Длинные волны инфракрасного излучения играют особую роль в разных процессах жизнедеятельности. Короткие же больше влияют на человеческий организм.

Как предотвратить вредное влияние ИК-лучей?

Как говорилось ранее, отрицательное воздействие на человеческий организм оказывает короткое тепловое излучение. Рассмотрим примеры, в которых ИК-излучение опасно.

На сегодняшний день вредить здоровью могут инфракрасные нагреватели, излучающие температуру выше 100ºС. Среди них выделяют следующие:

  • Промышленное оборудование, излучающее лучистую энергию. Чтобы предотвратить негативное воздействие, следует использовать спецодежду и теплозащитные элементы, а также проводить профилактические мероприятия среди работающего персонала.
  • Инфракрасный прибор. Самым известным обогревателем является печь. Однако она уже давно вышла из обихода. Все чаще в квартирах, загородных домах и дачах стали использовать электрические инфракрасные нагреватели. В его конструкции предусмотрен нагревательный элемент (в виде спирали), который защищен специальным теплоизолирующим материалом. Такое воздействие лучей не вредит человеческому организму. Воздух в обогреваемой зоне не сушится. Нагреть помещение можно за 30 минут. Сначала инфракрасное излучение нагревает предметы, а уже они и всю квартиру.

Инфракрасное излучение широко применяется в различных сферах, начиная с промышленной и заканчивая медициной.

Однако обращаться с ними следует аккуратно, так как лучи могут оказать негативное воздействие на человека. Все зависит от длины волны и расстояния до нагревательного прибора.

Итак, мы выяснили, какие существуют источники инфракрасного излучения.

Инфракрасное излучение

Инфракрасное излучение. Открытие инфракрасного излучения

Под инфракрасным излучением (ИК) понимается форма энергии или способ обогрева, при котором тепло от одного тела передается другому телу.

Человек в процессе своей жизни постоянно находится под действием ИК-излучения и способен чувствовать эту энергию как тепло, идущее от предмета. Воспринимается инфракрасное излучение кожей человека, глаза в этом спектре не видят.

Естественным источником высокой температуры является наше светило. С температурой нагревания связана длина волны инфракрасных лучей, которые бывают коротковолновыми, средневолновыми, длинноволновыми.

Короткая длина волны имеет высокую температуру и интенсивное излучение. Ещё в $1800$ г. английский астроном У. Гершель проводил наблюдения за Солнцем. Занимаясь исследованием светила, он искал способ, который бы позволил уменьшить нагрев инструмента, при помощи которого эти исследования проводились. На одном из этапов своей работы ученый обнаружил, что за насыщенным красным цветом находится «максимум тепла». Исследование стало началом изучения инфракрасного излучения.

Попробуй обратиться за помощью к преподавателям

Если раньше источниками инфракрасного излучения в лаборатории служили раскаленные тела или электрические разряды в газах, то сегодня созданы современные источники инфракрасного излучения с частотой, которую можно регулировать или фиксировать. Их основой являются твердотельные и молекулярные газовые лазеры.

В ближней инфракрасной области (около $1,3$ мкм) для регистрации излучения пользуются специальными фотопластинками.

В дальней инфракрасной области излучение регистрируется болометрами – это детекторы, которые являются чувствительными к нагреву инфракрасным излучением.

Инфракрасные волны имеют разную длину, поэтому их проникающая способность будет тоже разная.

Длинноволновые, идущие от Солнца лучи, например, спокойно проходят через атмосферу Земли, при этом, не нагревая её. Проникая через твердые тела, они увеличивают их температуру, поэтому для всего живого на планете огромное значение имеет именно дальнее излучение.

Интересно, что в постоянной компенсирующей подпитке нуждаются все живые тела, которые тоже излучают такой же спектр тепла. При отсутствии такой подпитки, температура живого тела падает, что является причиной его уязвимости для различных инфекций. Эта дополнительная подпитка в виде ИК-излучения, как считают ученые, скорее полезна, чем вредна.

Читайте также:  Актовегин инструкция по применению таблетки детям отзывы

Задай вопрос специалистам и получи
ответ уже через 15 минут!

Специалисты провели на животных многочисленные эксперименты, которые показали, что инфракрасные лучи подавляют рост раковых клеток, уничтожают ряд вирусов, нейтрализуют разрушительное действие электромагнитных волн. Длинноволновые инфракрасные лучи повышают количество инсулина, вырабатываемого организмом, и нивелируют последствия радиоактивного воздействия.

Применение инфракрасного излучения

Инфракрасное излучение находит широкое применение, как в быту, так и в разных сферах деятельности человека.

