Как получают инфракрасное излучение. Польза и вред инфракрасного излучения

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 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 , 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 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 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 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.

Во все времена инфракрасное излучение окружало человека. До наступления технологического прогресса лучи солнца обеспечивали влияние на человеческий организм, а с появлением бытовой техники, инфракрасное излучение оказывает воздействие и в домашних условиях. Терапевтическое прогревание тканей организма с успехом используется в медицине для физиотерапевтического лечения различных патологий.

Свойства инфракрасного излучения были давно изучены учеными физиками и направлены на получение максимальной выгоды и пользы для человека. Все параметры вредного воздействия были учтены и рекомендованы способы защиты для сохранения здоровья человека.

Инфракрасные лучи: что это?

Невидимое электромагнитное излучение, обеспечивающее сильный тепловой эффект, называется инфракрасным. Длина лучей составляет от 0,74 до 2000 мкм, что находится между микроволновым радиоизлучением и видимыми красными лучами, которые являются самыми длинными в спектре солнца.

Еще в 1800 году астроном из Великобритании Уильям Гершель открыл электромагнитное излучение. Случилось это во время изучения лучей солнца: ученый заметил значительное нагревание приборов и смог дифференцировать невидимое излучение.

У инфракрасного излучения есть второе название – «тепловое». От предметов, способных поддерживать температуру, исходит тепло. Короткие инфракрасные волны греют сильнее, а если тепло ощущается слабое, значит, от поверхности исходят волны с дальним диапазоном. Длина волны инфракрасного излучения бывает трех видов:

• короткая или ближняя до 2,5 мкм;
• средняя не более 50 мкм;
• длинная или дальняя 50–2000 мкм.

Любое тело, которое предварительно нагрелось, испускает инфракрасные лучи, выделяя при этом тепловую энергию. Самым известным природным источником тепла является солнце, а к искусственным можно отнести электрические лампы, бытовую технику, радиаторы, при работе которых выделяется тепло.

Где применяется инфракрасное излучение?

Каждое новое открытие находит свое применение, с извлечением наибольшей пользы для человечества. Открытие инфракрасных лучей помогло справиться со многими проблемами в разных областях от медицины до производственных масштабов.

Самые известные области, где используются свойства невидимых лучей:

1. С помощью специальных приборов, тепловизоров, можно обнаружить объект на удаленном расстоянии, используя свойства инфракрасного излучения. Любой предмет, способный удерживать температуру на своей поверхности, тем самым обладая выделением инфракрасных лучей. Термографическая камера распознает тепловые лучи и создает точное изображение обнаруживаемого предмета. Данное свойство может использоваться в промышленности и в военной практике.
2. Для проведения процедуры слежения в военной практике применяются приборы с датчиками, способными определять цель, которая излучает тепло. Кроме того, передается что именно находится в ближайшем окружении, чтобы правильно рассчитать не только траекторию, но и силу удара, чаще всего ракеты.
3. Активная отдача тепла вместе с лучами применяется в бытовых условиях, используя полезные свойства для обогрева помещения в холодное время года. Радиаторы изготавливаются из металла, который способен передать наибольшее количество тепловой энергии. Такое же действие и у обогревателей. Некоторые бытовые приборы: телевизоры, пылесосы, печи, утюги обладают теми же свойствами.
4. В промышленности процесс сварки пластмассовых изделий, отжиг осуществляется при помощи инфракрасного излучения.
5. Инфракрасное облучение применяется в медицинской практике для лечения теплом некоторых патологий, а также для обеззараживания воздуха в помещении с помощью кварцевых ламп.
6. Составление метеорологических карт невозможно без специальных приборов с датчиками теплового обнаружения, которые с легкостью определяют движение теплого и холодного воздуха.
7. Для астрономических исследований изготавливаются специальные телескопы, чувствительные к инфракрасным лучам, которым под силу обнаружить космические предметы с разной температурой на поверхности.
8. В пищевой промышленности для термической обработки круп.
9. Для проверки денежных купюр используется приборы с инфракрасным излучением, при свете которых можно распознать фальшивые банкноты.

Влияние инфракрасного излучения на организм человека неоднозначно. Разная длина волны способна запустить непредсказуемые реакции. Особенно внимательно нужно относиться к солнечному теплу, которое может нанести вред и стать провоцирующим фактором для запуска негативных патологических процессов в клетках.

