Инфракрасное излучение. Подробно о инфракрасном излучении

ВВЕДЕНИЕ

Несовершенство собственной природы, компенсируемое гибкостью интеллекта, непрерывно толкало человека к поиску. Желание летать как птица, плавать как рыба, или, скажем, видеть ночью подобно кошке, воплощались в действительность по мере достижения требуемых знаний и технологий. Научные изыскания часто подстегивались нуждами военной деятельности, а результаты определялись существующим технологическим уровнем.

Расширение диапазона зрения для визуализации недоступной для глаз информации является одной из наиболее трудных задач, так как требует серьезной научной подготовки и значительной технико-экономической базы. Первые успешные результаты в этом направлении были получены в 30-х годах XX века. Особенную актуальность проблема наблюдения в условиях низкой освещенности приобрела в ходе Второй мировой войны.

Естественно, усилия, затраченные в этом направлении, привели к прогрессу в научных исследованиях, медицине, техники связи и других областях.

ФИЗИКА ИНФРАКРАСНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

Инфракрасное излучение - электромагнитное излучение, занимающее спектральную область между красным концом видимого света (с длиной волны (=м) и коротковолновым радиоизлучением(=м).Открыто инфракрасное излучение было в 1800 г. английским ученым У. Гершелем. Спустя 123 года после открытия инфракрасного излучения советский физик А.А. Глаголева-Аркадьева получила радиоволны с длиной волны равной приблизительно 80 мкм, т.е. располагающиеся в инфракрасном диапазоне длин волн. Это доказало, что свет, инфракрасные лучи и радиоволны имеют одинаковую природу, все это лишь разновидности обычных электромагнитных волн.

Инфракрасное излучение также называют «тепловым» излучением, так как что все тела, твердые и жидкие, нагретые до определенной температуры излучают энергию в инфракрасном спектре.

ИСТОЧНИКИ ИК ИЗЛУЧЕНИЯ

ОСНОВНЫЕ ИСТОЧНИКИ ИК ИЗЛУЧЕНИЯ НЕКОТОРЫХ ОБЪЕКТОВ

Инфракрасное излучение баллистических ракет и космических объектов

Инфракрасное излучение самолетов

Инфракрасное излучение надводных кораблей

Факел маршевого

двигателя, предста- вляющий собой поток горящих газов, несущих взвешенные твердые частицы золы и сажи, которые образуются при сгорании ракетного топлива.

Корпус ракеты.

Земля, которая отражает часть солнечных лучей, попавших на нее.

Сама Земля.

Отраженное от планера самолета излучение Солнца, Земли, Луны и других источников.

Собственное тепловое излучение удлинительной трубы и сопла турбореак-тивного двигателя или выхлопных патрубков поршневых двигателей.

Собственное тепловое излу-чение струи выхлопных газов.

Собственное тепловое излучение обшивки самолета, возникающее за счет аэродина-мического нагрева при полете с большими скоростями.

Кожух дымовой трубы.

Выхлопное

отверстие дымовой трубы

ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА ИК ИЗЛУЧЕНИЯ

1. Проходит через некоторые непрозрачные тела, также сквозь дождь,

дымку, снег.

2. Производит химическое действие на фотопластинки.

3. Поглощаясь веществом, нагревает его.

4. Вызывает внутренний фотоэффект у германия.

5. Невидимо.

6. Способно к явлениям интерференции и дифракции.

7. Регистрируют тепловыми методами, фотоэлектрическими и

фотографическими.

ХАРАКТЕРИСТИКИ ИК ИЗЛУЧЕНИЯ

Собственное Отраженное Ослабление Физические

тепловое объектами ИК ИК излучения особенности ИК

излучение излучение в атмосфере излучения фонов

Характе-ристики

Осн. понятия

Собствен-ное тепловое излуче-ние нагретых тел

Фундаментальное понятие - абсолютно черное тело. Абсолютно черным телом называется тело, поглощающее все падающие на него излучения на любых длинах волн. Распределение интенсивности излучения черного тела (з/н Планка): ,где -спектральная яркость излучения при температуре Т,-длина волны в мкм, С1 и С2 - постоянные коэффициенты: С1=1,19*Вт*мкм*см*ср,

С2=1,44*мкм*град. Максимумдлины волны(закон Вина): , где Т-абсолютная температура тела.

Интегральная плотность излучения- закон Стефана - Больцмана:

Отраженное объек-тами ИК излуче-ние

Максимум солнечного излучения, определяющий отраженную составляющую, соответствует длинам волн короче 0,75 мкм, а 98% всей энергии излучения Солнца приходится на участок спектра до 3 мкм. Часто эту длину волны считают граничной, разделяющей отраженную (солнечную) и собственную составляющие ИК излучения объектов. Следовательно, можно принять, что в ближней части ИК спектра (до 3 мкм) определяющей является отраженная составляющая и распределение лучистости по объектам зависит от распределения коэффициента отражения и облученности. Для дальней части ИК спектра определяющим является собственное излучение объектов, а распределение лучистости по их площади зависит от распределения коэффициентов излучения и температуры.

В средневолновой части ИК спектра необходимо учитывать все четыре параметра.

Ослабле-ние ИК излуче-ния в атмосфе-ре

В ИК-диапазоне длин волн имеется несколько окон прозрачности и зависимость пропускания атмосферы от длины волны имеет весьма сложный вид. Ослабление ИК излучения определяется полосами поглощения водяных паров и газовых составляющих, главным образом углекислого газа и озона, а также явлениями рассеивания излучения. Смотреть рисунок «Поглощение ИК излучения».