Основными областями его применения являются:

Термография. ИК-излучение позволяет определить температуру объектов, которые находятся на каком-то удалении. В промышленных и военных целях широко используется тепловидение, его камеры могут обнаружить ИК и произведут изображение этого излучения. Благодаря термографическим камерам без всякого освещения можно «видеть» все, что находится рядом, потому что все нагретые объекты испускают ИК.

Слежение. Используется ИК слежение при наведении ракет, в которые встраивается устройство, получившее название «тепловые искатели». В результате того, что двигатели машин и механизмов, да и сам человек излучают тепло, то хорошо будут видны в инфракрасном диапазоне, а отсюда ракеты без всякого труда находят направление полета.

Обогрев. Как источник тепла ИК повышает температуру и благотворно влияет на здоровье человека, например, инфракрасные сауны, о которых сегодня много говорят. Используют их при лечении гипертонии, сердечной недостаточности, ревматоидного артрита.

Метеорология. Высота облаков, температура поверхности воды и земли определяется со спутников, делающих инфракрасные изображения. На таких снимках холодные облака окрашены в белый цвет, теплые же облака окрашены в серый цвет. Черным или серым цветом окрашивается горячая поверхность земли.

Астрономия. При наблюдении за небесными объектами астрономы используют специальные инфракрасные телескопы. Благодаря этим телескопам ученые определяют протозвезды до момента излучения ими видимого света, различают прохладные объекты, наблюдают ядра галактик.

Искусство. И здесь инфракрасное излучение нашло применение. Искусствоведы, благодаря инфракрасным рефлектограммам, видят нижние слои картин, наброски художника. Данный прибор помогает отличить оригинал от копии, ошибки реставрационных работ. С его помощью изучаются старые письменные документы.

Медицина. Широко известны лечебные свойства ИК – терапии. Нагретая глина, песок, соль издавна считались целебными и благотворно влияющими на организм человека. ИК помогают лечить переломы, улучшают обмен веществ в организме, ведут борьбу с ожирением, способствуют заживлению ран, улучшают циркуляцию крови, оказывают благотворное влияние на суставы и мышцы.

Кроме этого лечебное воздействие используют при заболеваниях:

  1. Хроническим бронхитом и бронхиальной астмой;
  2. Пневмонией;
  3. Хроническим холециститом и его обострением;
  4. Простатитом с нарушением потенции;
  5. Ревматоидным артритом;
  6. При заболеваниях мочевыводящих путей и др.

Для того чтобы использовать инфракрасные лучи в лечебных целях, необходимо учитывать противопоказания.

Большой вред они могут принести:

  1. Когда у человека есть гнойные заболевания;
  2. Скрытые кровотечения;
  3. Заболевания крови;
  4. Новообразования и, прежде всего, злокачественные;
  5. Воспалительные заболевания, чаще всего острые.

Коротковолновые ИК отрицательно воздействуют на мозговую ткань человека, в результате чего наблюдается «солнечный удар». Вред в этом случае очевиден. Человек испытывает головную боль, пульс и дыхание становятся учащенными, в глазах темнеет, возможна потеря сознания. При дальнейшем облучении организм не выдерживает – происходит отек тканей и оболочек мозга, появляются симптомы энцефалита и менингита. Короткие волны особенно сильный вред наносят глазам человека, сердечнососудистой системе.

Таким образом, получается, что польза воздействия ИК на организм, несмотря на отрицательные моменты, значительна.

Защита от инфракрасного излучения

Для снижения наносимого ИК вреда и защиты от него разработаны нормы ИК-облучения, безопасные для человека.

Основные мероприятия защиты:

  1. Устаревшие технологии необходимо заменить современными, что позволит снизить интенсивность излучения источника;
  2. Использование экранов из металлических сеток и цепей, облицовка асбестом открытых печных проёмов;
  3. Обязательная индивидуальная защита и, прежде всего, глаз очками со светофильтрами;
  4. Защита тела льняной или полульняной спецодеждой;
  5. Рациональный режим труда и отдыха;
  6. Обязательные лечебно-профилактические мероприятия работников.

Так и не нашли ответ
на свой вопрос?

Просто напиши с чем тебе
нужна помощь

Инфракрасные лучи их свойства и применения

«Физика – 11 класс»

Инфракрасное излучение

Электромагнитное излучение с частотами в диапазоне от 3 • 10 11 до 3,75 • 10 14 Гц называется инфракрасным излучением.
Его испускает любое нагретое тело даже в том случае, когда оно не светится.
Например, батареи отопления в квартире испускают инфракрасные волны, вызывающие заметное нагревание окружающих тел.
Поэтому инфракрасные волны часто называют тепловыми.

Не воспринимаемые глазом инфракрасные волны имеют длины волн, превышающие длину волны красного света (длина волны λ = 780 нм — 1 мм).
Максимум энергии излучения электрической дуги и лампы накаливания приходится на инфракрасные лучи.