Лучи с длинными волнами попадают на кожу и активируют тепловые рецепторы, передавая им приятное тепло. Именно данный диапазон частот активно используется для лечебного воздействия в медицине. Большая часть тепла адсорбируется кожей, попадая на ее поверхность. Слабое воздействие гарантирует приятный нагрев поверхности кожи, не затрагивая внутренних органов.

Волны с длиной волны 9,6 мкм способствуют обновлению эпидермиса, укрепляют иммунитет, оздоравливает организм. Физиотерапия основана на использовании длинных инфракрасных волн, запуская следующие процессы:

• улучшается кровообращение при расслаблении гладкой мускулатуры после передачи информации в гипоталамус при воздействии на поверхностный слой кожи;
• нормализуется кровяное давление после расширения сосудов;
• клетки организма в большей степени снабжаются питательными веществами и кислородом, что улучшает общее состояние;
• биохимические реакции протекают быстрее, что влияет на процесс обмена веществ;
• улучшается иммунитет и повышается сопротивляемость организма к патогенным микроорганизмам;
• ускорение метаболизма помогает вывести токсические вещества и уменьшить зашлакованность.

Патологическое влияние

Противоположное действие оказывают волны с короткой длиной волны. Вред инфракрасного излучения обусловлен интенсивным тепловым эффектом, который вызывают короткие лучи. Сильный тепловой эффект распространяется вглубь тела, вызывая нагревание внутренних органов. Перегревание тканей приводит к обезвоживанию и значительному повышению температуры тела.

Кожные покровы в месте попадания инфракрасных лучей малой длины краснеют и получают термический ожог, иногда второй степени тяжести с появлением волдырей с мутным содержимым. Капилляры на месте поражения расширяются и лопаются, приводя к мелким кровоизлияниям.

Клетки теряют влагу, организм становится ослабленным и подвержен заболеванию инфекциями разного характера. Если инфракрасное излучение попадает в глаза, данный факт оказывает разрушительное действие на зрение. Слизистая глаза становится сухой, сетчатка подвергается негативному влиянию. Хрусталик теряет свою эластичность и прозрачность, что является одним из симптомов катаракты.

Превышение теплового воздействия вызывает усиление воспалительных процессов, если таковые имеются, а также служат благоприятной почвой для возникновения воспаления. Медики утверждают, что превышение температуры на пару градусов может спровоцировать заражение менингитом.

Общее повышение температуры тела приводит к тепловому удару, которое при неоказании помощи может приводить к необратимым последствиям. Основные признаки теплового удара:

• общая слабость;
• сильная головная боль;
• помутнение в глазах;
• тошнота;
• учащение сердечных сокращений;
• появление холодного пота на спине;
• кратковременная потеря сознания.

Грозное осложнение, связанное с нарушением терморегуляции, возникает, если частота воздействия инфракрасного излучения продолжается длительно. Если человеку не оказать своевременную помощь, клетки головного мозга видоизменяются, а деятельность кровеносной системы угнетается.

Список мероприятий в первые минуты после проявления тревожных симптомов:

1. Устранить от пострадавшего источник инфракрасного излучения: перенести человека в тень или в место, отдаленное от источника вредного тепла.
2. Расстегнуть или снять одежду, мешающую глубокому свободному дыханию.
3. Открыть окно для беспрепятственного прохождения свежего воздуха.
4. Обтереть прохладной водой или обернуть в мокрую простыню.
5. На места, где находятся крупные артерии (височная, паховая область, лоб, подмышечные впадины) положить холод.
6. Если человек находится в сознании, нужно дать выпить прохладной чистой воды, эта мера снизит температуру тела.
7. При потере сознания следует провести реанимационный комплекс, состоящий из искусственного дыхания и непрямого массажа сердца.
8. Вызвать бригаду скорой помощи для получения квалифицированной медицинской помощи.

Показания

Для лечебных целей в медицинской практике широко применяется использование длинной тепловой волны. Список заболеваний достаточно велик:

• повышенное артериальное давление;
• болевой синдром;
• поможет убрать лишние килограммы;
• заболевания желудка и двенадцатиперстной кишки;
• депрессивные состояния;
• респираторные заболевания;
• кожные патологии;
• ринит, неосложненный отит.