Физи-ческие особен-ности ИК излуче-ния фонов

ИК излучение имеет две составляющие: собственное тепловое излучение и отраженное (рассеянное) излучение Солнца и других внешних источников. В диапазоне длин волн короче 3 мкм доминирует отраженное и рассеянное солнечное излучение. В этом диапазоне длин волн, как правило, можно пренебречь собственным тепловым излучением фонов. Наоборот, в диапазоне длин волн более 4 мкм преобладает собственное тепловое излучение фонов и можно пренебречь отраженным (рассеянным) солнечным излучением. Диапазон длин волн 3-4 мкм является как бы переходным. В этом диапазоне наблюдается ярко выраженный минимум яркости фоновых образований.

ПОГЛОЩЕНИЕ ИК ИЗЛУЧЕНИЯ

Спектр пропускания атмосферы в ближней и средней инфракрасной области (1,2-40 мкм) на уровне моря (нижняя кривая на графиках) и на высоте 4000 м (верхняя кривая); в субмиллиметровом диапазоне (300-500 мкм) излучение до поверхности Земли не доходит.

ВОЗДЕЙСТВИЕ НА ЧЕЛОВЕКА

С древних времен люди хорошо знали благотворную силу тепла или, говоря научным языком, инфракрасного излучения.

В инфракрасном спектре есть область с длинами волн примерно от 7 до 14 мкм(так называемая длинноволновая часть инфракрасного диапазона), оказывающая на организм человека по - настоящему уникальное полезное действие. Эта часть инфракрасного излучения соответствует излучению самого человеческого тела с максимумом на длине волны около 10 мкм. Поэтому любое внешнее излучение с такими длинами волн наш организм воспринимает как «своё». Самый известный естественный источник инфракрасных лучей на нашей Земле - это Солнце, а самый известный на Руси искусственный источник длинноволновых инфракрасных лучей - это русская печь, и каждый человек обязательно испытывал на себе их благотворное влияние. Приготовление пищи с помощью инфракрасных волн делает пищу особенно вкусной, сохраняет витамины и минералы, при этом не имеет ничего общего с микроволновыми печами.

Воздействуя на организм человека в длинноволновой части инфракрасного диапазона, можно получить явление, называемое «резонансным поглощением», при котором внешняя энергия будет активно поглощаться организмом. В результате этого воздействия повышается потенциальная энергия клетки организма, и из нее уходит не связанная вода, повышается деятельность специфических клеточных структур, растет уровень иммуноглобулинов, увеличивается активность ферментов и эстрогенов, происходят и другие биохимические реакции. Это касается всех типов клеток организма и крови.

ОСОБЕННОСТИ ИЗОБРАЖЕНИЙ ОБЪЕКТОВ В ИК ДИАПАЗОНЕ

Инфракрасные изображения имеют непривычное для наблюдателя распределение контрастов между известными предметами вследствии иного распределения оптических характеристик поверхностей объектов в ИК диапазоне по сравнению с видимой частью спектра. ИК излучения позволяют обнаружить на ИК снимках предметы, не заметные на обычных фотоснимках. Можно выявлять участки поврежденных деревьев и кустарников, а также вскрывать факты использования свежесрезанной растительности для маскировки объектов. Различная передача тонов на изображениях, привела к созданию так называемой многозональной съемки, при которой один и тот же участок плоскости предметов одновременно фотографируется в разных зонах спектра многозональной камерой.

Другая особенность ИК изображений, свойственная тепловым картам, состоит в том, что в их формировании кроме отраженного излучения участвует и собственное, а в ряде случаев лишь оно одно. Собственное излучение определяется излучательной способностью поверхностей предметов и их температурой. Это дает возможность выявлять на тепловых картах нагретые поверхности или их участки, совершенно не обнаруживающиеся на фотоснимках, и использовать тепловые изображения как источник информации о температурном состо-янии предмета.

ИК изображения позволяют получать информацию и об объектах, которые уже отсутствуют в момент съемки. Так, например, на поверхности площадки в месте стоянки самолета сохраняется в течение некоторого времени его тепловой портрет, который может быть зарегистрирован на ИК снимке.

Четвертой особенностью тепловых карт является возможность регистрации объектов как при отсутствии падающего излучения, так и при отсутствии температурных перепадов; только за счет различий в излучательной способности их поверхностей. Это свойство позволяет наблюдать объекты в полной темноте и в таких условиях, когда темпе-ратурные различия выравнены до невоспринимаемых. В таких условиях особенно четко выявляются неокрашенные металлические поверхности, имеющие низкую излучательную способность, на фоне неметаллических предметов, выглядящих более светлыми ("темными"), хотя их температуры одинаковы.

Еще одна особенность тепловых карт связана с динамичностью тепловых процессов, протекающих в течение суток В связи с естественным суточным ходом температур все предметы на земной поверхности участвуют в постоянно протекающем теплообменном процессе. При этом температура каждого тела зависит от условий теплообмена, физических свойств окружающей среды, собственных свойств данного объекта (теплоемкость, теплопроводность) и др. В зависимости от этих факторов соотношение температур смежных предметов изменяется в течение суток, поэтому тепловые карты, полученные в разное время даже от одних и тех же объектов, отличаются друг от друга.