Инфракрасное излучение применяют для сушки лакокрасочных покрытий, овощей, фруктов и т. д.
Созданы приборы, в которых не видимое глазом инфракрасное изображение объекта преобразуется в видимое.
Изготовляются бинокли и оптические прицелы, позволяющие видеть в темноте.

Ультрафиолетовое излучение

Электромагнитное излучение с частотами в диапазоне от 8 • 10 14 до 3 • 10 16 Гц называется ультрафиолетовым излучением (длина волны λ = 10—380 нм).

Обнаружить ультрафиолетовое излучение можно с помощью экрана, покрытого люминесцирующим веществом.
Экран начинает светиться в той части, на которую падают лучи, лежащие за фиолетовой областью спектра.

Ультрафиолетовое излучение отличается высокой химической активностью.
Повышенную чувствительность к ультрафиолетовому излучению имеет фотоэмульсия.
В этом можно убедиться, спроецировав спектр в затемненном помещении на фотобумагу.
После проявления бумага почернеет за фиолетовым концом спектра сильнее, чем в области видимого спектра.

Ультрафиолетовые лучи не вызывают зрительных образов: они невидимы.
Но действие их на сетчатку глаза и кожу велико и разрушительно.
Ультрафиолетовое излучение Солнца недостаточно поглощается верхними слоями атмосферы.
Поэтому высоко в горах нельзя оставаться длительное время без одежды и без темных очков.
Стеклянные очки, прозрачные для видимого спектра, защищают глаза от ультрафиолетового излучения, так как стекло сильно поглощает ультрафиолетовые лучи.

Впрочем, в малых дозах ультрафиолетовые лучи оказывают целебное действие.
Умеренное пребывание на солнце полезно, особенно в юном возрасте: ультрафиолетовые лучи способствуют росту и укреплению организма.
Кроме прямого действия на ткани кожи (образование защитного пигмента — загара, витамина D2), ультрафиолетовые лучи оказывают влияние на центральную нервную систему, стимулируя ряд важных жизненных функций в организме.

Ультрафиолетовые лучи оказывают также бактерицидное действие.
Они убивают болезнетворные бактерии и используются с этой целью в медицине.

Итак,
Нагретое тело испускает преимущественно инфракрасное излучение с длинами волн, превышающими длины волн видимого излучения.
Ультрафиолетовое излучение — более коротковолновое и обладает высокой химической активностью.

Шкала электромагнитных волн

Длина электромагнитных волн изменяется в широком диапазоне. Независимо от длины волны все электромагнитные волны обладают одинаковыми свойствами. Существенные различия наблюдаются при взаимодействии с веществом: коэффициенты поглощения и отражения зависят от длины волны.

Длина электромагнитных волн бывает самой различной: от 10 3 м (радиоволны) до 10 -10 м (рентгеновские лучи).
Свет составляет ничтожную часть широкого спектра электромагнитных волн.
При изучении этой малой части спектра были открыты другие излучения с необычными свойствами.

На рисунке изображена шкала электромагнитных волн с указанием длин волн и частот различных излучений:

Принято выделять:
низкочастотное излучение,
радиоизлучение,
инфракрасные лучи,
видимый свет,
ультрафиолетовые лучи,
рентгеновские лучи,
γ-излучение
.

Принципиального различия между отдельными излучениями нет.
Все они представляют собой электромагнитные волны, порождаемые заряженными частицами.

Обнаруживаются электромагнитные волны в основном по их действию на заряженные частицы.
В вакууме электромагнитное излучение любой длины волны распространяется со скоростью 300 000 км/с.
Границы между отдельными областями шкалы излучений весьма условны.

Излучения различных длин волн отличаются друг от друга по способам их получения (излучение антенны, тепловое излучение, излучение при торможении быстрых электронов и др.) и методам регистрации.

Все перечисленные виды электромагнитного излучения порождаются также космическими объектами и успешно исследуются с помощью ракет, искусственных спутников Земли и космических кораблей.
В первую очередь это относится к рентгеновскому и у-излучениям, сильно поглощаемым атмосферой.
По мере уменьшения длины волны количественные различия в длинах волн приводят к существенным качественным различиям.

Излучения различной длины волны очень сильно отличаются друг от друга по поглощению их веществом.
Коротковолновые излучения (рентгеновское и особенно γ-лучи) поглощаются слабо.
Непрозрачные для волн оптического диапазона вещества прозрачны для этих излучений.

Коэффициент отражения электромагнитных волн также зависит от длины волны.

Источник: «Физика – 11 класс», учебник Мякишев, Буховцев, Чаругин

Излучение и спектры. Физика, учебник для 11 класса – Класс!ная физика

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Загрузка ...
Adblock
detector