Противопоказания к применению инфракрасного излучения

Польза инфракрасного излучения ценна для человека при отсутствии патологий или отдельных симптомов, при которых недопустимо воздействие инфракрасных лучей:

• системные заболевания крови, склонность к частым кровотечениям;
• острые и хронические воспалительные заболевания;
• наличие гнойной инфекции в организме;
• злокачественные новообразования;
• сердечная недостаточность в стадии декомпенсации;
• беременность;
• эпилепсия и другие тяжелые неврологические расстройства;
• детский возраст до трех лет.

Меры защиты от вредных лучей

В зону риска получить коротковолновое инфракрасное излучение входят любители долго проводить время под палящим солнцем, рабочие цехов, где применяются свойства тепловых лучей. Чтобы обезопасить себя, необходимо соблюдать простые рекомендации:

1. Любителям красивого загара сократить время пребывания на солнце, перед выходом на улицу открытые участки кожи смазывать защитным кремом.
2. Если рядом находится источник сильного тепла, уменьшить интенсивность нагревания.
3. При работе в цехах с высокой температурой, работники должны быть снабжены средствами личной защиты: специальная одежда, головные уборы.
4. Время пребывания в помещениях с высокой температурой должно быть строго регламентировано.
5. При проведении процедур надевать защитные очки для сохранения здоровья глаз.
6. В комнатах устанавливать только качественную бытовую технику.

Различные виды излучений окружают человека на улице и в помещениях. Осведомленность о возможных негативных последствиях поможет сохранить здоровье в будущем. Ценность инфракрасного излучения неоспорима для улучшения жизнедеятельности человека, но существует и патологическое влияние, которое нужно ликвидировать, соблюдая нехитрые рекомендации.

Инфракрасное излучение (ИК ) - это электромагнитное излучение с большей длиной волны, чем видимый свет , простирающийся от номинального красного края видимого спектра на 0,74 мкм (микрон) до 300 мкм. Этот диапазон длин волн соответствует частоте диапазона примерно от 1 до 400 ТГц, и включает в себя большую часть теплового излучения, испускаемого объектами вблизи комнатной температуры. Инфракрасное излучение испускается или поглощается молекулами, когда они меняют свои вращательно-колебательные движения . Наличие инфракрасного излучения было впервые обнаружено в 1800 году астрономом Уильямом Гершелем.

Большая часть энергии от Солнца поступает на Землю в виде инфракрасного излучения. Солнечный свет в зените обеспечивает освещённость чуть более 1 киловатта на квадратный метр над уровнем моря. Из этой энергии, 527 ватт инфракрасного излучения, 445 Вт является видимым светом, и 32 ватта ультрафиолетовым излучением.

Инфракрасный свет используется в промышленных, научных и медицинских нуждах. Приборы ночного видения с помощью инфракрасной подсветки позволяют людям наблюдать за животными, которые невозможно заметить в темноте. В астрономии изображение в инфракрасном диапазоне позволяет наблюдать объекты скрытые межзвездной пылью. Инфракрасные камеры используются для обнаружения потери тепла в изолированных системах, наблюдать изменение кровотока в коже, а также для обнаружения перегрева электрооборудования.

Сравнение света
Название	Длина волны	Частота (Гц)	Энергия фотона (эВ)
Гамма лучи	менее 0,01 нм	более чем на 10 EHZ	124 кэВ - 300 + ГэВ
Рентгеновые лучи	0,01 нм до 10 нм		124 эВ до 124 кэВ
Ультрафиолетовые лучи	10 нм - 380 нм	30 PHZ - 790 ТГц	3,3 эВ до 124 эВ
Видимый свет	380 нм - 750 нм	790 ТГц - 405 ТГц	1,7 эВ - 3,3 эВ
Инфракрасное излучение	750 нм - 1 мм	405 ТГц - 300 ГГц	1,24 мэВ - 1,7 эВ
Микроволны	1 мм - 1 метр	300 ГГц - 300 МГц	1,24 мкэВ - 1,24 мэВ
	1 мм - 100 км	300 ГГц - 3 Гц	12,4 фэВ - 1,24 мэВ

Инфракрасные изображения широко используются для военных и гражданских целей. Военные применения включают в себя такие цели как наблюдение, ночное наблюдение, наведение и слежение. Не для военного применения включают тепловую эффективность анализа, мониторинга окружающей среды, промышленной инспекции объектов, дистанционное зондирование температуры, короткодействующую беспроводную связь, спектроскопию и прогноз погоды. Инфракрасная астрономия использует датчик оборудованный телескопами для того, чтобы проникнуть в пыльные области пространства, такие как молекулярные облака, и обнаруживать объекты, такие как планеты .