ПРИМЕНЕНИЕ ИНФРАКРАСНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

В двадцать первом веке началось внедрение инфракрасных излучений в нашу жизнь. Теперь оно находит применение в промышленности и в медицине, в быту и сельском хозяйстве. Оно универсально и может применяться для самых разнообразных целей. Используют в криминалистике, в физиотерапии, в промышленности для сушки окрашенных изделий, стен зданий, древесины, фруктов. Получают изображения предметов в темноте, приборах ночного видения (ночные бинокли), тумане.

Приборы ночного видения - история поколений

Нулевое поколение

«Стакан Холста»

Трех- и двухэлектродная системы

    Фотокатод

    Манжета

  1. Фокусирующий электрод

середина 30-х годов

вательском центре фирмы "Филипс", Голландия

За рубежом - Зворыкин, Фарнсворд, Мортон и фон Арденна; в СССР - Г.А. Гринберг, А.А. Арцимович

Этот ЭОП представлял собой два вложенных друг в друга стакана, на плоские донышки которых и наносились фотокатод и люминофор. Приложенное к этим слоям высоковольтное напряжение, создавало

электростатическое поле, обеспечивающее прямой перенос электронного изображения с фотокатода на экран с люминофором. В качестве фоточувствительного слоя в "стакане Холста" использовался серебряно-кислородно-цезиевый фотокатод, имевший довольно низкую чувствительность, хотя и работоспособный в диапазоне до 1,1 мкм. К тому же, этот фотокатод обладал высоким уровнем шумов, для устранения которых требовалось охлаждение до минус 40 °С.

Достижения электронной оптики позволили заменить прямой перенос изображения фокусировкой электростатическим полем. Наибольшим недостатком ЭОП с электростатическим переносом изображения является резкий спад разрешающей способности от центра поля зрения к краям из-за несовпадения криволинейного электронного изображения с плоским фотокатодом и экраном. Для решения этой проблемы их стали делать сферическими, что существенно усложнило конструкцию объективов, рассчитываемых обычно на плоские поверхности.

Первое поколение

Многокаскадные ЭОП

СССР, М.М. Бутслов

фирмами RCA, ITT (США), Philips (Нидерланды)

На базе волоконно-оптических пластин (ВОП), представляющих собой пакет из множества светодиодов, были разработаны плосковогнутые линзы, которые и стали устанавливать взамен входного и выходного окон. Оптическое изображение, спроецированное на плоскую поверхность ВОП, без искажений передается на вогнутую сторону, что и обеспечивает сопряжение плоских поверхностей фотокатода и экрана с криволинейным электронным полем. В результате применения ВОП разрешающая способность стала по всему полю зрения такой же, как и в центре.

Второе поколение

Вторично-эмиссионный усилитель

Псевдобинокуляр

1- фотокатод

3- микроканальная пластина

4– экран

В 70-е годы

фирмами США

фирма "Praxitronic" (ФРГ)

Этот элемент представляет собой сито с регулярно расположенными каналами диаметром около 10 мкм и толщиной не более 1 мм. Число каналов равно числу элементов изображения и имеет порядок 10 6 . Обе поверхности микроканальной пластины (МКП) полируются и металлизируются, между ними прикладывается напряжение в несколько сотен вольт.

Попадая в канал, электрон испытывает соударения со стенкой и выбивает вторичные электроны. В тянущем электрическом поле этот процесс многократно повторяется, позволяя получить коэффициент усиления NxlO 4 раз. Для получения каналов МКП используется разнородное по химическому составу оптическое волокно.

Были разработаны ЭОП с МКП бипланарной конструкции, то есть без электростатической линзы, своего рода технологический возврат к прямому, как и в "стакане Холста", переносу изображения. Полученные миниатюрные ЭОП позволили разработать очки ночного видения (ОНВ) псевдобинокулярной системы, где изображение с одного ЭОП разводится на два окуляра с помощью светоделительной призмы. Оборот изображения здесь осуществляется в дополнительных мини-объективах.

Третье поколение

ЭОП П + и SUPER II +

начато в 70-х годах до нашего времени

в основном американские компании

Длительная научная разработка и сложная технология изготовления, определяющие высокую стоимость ЭОП третьего поколения, компенсируется предельно высокой чувствительностью фотокатода. Интегральная чувствительность некоторых образцов достигает 2000 мА/Вт, квантовый выход (отношение числа эмитированных электронов к числу падающих на фотокатод квантов с длиной волны в области максимальной чувствительности) превышает 30%! Ресурс таких ЭОП составляет около 3 000 часов, стоимость от 600 до 900$, в зависимости от конструкции.

ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭОП

Поколения ЭОП

Тип фото-катода

Интегральная

чувствитель-ность,

Чувствитель-ность на

длинах волн 830-850

Коэффи-циент усиления,

Доступная

дальность

распознования

фигуры человека в

условиях естественной ночной освещенности, м

"Стакан Холста"