Хотя ближневолновая инфракрасная область спектра (780-1000 нм) уже давно считается невозможной из-за шума в зрительных пигментах, ощущение ближнего инфракрасного света сохранилось у карпа и в трех видах циклид. Рыбы используют ближневолновую инфракрасную область спектра, чтобы захватить добычу и для фототактической ориентации во время плавания. Ближневолновая инфракрасная область спектра для рыбы может быть полезна в условиях плохой освещенности в сумерках и в мутных поверхностях воды.

Фотомодуляция

Ближний инфракрасный свет, или фотомодуляция, используется для лечения химиотерапией индуцированных язв, а также заживления ран. Существует ряд работ, связанных с лечением вируса герпеса. Исследовательские проекты включают в себя работу над изучением центральной нервной системы и лечебным воздействием через регуляцию цитохром и оксидаз и другие возможные механизмы.

Опасность для здоровья

Сильное инфракрасное излучение в определенной отрасли и режиме высоких температур может быть опасно для глаз, в результате может привести к повреждению зрения или слепоте по отношению к пользователю. Поскольку излучение невидимо, необходимо надевать специальные инфракрасные очки в таких местах.

Земля как инфракрасный излучатель

Поверхность Земли и облака поглощают видимое и невидимое излучение от солнца и вновь возвращают большую часть энергии в виде инфракрасного излучения обратно в атмосферу. Некоторые вещества в атмосфере, главным образом, капли облаков и водяные пары, а также диоксид углерода, метан, окись азота, гексафторид серы и хлорфторуглерод поглощают инфракрасное излучение, и вновь возвращают его во всех направлениях, включая обратно на Землю. Таким образом, парниковый эффект сохраняет атмосферу и поверхность гораздо теплее, чем если бы инфракрасные амортизаторы отсутствовали в атмосфере.

История науки об инфракрасном излучении

Открытие инфракрасного излучения приписывается Уильяму Гершелю, астроному, в начале 19 века. Гершель опубликовал результаты своих исследований в 1800 году до Лондонского королевского общества. Гершель использовал призму, чтобы преломить свет от солнца и обнаружить инфракрасное излучение, вне красной части спектра, через увеличение температуры, зарегистрированной на термометре. Он был удивлён результатом и назвал их «тепловыми лучами». Термин «инфракрасное излучение» появились только в конце 19 века.

Другие важные даты включают:

• 1737: Эмили дю Шатле предсказал, то, что сегодня известно как инфракрасное излучение в своей диссертации.
• 1835: Маседонио Мельони делает первые термобатареи с инфракрасным детектором.
• 1860: Густав Кирхгоф формулирует теорему абсолютно чёрного тела.
• 1873: Уиллоуби Смит обнаружил фотопроводимость селена.
• 1879: Опытным путем сформулирован закон Стефана-Больцмана, согласно которому энергия , излученная абсолютно чёрным телом пропорциональна.
• 1880-е и 1890-е года: Лорд Рэлей и Вильгельм Вин оба решают часть уравнения абсолютно чёрного тела, но оба решения - приблизительные. Эту проблему называли «ультрафиолетовой катастрофой и инфракрасной катастрофой».
• 1901: Макс Планк Макс Планк издал уравнение абсолютно чёрного тела и теорему. Он решил проблему квантования допустимых энергетических переходов.
• 1905: Альберт Эйнштейн разрабатывает теорию фотоэлектрического эффекта, которая определяет фотоны. Также Уильям Коблентз в спектроскопии и радиометрии.
• 1917: Теодор Кейз разрабатывает датчик таллия-сульфида; британцы разрабатывают первый прибор инфракрасного поиска и слежения в Первой мировой войне и обнаруживают самолеты в диапазоне 1,6 км.
• 1935: Свинцовые соли - раннее ракетное руководство во Второй мировой войне.
• 1938: Тью Та предсказал, что пироэлектрический эффект может использоваться, чтобы обнаружить инфракрасную радиацию.
• 1952: Н. Уилкер обнаруживает антимониды, соединения сурьмы с металлами.
• 1950: Поль Круз и техасские инструменты образуют инфракрасные изображения до 1955 года.
• 1950-е и 1960-е годы: Спецификация и радиометрические подразделения, определенные Фредом Никодеменасом, Робертом Кларком Джоунсом.
• 1958: У. Д. Лоусон (Королевское Радарное Учреждение в Мальверне) обнаруживает свойства обнаружения ИК-фотодиодом.
• 1958: Фэлкон разработал ракеты с использованием инфракрасного излучения и появляется первый учебник по инфракрасным датчикам Поля Круза, и др.
• 1961: Джей Купер изобрёл пироэлектрическое обнаружение.
• 1962: Kruse и Родат продвигают фотодиоды; элементы сигналов и линейных массивов доступны.
• 1964: У. Г. Эванс обнаруживает инфракрасные терморецепторы у жука.
• 1965: Первый инфракрасный справочник, первые коммерческие тепловизоры; сформирована лаборатория ночного видения в армии Соединённых Штатов Америки (в настоящее время лаборатория управления ночного видения и электронными датчиками.
• 1970: Уиллард Бойл и Джордж Э.Смит предлагают прибор с зарядовой связью для телефона с изображениями.
• 1972: Создан общий программный модуль.
• 1978: Инфракрасная астрономия изображений достигает совершеннолетия, запланировано создание обсерватории, массовое производство антимонидов и фотодиодов и других материалов.

Гамма-излучение Ионизирующее Реликтовое Магнито-дрейфовое Двухфотонное Спонтанное Вынужденное

Инфракра́сное излуче́ние - электромагнитное излучение , занимающее спектральную область между красным концом видимого света (с длиной волны λ = 0,74 мкм) и микроволновым излучением (λ ~ 1-2 мм).

Оптические свойства веществ в инфракрасном излучении значительно отличаются от их свойств в видимом излучении. Например, слой воды в несколько сантиметров непрозрачен для инфракрасного излучения с λ = 1 мкм. Инфракрасное излучение составляет большую часть излучения ламп накаливания, газоразрядных ламп, около 50 % излучения Солнца; инфракрасное излучение испускают некоторые лазеры. Для его регистрации пользуются тепловыми и фотоэлектрическими приемниками, а также специальными фотоматериалами .

Сейчас весь диапазон инфракрасного излучения делят на три составляющих:

• коротковолновая область: λ = 0,74-2,5 мкм;
• средневолновая область: λ = 2,5-50 мкм;
• длинноволновая область: λ = 50-2000 мкм;

Последнее время длинноволновую окраину этого диапазона выделяют в отдельный, независимый диапазон электромагнитных волн - терагерцовое излучение (субмиллиметровое излучение).

Инфракрасное излучение также называют «тепловым » излучением, так как инфракрасное излучение от нагретых предметов воспринимается кожей человека как ощущение тепла. При этом длины волн, излучаемые телом, зависят от температуры нагревания: чем выше температура, тем короче длина волны и выше интенсивность излучения. Спектр излучения абсолютно чёрного тела при относительно невысоких (до нескольких тысяч Кельвинов) температурах лежит в основном именно в этом диапазоне. Инфракрасное излучение испускают возбуждённые атомы или ионы.

История открытия и общая характеристика

Инфракрасное излучение было открыто в 1800 году английским астрономом У. Гершелем . Занимаясь исследованием Солнца, Гершель искал способ уменьшения нагрева инструмента, с помощью которого велись наблюдения. Определяя с помощью термометров действия разных участков видимого спектра, Гершель обнаружил, что «максимум тепла» лежит за насыщенным красным цветом и, возможно, «за видимым преломлением». Это исследование положило начало изучению инфракрасного излучения.

Ранее лабораторными источниками инфракрасного излучения служили исключительно раскаленные тела либо электрические разряды в газах. Сейчас на основе твердотельных и молекулярных газовых лазеров созданы современные источники инфракрасного излучения с регулируемой или фиксированной частотой. Для регистрации излучения в ближней инфракрасной-области (до ~1,3 мкм) используются специальные фотопластинки. Более широким диапазоном чувствительности (примерно до 25 мкм) обладают фотоэлектрические детекторы и фоторезисторы . Излучение в дальней ИК-области регистрируется болометрами - детекторами, чувствительными к нагреву инфракрасным излучением .