около 1, ИК подсветка

только при свете луны или ИК осветителе

Super II + или II ++

Инфракрасное излучение - электромагнитное излучение в диапазоне длин волн от м дом.В качестве источника инфракрасного (ИК) излучения может рассматриваться любое тело (газообразное, жидкое, твердое) с температурой выше абсолютного нуля (-273°С). Зрительный анализатор человека не воспринимает лучи в инфракрасном диапазоне. Поэтому видовые демаскирующие признаки в этом диапазоне добываются с помощью специальных приборов (ночного видения, тепловизоров), имеющих худшее разрешение, чем глаз человека. В общем случае к демаскирующим признакам объекта в ИК-диапазоне относятся следующие: 1)геометрические характеристики внешнего вида объекта (форма, размеры, детали поверхности); 2) температура поверхности. Инфракрасные лучи абсолютно безопасны для организма человека в отличие от рентгеновских, ультрафиолетовых или СВЧ. Нет такой области, где бы не пригодился природный метод передачи тепла. Ведь всем известно, умнее природы человеку не стать, мы можем лишь подражать ей.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Курбатов Л.Н. Краткий очерк истории разработок приборов ночного видения на основе электронных оптических преобразователей и усилителей изображения// Вопр. Оборон. Техники. Сер. 11. - 1994

2. Кощавцев Н.Ф., Волков В.Г. Приборы ночного видения//Вопр. Оборон. Техники. Сер. П.- 1993 - Вып. 3 (138).

3. Леконт Ж., Инфракрасное излучение. М.: 2002. 410 с.

4. Меньшаков Ю.К., М51 Защита объектов и информации от технических средств разведки. М.: Российск. Гос. Гуманит. У-т, 2002. 399 с.

Свет – это залог существования живых организмов на Земле. Существует огромное количество процессов, которые могут протекать благодаря воздействию инфракрасного излучения. Помимо этого, его применяют в лечебных целях. С ХХ века терапия светом стала значимой составляющей традиционной медицины.

Особенности излучения

Фототерапия – это специальный раздел в физиотерапии, занимающийся изучением воздействия волны световой на организм человека. Было отмечено, что волны имеют различный диапазон, поэтому они по-разному сказываются на человеческом организме. Важно отметить, излучение владеет самой большой глубиной проникновения. Что касается поверхностного влияния, то им обладает ультрафиолет.

Диапазон инфракрасного спектра (спектр излучения) имеет соответствующую длину своей волны, а именно 780 нм. до 10000 нм. Что касается физиотерапии, то для лечения человека применяется длина волны, которая колеблется в спектре от 780 нм. до 1400 нм. Данный диапазон инфракрасного излучения считается нормой для терапии. Простыми словами, применяется соответствующая длина волны, а именно более короткая, способная проникать в кожу на три сантиметра. Помимо этого, учитывается специальная энергия кванта, частота излучений.

Согласно многим исследованиям, было установлено, что свет, радиоволны, лучи инфракрасные, обладают одной природой, так как это разновидности электромагнитной волны, которая окружает людей повсюду. Подобные волны обеспечивают работу телевизоров, мобильных телефонов и радио. Простыми словами, волны позволяют человеку увидеть окружающий мир.

Инфракрасный спектр имеет соответствующую частоту, длина волны которой 7-14 мкм, что оказывает уникальное воздействие на организм человека. Данная часть спектра соответствует излучениям человеческого тела.

Что касается объектов кванта, то молекулы не имеют возможности произвольно колебаться. Каждая молекула кванта обладает определенным комплексом энергии, частот излучений, которыми запасаются в момент колебаний. Однако стоит учесть, что молекулы воздуха оснащены обширным набором таких частот, поэтому атмосфера способна поглощать излучение в разнообразных спектрах.

Источники излучения

Солнце является основным источником ИК.

Благодаря ему предметы могут нагреваться до конкретной температуры. В итоге осуществляется излучение тепловой энергии в спектре данных волн. Затем энергия доходит к объектам. Процесс передачи тепловой энергии осуществляется от предметов с высокой температурой к более низкой. В этой ситуации у объектов присутствуют различные излучающие свойства, имеющие зависимость от нескольких тел.

Источники инфракрасного излучения присутствуют повсюду, они оснащенными такими элементами, как светодиоды. Все современные телевизоры оснащены пультами, работающими на дистанционном управлении, так как он функционирует в соответствующей частоте инфракрасного спектра. В их составе имеются светодиоды. Различные источники инфракрасного излучения можно увидеть на промышленных производствах, например: в сушке лакокрасочных поверхностей.

Самым ярким представителем искусственного источника на Руси являлись русские печи. Практически все люди испытали на себе влияние подобной печи, а также оценили ее пользу. Именно поэтому от нагретой печи или же радиатора отопления можно почувствовать такое излучение. В настоящее время огромной популярностью пользуются обогреватели инфракрасные. Они обладают перечнем преимуществ по сравнению с конвекционным вариантом, так как более экономичны.

Значение коэффициента

В инфракрасном спектре имеется несколько разновидностей коэффициента, а именно:

  • излучения;
  • коэффициент отражения;
  • пропускной коэффициент.

Итак, коэффициент излучения является способностью объектов излучать частоту излучений, а также энергию кванта. Может меняться в соответствии с материалом и его свойствами, а также температуры. Коэффициент имеет такое максимальное излечение = 1, но в реальной ситуации он всегда меньше. Что касается низкой способности излучения, то ею наделены элементы, имеющие блестящую поверхность, а также металлы. Коэффициент зависит от температурных показателей.

Коэффициент отражения дает увидеть возможность материалов отражать частоту изучений. Зависит от типа материалов, свойств и температурных показателей. В основном отражение имеется у полированных и гладких поверхностей.

Коэффициент пропускания показывает способность предметов проводить сквозь себя частоту инфракрасного излучения. Подобный коэффициент напрямую зависит от толщины и разновидности материала. Важно заметить, что большая часть материалов не имеет такой коэффициент.