ИК-аппаратура находит широкое применение как в военной технике (например, для наведения ракет), так и в гражданской (например, в волоконно-оптических системах связи). В качестве оптических элементов в ИК-спектрометрах используются либо линзы и призмы, либо дифракционные решетки и зеркала. Чтобы исключить поглощение излучения в воздухе, спектрометры для дальней ИК-области изготавливаются в вакуумном варианте .

Поскольку инфракрасные спектры связаны с вращательными и колебательными движениями в молекуле, а также с электронными переходами в атомах и молекулах, ИК-спектроскопия позволяет получать важные сведения о строении атомов и молекул, а также о зонной структуре кристаллов .

Применение

Медицина

Инфракрасные лучи применяются в физиотерапии .

Дистанционное управление

Инфракрасные диоды и фотодиоды повсеместно применяются в пультах дистанционного управления , системах автоматики, охранных системах, некоторых мобильных телефонах (инфракрасный порт) и т. п. Инфракрасные лучи не отвлекают внимание человека в силу своей невидимости.

Интересно, что инфракрасное излучение бытового пульта дистанционного управления легко фиксируется с помощью цифрового фотоаппарата .

При покраске

Инфракрасные излучатели применяют в промышленности для сушки лакокрасочных поверхностей. Инфракрасный метод сушки имеет существенные преимущества перед традиционным, конвекционным методом. В первую очередь это, безусловно, экономический эффект. Скорость и затрачиваемая энергия при инфракрасной сушке меньше тех же показателей при традиционных методах.

Стерилизация пищевых продуктов

С помощью инфракрасного излучения стерилизируют пищевые продукты с целью дезинфекции.

Антикоррозийное средство

Инфракрасные лучи применяются с целью предотвращения коррозии поверхностей, покрываемых лаком.

Пищевая промышленность

Особенностью применения ИК-излучения в пищевой промышленности является возможность проникновения электромагнитной волны в такие капиллярно-пористые продукты, как зерно, крупа, мука и т. п. на глубину до 7 мм. Эта величина зависит от характера поверхности, структуры, свойств материала и частотной характеристики излучения. Электромагнитная волна определённого частотного диапазона оказывает не только термическое, но и биологическое воздействие на продукт, способствует ускорению биохимических превращений в биологических полимерах (крахмал , белок , липиды). Конвейерные сушильные транспортёры с успехом могут использоваться при закладке зерна в зернохранилища и в мукомольной промышленности.

Кроме того, инфракрасное излучение повсеместно применяют для обогрева помещений и уличных пространств. Инфракрасные обогреватели используются для организации дополнительного или основного отопления в помещениях (домах, квартирах, офисах и т. п.), а также для локального обогрева уличного пространства (уличные кафе, беседки, веранды).

Недостатком же является существенно большая неравномерность нагрева, что в ряде технологических процессов совершенно неприемлемо.

Проверка денег на подлинность

Инфракрасный излучатель применяется в приборах для проверки денег. Нанесенные на купюру как один из защитных элементов, специальные метамерные краски возможно увидеть исключительно в инфракрасном диапазоне. Инфракрасные детекторы валют являются самыми безошибочными приборами для проверки денег на подлинность. Нанесение на купюру инфракрасных меток, в отличие от ультрафиолетовых, фальшивомонетчикам обходится дорого и соответственно экономически невыгодно. Потому детекторы банкнот со встроенным ИК излучателем, на сегодняшний день, являются самой надежной защитой от подделок.

Опасность для здоровья

Сильное инфракрасное излучение в местах высокого нагрева может вызывать опасность для глаз. Наиболее опасно, когда излучение не сопровождается видимым светом. В таких местах необходимо надевать специальные защитные очки для глаз.

См. также

Другие способы теплопередачи

Способы регистрации (записи) ИК-спектров.

Примечания

Ссылки

Электромагнитный спектр
γ-излучение | рентген | УФ | видимый свет | ИК | терагерцевое излучение | микроволны | радиоволны
Видимый спектр	фиолетовый | синий | голубой | зелёный | жёлтый | оранжевый | красный
Микроволны	W | V | Q | K a | | K u | | | |
Радиоволны	КВЧ/EHF | СВЧ/SHF | УВЧ/UHF | ОВЧ/VHF | ВЧ/HF | СЧ/MF | НЧ/LF | ОНЧ/VLF | ИНЧ/ULF | СНЧ/SLF | КНЧ/ELF

Инфракрасное излучение - это часть спектра излучения Солнца, которая непосредственно примыкает к красной части видимой области спектра. Человеческий глаз не в состоянии видеть в этой области спектра, но мы можем чувствовать это излучение, как тепло.

Инфракрасное излучение имеет две важные характеристики: длину волны (частоту) излучения и интенсивность излучения. В зависимости от длины волны выделяют три области инфракрасного излучения: ближнюю (0,75−1,5 микрометров), среднюю (1,5 - 5,6 мкм) и дальнюю (5,6−100 мкм). Учитывая физиологические особенности человека, современная медицина делит инфракрасную область спектра излучения на 3 диапазона:

• длина волны 0,75-1,5 мкм - излучение проникающее в глубь кожи человека (диапазон IR-A);
• длина волны 1,5-5 мкм - излучение, поглощаемое эпидермисом и соединительно-тканным слоем кожи диапазон IR-B);
• длина волны более 5 мкм - излучение поглощаемое на поверхности кожи (диапазон IR-C). Причем, наибольшее проникновение наблюдается в диапазоне от 0,75 до 3 мкм и этот диапазон называется "окном терапевтической прозрачности".

На рисунке 1 (первоисточник - Journal of Biomedical Optics 12(4), 044012 July/August 2007) приведены спектры поглощения ИК-излучения для воды и ткани человеческих органов в зависимости от длины волны. Отмечено, что ткань человеческого организма состоит из воды на 98% и этот факт объясняет схожесть характеристик поглощения инфракрасного излучения в области спектра 1,5-10 мкм.

Если учесть тот факт, что сама вода интенсивно поглощает ИК-излучение в диапазоне 1,5-10 мкм с пиками на длинах волн 2,93, 4,7 и 6,2 мкм (Юхневич Г.В. Инфракрасная спектроскопия воды, М, 1973), то наиболее эффективными для процессов обогрева и сушки следует считать ИК-излучатели, излучающие в средней и дальней области инфракрасного спектра с пиком интенсивности излучения в диапазоне длин волн 1,5-6,5 мкм.

Полное количество энергии, излучаемое в единицу времени единицей излучающей поверхности называют излучательной способностью ИК-излучателя E, Вт/м². Энергия излучения зависит от длины волны λ и температуры излучающей поверхности и является интегральной характеристикой, поскольку учитывает энергию излучения волн всех длин. Излучательную способность, отнесенную к интервалу длин волн dλ, называют интенсивностью излучения I, Вт/(м²∙мкм).

Интегрирование выражения (1) позволяет определить излучательную способность (удельную интегральную энергию излучения) исходя из определенного экспериментальным путем спектра интенсивности излучения в диапазоне длин волн от λ1 до λ2:

На рисунке 2 представлены спектры интенсивности излучения ИК-излучателей НОМАКОН™ ИКН-101, полученные при различной номинальной электрической мощности излучателя 1000 Вт, 650 Вт, 400 Вт и 250 Вт.

С увеличением мощности излучателя и, соответственно, температуры излучающей поверхности возрастает интенсивность излучения, а спектр излучения сдвигается в область меньших длин волн (закон смещения Вина). При этом пик интенсивности излучения (85-90 % спектра) приходится на диапазон длин волн 1,5-6 мкм, что соответствует оптимальной для данного случая физике процесса инфракрасного обогрева и сушки.

Интенсивность инфракрасного излучения и, соответственно, удельная энергия излучения уменьшается с увеличением расстояния от источника излучения. На рисунке 3 приведены кривые изменения удельной энергии излучения керамических излучателей НОМАКОН™ ИКН-101 в зависимости от расстояния между излучающей поверхностью и точкой измерения по нормали к излучающей поверхности. Измерения проводились селективным радиометром в диапазоне длин волн 1,5-8 мкм с последующим интегрированием спектров интенсивности излучения. Как видно из приведенного графика удельная энергия излучения E, Вт/м² снижается обратно пропорционально расстоянию L, м до источника излучения.