Использование в медицине

Световое лечение инфракрасным излучением стало достаточно популярным в современном мире. Применение инфракрасного излучения в медицине обусловлено тем, что методика имеет лечебные свойства. Благодаря этому, наблюдается благотворное влияние на организм человека. Тепловое влияние образует в тканях тело, регенерирует ткани и стимулирует репарацию, ускоряет физико-химические реакции.

Помимо этого, организм испытывает значительные улучшения, так как происходят такие процессы:

  • ускорение кровотока;
  • расширение сосудов;
  • выработка биологически активных веществ;
  • мышечная релаксация;
  • прекрасное настроение;
  • комфортное состояние;
  • хороший сон;
  • снижение давления;
  • снятие физического, психоэмоционального перенапряжения и прочее.

Видимый эффект от лечения наступает в течение нескольких процедур. Помимо отмеченных функций, инфракрасный спектр оказывает противовоспалительное влияние на организм человека, помогает бороться с инфекцией, стимулирует и укрепляет иммунную систему.

Подобная терапия в медицине имеет следующие свойства:

  • биостимулирующее;
  • противовоспалительное;
  • дезинтоксикационное;
  • улучшение кровотока;
  • пробуждение второстепенных функций организма.

Инфракрасное световое излучения, а точнее лечение им, имеет видимую пользу для человеческого организма.

Лечебные методики

Терапия бывает двух видов, а именно – общая, местная. Что касается местного воздействия, то лечение осуществляется на определенной части тела больного. Во время общей терапии, применение световой терапии рассчитано на весь организм.

Процедура осуществляется дважды в день, продолжительность сеанса колеблется в пределах 15-30 минут. Общий лечебный курс содержит не менее пяти – двадцати процедур. Следите за тем, чтобы была готова защита от инфракрасного излучения, предназначенная для области лица. Для глаз предназначены специальные очки, вата или же картонные накладки. После проведения сеанса, кожа покрывается эритемой, а именно – покраснениями, имеющими размытые границы. Эритема исчезает через час после процедуры.

Показания и противопоказания к лечению

ИК имеет основные показания к применению в медицине:

  • болезни лор-органов;
  • невралгия и неврит;
  • заболевания, затрагивающие опорно-двигательный аппарат;
  • патология глаз и суставов;
  • воспалительные процессы;
  • раны;
  • ожоги, язвы, дерматозы и рубцы;
  • астма бронхиальная;
  • цистит;
  • болезнь мочекаменная;
  • остеохондроз;
  • холецистит без камней;
  • артрит;
  • гастродуоденит в хронической форме;
  • пневмония.

Световое лечение имеет положительные результаты. Помимо лечебного эффекта, ИК может быть опасно для человеческого организма. Это обусловлено тем, что имеются определенные противопоказания, не соблюдая которые можно нанести вред здоровью.

Если имеются следующие недуги, то подобное лечение принесет вред:

  • период беременности;
  • болезни крови;
  • индивидуальная непереносимость;
  • хронические болезни в острой стадии;
  • гнойные процессы;
  • туберкулез активной формы;
  • предрасположенность к кровотечениям;
  • новообразования.

Следует учитывать указанные противопоказания, чтобы не причинить вреда собственному здоровью. Слишком высокая интенсивность излучения способна причинить огромный вред.

Что касается вреда ИК в медицине и на производстве, то может возникнуть ожог и сильнейшее покраснение кожного покрова. В некоторых случаях у людей возникали опухоли на лице, так как они контактировали с данным излучением достаточно долго. Существенный вред инфракрасного излучения может вылиться в форме дерматитов, а также бывает тепловой удар.

Инфракрасные лучи достаточно опасны для глаз, особенно в диапазоне до 1,5 мкм. Длительное воздействие оказывает существенный вред, так как появляется светобоязнь, катаракта, проблемы со зрением. Длительное влияние ИК – очень опасно не только для людей, но для растений. Используя оптические приборы, можно постараться исправить проблему со зрением.

Воздействие на растения

Всем известно, что ИК оказывают благотворное влияние на рост, развитие растений. Например, если обустроить теплицу обогревателем с ИК, то можно увидеть ошеломляющий результат. Обогрев осуществляется в инфракрасном спектре, где соблюдается определенная частота, а волна равна от 50 000 нм. до 2 000 000 нм.

Существуют достаточно интересные факты, согласно которым можно узнать, что все растения, живые организмы, подвергаются влиянию солнечного света. Радиация солнца имеет определенный диапазон, состоящий из 290 нм. – 3000 нм. Простыми словами, лучистая энергия оказывает важную роль в жизни каждого растения.

Учитывая интересные и познавательные факты, можно определить, что растения нуждаются в свете и солнечной энергии, так как они отвечают за формирование хлорофилла и хлоропластов. Скорость света влияет на растяжение, зарождение клеток и ростовых процессов, сроки плодоношения и цветения.

Специфика микроволновой печи

Бытовые микроволновые печи оснащены микроволнами, показатели которых немного ниже гамма и рентгеновских лучей. Такие печи способны спровоцировать ионизирующий эффект, который несет опасность человеческому здоровью. Микроволны расположились в промежутке между инфракрасными и радиоволнами, поэтому такие печи не могут ионизировать молекулы, атомы. Исправные СВЧ-печи не оказывают воздействия на людей, так как они впитываются в пищу, образуя тепло.

СВЧ-печи – не могут излучать радиоактивных частиц, поэтому не оказывают радиоактивного влияния на пищу и живые организмы. Именно поэтому не стоит переживать, что микроволновые печи способны навредить вашему здоровью!

> Инфракрасные волны

Что такое инфракрасные волны : длина волны инфракрасного излучения, диапазон инфракрасных волн и частота. Изучите схемы инфракрасного спектра и источники.

Инфракрасный свет (ИК) – электромагнитные лучи, которые по показателю длин волн превышает видимый (0.74-1 мм).

Задача обучения

  • Разобраться в трех диапазонах ИК-спектра и описать процессы поглощения и излучения молекулами.

Основные моменты

  • ИК-свет вмещает большую часть теплового излучения, создаваемого телами примерно комнатной температуры. Излучается и поглощается, если во вращении и колебании молекул происходят изменения.
  • ИК часть спектра можно разбить на три области по длине волн: дальний инфракрасный (300-30 ТГц), средний (30-120 ТГц) и ближний (120-400 ТГц).
  • ИК также именуют тепловым излучением.
  • Важно разобраться в концепции излучательной способности, чтобы понять ИК.
  • ИК-лучи можно применить для дистанционного определения температуры объектов (термография).

Термины

  • Термография – дистанционное вычисление перемен температуры тела.
  • Тепловая радиация – электромагнитное излучение, создаваемое телом из-за температуры.
  • Излучательная способность – умение поверхности излучать.

Инфракрасные волны

Инфракрасный (ИК) свет – электромагнитные лучи, которые по показателю длин волн превосходят видимый свет (0.74-1 мм). Диапазон инфракрасных волн сходится с диапазоном частот 300-400 ТГц и вмещает огромное количество теплового излучения. ИК-свет поглощается и излучается молекулами при изменении во вращении и колебаниях.

Перед вами главные категории электромагнитных волн. Разделительные линии в некоторых местах отличаются, а другие категории могут перекрываться. Микроволны занимают высокочастотный участок радиосекции электромагнитного спектра

Подкатегории ИК-волн

ИК-часть электромагнитного спектра занимает диапазон от 300 ГГц (1 мм) до 400 ТГц (750 нм). Можно выделить три вида инфракрасных волн:

  • Дальний ИК-диапазон: 300 ГГц (1 мм) до 30 ТГц (10 мкм). Нижнюю часть можно именовать микроволнами. Эти лучи поглощаются из-за вращения в газофазных молекулах, молекулярных движениях в жидкостях и фотонов в твердых телах. Вода в земной атмосфере так сильно поглощается, что делает ее непрозрачной. Но есть определенные длины волн (окна), используемые для пропускания.
  • Средний ИК-диапазон: 30 до 120 ТГц (от 10 до 2.5 мкм). Источниками выступают горячие объекты. Поглощается колебаниями молекул (разнообразные атомы вибрируют в позициях равновесия). Иногда этот диапазон именуют отпечатком пальца, потому что это специфическое явление.
  • Ближайший ИК-диапазон: 120 до 400 TГц (2500-750 нм). Эти физические процессы напоминают те, что происходят в видимом свете. Наиболее высокие частоты можно найти определенной разновидностью фотографической пленки и датчиками для инфракрасной, фото- и видеосъемки.

Тепло и тепловое излучение

Инфракрасное излучение именуют также тепловым. ИК-свет от Солнца охватывает всего 49% земного нагрева, а все остальное – видимый свет (поглощается и повторно отбивается на более длинных волнах).

Тепло – энергия в переходной форме, которая течет из-за разницы в температурных показателях. Если тепло передается теплопроводностью или конвекцией, то излучение способно распространяться в вакууме.

Чтобы разобраться в ИК-лучах, следует внимательно рассмотреть концепцию излучательной способности.

Источники ИК-волн

Люди и большая часть планетарного окружения создают тепловые лучи на 10 мкм. Это граница, отделяющая среднюю и дальнюю ИК-области. Многие астрономические тела испускают улавливаемое количество ИК-лучей на нетепловых длинах волн.

ИК-лучи можно использовать, чтобы вычислять температурные показатели объектов на расстоянии. Этот процесс именуют термографией и активнее всего используют в военном и промышленном употреблении.

Термографическое изображение собаки и кошки

ИК-волны также используют в отоплении, связи, метеорологии, спектроскопии, астрономии, биологии и медицине, а также анализе произведений искусства.

Для того, чтобы понять принцип работы инфракрасных излучателей, необходимо представлять себе суть такого физического явления как инфракрасное излучение.

Диапазон инфракрасного излучения и длина волны

Инфракрасное излучение - это разновидность электромагнитного излучения, занимающего в спектре электромагнитных волн диапазон от 0,77 до 340 мкм. При этом диапазон от 0,77 до 15 мкм считается коротковолновым, от 15 до 100 мкм - средневолновым, а от 100 до 340 - длинноволновым.

Коротковолновая часть спектра примыкает к видимому свету, а длинноволновая сливается с областью ультракоротких радиоволн. Поэтому инфракрасное излучение обладает как свойствами видимого света (распространяется прямолинейно, отражается, преломляется как и видимый свет), так и свойствами радиоволн (оно может проходить сквозь некоторые материалы, непрозрачные для видимого излучения).

Инфракрасные излучатели с температурой на поверхности от 700 С до 2500 С имеют длину волны 1,55-2,55 мкм и называются "светлыми" - по длине волны они ближе к видимому свету, излучатели с более низкой температурой поверхности имеют большую длину волны и называются "темными".

Источники инфракрасного излучения

Вообще говоря, любое тело, нагретое до определенной температуры, излучает тепловую энергию в инфракрасном диапазоне спектра электромагнитных волн и может передавать эту энергию посредством лучистого теплообмена другим телам. Передача энергии происходит от тела с более высокой температурой к телу с более низкой температурой, при этом, разные тела имеют различную излучающую и поглощающую способность, которая зависит от природы двух тел, от состояния их поверхности и т.д.

Электромагнитное излучение обладает квантово-фотонным характером. При взаимодействии с веществом фотон поглощается атомами вещества, передавая им свою энергию. При этом возрастает энергия тепловых колебаний атомов в молекулах вещества, т.е. энергия излучения переходит в теплоту.

Суть лучистого отопления состоит в том, что горелка, являясь источником излучения, генерирует, формирует в пространстве и направляет тепловое излучение в зону обогрева. Оно попадает на ограждающие конструкции (пол, стены), технологическое оборудование, людей, находящихся в зоне облучения, поглощается ими и нагревает их. Поток излучения, поглощаясь поверхностями, одеждой и кожей человека, создает тепловой комфорт без повышения температуры окружающего воздуха. Воздух в обогреваемых помещениях, оставаясь практически прозрачным для инфракрасного излучения, нагревается за счет "вторичного тепла", т.е. конвекции от конструкций и предметов, нагретых излучением.

Свойства и применение инфракрасного излучения

Установлено, что воздействие инфракрасного радиационного отопления благоприятно сказывается на человеке. Если тепловое излучение с длиной волны больше 2 мкм воспринимается в основном кожным покровом с проведением образовавшейся тепловой энергии внутрь, то излучение с длиной волны до 1,5 мкм проникает через поверхность кожи, частично нагревает ее, достигает сети кровеносных сосудов и непосредственно повышает температуру крови. При определенной интенсивности теплового потока его воздействие вызывает приятное тепловое ощущение. При лучистом обогреве человеческое тело отдает большую часть избыточного тепла путем конвекции окружающему воздуху, имеющему более низкую температуру. Такая форма теплоотдачи действует освежающе и благоприятно влияет на самочувствие.

В нашей стране изучение технологии инфракрасного отопления ведется с 30-х годов как применительно к сельскому хозяйству, так и для промышленности.

Проведенные медико-биологические исследования позволили установить, что системы инфракрасного отопления более полно отвечают специфике животноводческих помещений, чем конвективные системы центрального или воздушного отопления. Прежде всего, за счет того, что при инфракрасном обогреве температура внутренних поверхностей ограждений, особенно пола, превышает температуру воздуха в помещении. Этот фактор благоприятно сказывается на тепловом балансе животных, исключая интенсивные потери тепла.

Инфракрасные системы, работающие совместно с системами естественной, вентиляции обеспечивают снижение относительной влажности воздуха до нормативных значений (на свинофермах и в телятниках до 70-75% и ниже).

В результате работы этих систем температурно-влажностный режим в помещениях достигает благоприятных параметров.

Применение систем лучистого отопления для сельскохозяйственных зданий позволяет не только создавать необходимые условия микроклимата, но и интенсифицировать производство. Во многих хозяйствах Башкирии (колхоз им. Ленина, колхоз им. Нуриманова) значительно увеличилось получение приплода после внедрения инфракрасного отопления (увеличение опороса в зимний период в 4 раза), возросла сохранность молодняка (с 72,8% до 97,6%).

В настоящее время система инфракрасного отопления установлена и отработала уже один сезон на предприятии "Чувашский бройлер" в пригороде г. Чебоксары. По отзывам руководителей хозяйства, в период минимальных зимних температур -34-36 С система работала бесперебойно и обеспечивала требуемое тепло для выращивания птицы на мясо (напольное содержание) в период 48 дней. В настоящее время ими рассматривается вопрос об оборудовании инфракрасными системами остальных птичников.

ИНФРАКРАСНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ (ИК-излучение, ИК-лучи), электромагнитное излучение с длинами волн λ от около 0,74 мкм до около 1-2 мм, то есть излучение, занимающее спектральную область между красным концом видимого излучения и коротковолновым (субмиллиметровым) радиоизлучением. Инфракрасное излучение относится к оптическому излучению, однако в отличие от видимого излучения оно не воспринимается человеческим глазом. Взаимодействуя с поверхностью тел, оно нагревает их, поэтому часто его называют тепловым излучением. Условно область инфракрасного излучения разделяют на ближнюю (λ = 0,74-2,5 мкм), среднюю (2,5-50 мкм) и далёкую (50-2000 мкм). Инфракрасное излучение открыто У. Гершелем (1800) и независимо У. Волластоном (1802).

Спектры инфракрасного излучения могут быть линейчатыми (атомные спектры), непрерывными (спектры конденсированных сред) или полосатыми (молекулярные спектры). Оптические свойства (коэффициенты пропускания, отражения, преломления и т.п.) веществ в инфракрасном излучении, как правило, значительно отличаются от соответствующих свойств в видимом или ультрафиолетовом излучении. Многие вещества, прозрачные для видимого света, непрозрачны для инфракрасного излучения определённых длин волн, и наоборот. Так, слой воды толщиной в несколько сантиметров непрозрачен для инфракрасного излучения с λ > 1 мкм, поэтому вода часто используется в качестве теплозащитного фильтра. Пластинки из Ge и Si, непрозрачные для видимого излучения, прозрачны для инфракрасного излучения определённых длин волн, чёрная бумага прозрачна в далёкой ИК-области (такие вещества используют в качестве светофильтров при выделении инфракрасного излучения).

Отражательная способность большинства металлов в инфракрасном излучении значительно выше, чем в видимом излучении, и возрастает с увеличением длины волны (смотри Металлооптика). Так, отражение поверхностей Al, Au, Ag, Cu инфракрасного излучения с λ = 10 мкм достигает 98%. Жидкие и твёрдые неметаллические вещества обладают селективным (зависящим от длины волны) отражением инфракрасного излучения, положение максимумов которого зависит от их химического состава.

Проходя через земную атмосферу, инфракрасное излучение ослабляется вследствие рассеяния и поглощения атомами и молекулами воздуха. Азот и кислород не поглощают инфракрасное излучение и ослабляют его лишь в результате рассеяния, которое для инфракрасного излучения значительно меньше, чем для видимого света. Молекулы Н 2 О, О 2 , О 3 и др., присутствующие в атмосфере, селективно (избирательно) поглощают инфракрасное излучение, причём особенно сильно поглощают инфракрасное излучение пары воды. Полосы поглощения Н 2 О наблюдаются во всей ИК-области спектра, а полосы СО 2 - в её средней части. В приземных слоях атмосферы имеется лишь небольшое число «окон прозрачности» для инфракрасного излучения. Наличие в атмосфере частиц дыма, пыли, мелких капель воды приводит к дополнительному ослаблению инфракрасного излучения в результате его рассеяния на этих частицах. При малых размерах частиц инфракрасное излучение рассеивается меньше, чем видимое излучение, что используют в ИК-фотографии.

Источники инфракрасного излучения. Мощный естественный источник инфракрасного излучения - Солнце, около 50% его излучения лежит в ИК-области. На инфракрасное излучение приходится от 70 до 80% энергии излучения ламп накаливания; его испускают электрическая дуга и различные газоразрядные лампы, все типы электрических обогревателей помещений. В научных исследованиях источниками инфракрасного излучения служат ленточные вольфрамовые лампы, штифт Нернста, глобар, ртутные лампы высокого давления и др. Излучение некоторых типов лазеров также лежит в ИК-области спектра (например, длина волны излучения лазеров на неодимовом стекле составляет 1,06 мкм, гелий-неоновых лазеров - 1,15 и 3,39 мкм, СО 2 -лазеров - 10,6 мкм).

Приёмники инфракрасного излучения основаны на преобразовании энергии излучения в другие виды энергии, доступные для измерения. В тепловых приёмниках поглощённое инфракрасное излучение вызывает повышение температуры термочувствительного элемента, которое и регистрируется. В фотоэлектрических приёмниках поглощение инфракрасного излучения приводит к появлению или изменению силы электрического тока или напряжения. Фотоэлектрические приёмники (в отличие от тепловых) селективны, то есть чувствительны лишь к излучению определённой области спектра. Фоторегистрация инфракрасного излучения осуществляется с помощью специальных фотоэмульсий, однако они чувствительны к нему только для длин волн до 1,2 мкм.

Применение инфракрасного излучения. ИК-излучение широко применяют в научных исследованиях и для решения различных практических задач. Спектры испускания и поглощения молекул и твёрдых тел лежат в ИК-области, их изучают в инфракрасной спектроскопии, в структурных задачах, а также используют в качественном и количественном спектральном анализе. В далёкой ИК-области лежит излучение, возникающее при переходах между зеемановскими подуровнями атомов, ИК-спектры атомов позволяют изучать структуру их электронных оболочек. Фотографии одного и того же объекта, полученные в видимом и инфракрасном диапазонах, вследствие различия коэффициентов отражения, пропускания и рассеяния могут значительно различаться; на ИК-фотографии можно увидеть детали, невидимые на обычной фотографии.

В промышленности инфракрасное излучение используют для сушки и нагрева материалов и изделий, в быту - для обогрева помещений. На основе фотокатодов, чувствительных к инфракрасному излучению, созданы электронно-оптические преобразователи, в которых не видимое глазом ИК-изображение объекта преобразуется в видимое. На основе таких преобразователей построены различные ночного видения приборы (бинокли, прицелы и т.п.), позволяющие в полной темноте обнаруживать объекты, вести наблюдение и прицеливание, облучая их инфракрасным излучением от специальных источников. При помощи высокочувствительных приёмников инфракрасного излучения осуществляют теплопеленгацию объектов по их собственному инфракрасному излучению и создают системы самонаведения на цель снарядов и ракет. ИК-локаторы и ИК-дальномеры позволяют обнаруживать в темноте предметы, температура которых выше температуры окружающей среды, и измерять расстояния до них. Мощное излучение ИК-лазеров используют в научных исследованиях, а также для осуществления наземной и космической связи, для лазерного зондирования атмосферы и т. д. Инфракрасное излучения используется для воспроизведения эталона метра.

Лит.: Шрайбер Г. Инфракрасные лучи в электронике. М., 2003; Тарасов В. В., Якушенков Ю. Г. Инфракрасные системы «смотрящего» типа. М., 2004.



Понравилась статья? Поделитесь ей
Распечатать статью
Наверх