Небезпека інфрачервоного випромінювання. Вступ. Інфрачервоне випромінювання, інфрачервоні промені, властивості інфрачервоних променів, спектр випромінювання інфрачервоних обігрівачів

Вільям Гершель вперше зауважив, що за червоним краєм отриманого за допомогою призми спектру Сонця є невидиме випромінювання, яке викликає нагрівання термометра. Це випромінювання стали пізніше називати тепловим чи інфрачервоним.

Ближнє ІЧ-випромінювання дуже схоже на видиме світло і реєструється такими ж інструментами. У середньому та далекому ІЧ використовуються болометри, що відзначають зміни.

У середньому інфрачервоному діапазоні світить вся планета Земля і всі предмети на ній, навіть лід. Завдяки цьому Земля не перегрівається сонячним теплом. Не все ІЧ-випромінювання проходить через атмосферу. Є лише кілька вікон прозорості, решта випромінювання поглинається вуглекислим газом, водяною парою, метаном, озоном та іншими парниковими газами, які перешкоджають швидкому охолодженню Землі.

Через поглинання в атмосфері та теплового випромінювання предметів телескопи для середнього та далекого ІЧ виносять у космос та охолоджують до температури рідкого азоту або навіть гелію.

ІЧ-діапазон - один із найцікавіших для астрономів. У ньому світить космічний пил, важливий для утворення зірок та еволюції галактик. ІЧ-випромінювання краще за видиме проходить через хмари космічного пилу і дозволяє бачити об'єкти, недоступні спостереженню в інших ділянках спектру.

Джерела

Фрагмент одного з так званих Глибоких полів «Хаббла». У 1995 році космічний телескоп протягом 10 діб накопичував світло, що надходить з однієї ділянки неба. Це дозволило побачити надзвичайно слабкі галактики, відстань до яких становить до 13 млрд. світлових років (менше одного мільярда років від Великого вибуху). Видимий світло від таких далеких об'єктів відчуває значне червоне зміщення і стає інфрачервоним.

Спостереження велися в області, далекій від площини галактики, де видно мало зірок. Тому більшість зареєстрованих об'єктів - це галактики різних стадіях еволюції.

Гігантська спіральна галактика, що позначається також як M104, розташована в скупченні галактик у сузір'ї Діви і видно нам майже з ребра. Вона має величезний центральний балдж (кулясте потовщення в центрі галактики) і містить близько 800 млрд зірок - в 2-3 рази більше, ніж Чумацький Шлях.

У центрі галактики знаходиться надмасивна чорна діра з вагою близько мільярда мас Сонця. Це визначено за швидкістю руху зірок поблизу центру галактики. В інфрачервоному діапазоні в галактиці чітко проглядається кільце газу та пилу, в якому активно народжуються зірки.

Приймачі

Головне дзеркало діаметром 85 смвиготовлено з берилію та охолоджується до температури 5,5 Дозниження власного інфрачервоного випромінювання дзеркала.

Телескоп було запущено у серпні 2003 року за програмою чотирьох великих обсерваторій NASA, Що включає:

• гамма-обсерваторію "Комптон" (1991-2000, 20 кеВ-30 ГеВ), див. Небо в гамма-променях з енергією 100 МеВ,
• рентгенівську обсерваторію "Чандра" (1999, 100 еВ-10 кеВ),
• космічний телескоп "Хаббл" (1990, 100-2100) нм),
• інфрачервоний телескоп "Спітцер" (2003, 3-180) мкм).

Очікується, що термін служби телескопа "Спітцер" складе близько 5 років. Свою назву телескоп отримав на честь астрофізика Лаймана Спітцера (1914–97), який у 1946 році, задовго до запуску першого супутника, опублікував статтю «Переваги для астрономії позаземної обсерваторії», а через 30 років переконав NASA і американський Конгрес Хаббл».

Огляди неба

Небо у ближньому інфрачервоному діапазоні 1–4 мкмта в середньому інфрачервоному діапазоні 25 мкм(COBE/DIRBE)

У ближньому інфрачервоному діапазоні Галактика проглядається ще чіткіше, ніж у видимому.

А ось у середньому ІЧ-діапазоні Галактика ледве помітна. Спостережень сильно заважає пил, що знаходиться в Сонячній системі. Вона розташована вздовж площини екліптики, яка нахилена до площини галактики під кутом близько 50 градусів.

Обидва огляди отримані інструментом DIRBE (Diffuse Infrared Background Experiment) на борту супутника COBE (Cosmic Background Explorer). У ході цього експерименту, розпочатого в 1989 році, було отримано повні карти інфрачервоної яскравості неба в діапазоні від 1,25 до 240 мкм.

Земне застосування

В основі приладу лежить електронно-оптичний перетворювач (ЕОП), що дозволяє значно (від 100 до 50 тисяч разів) посилювати слабке видиме або інфрачервоне світло.

Об'єктив створює зображення на фотокатоді, з якого, як і ФЕУ , вибиваються електрони. Далі вони розганяються високою напругою (10–20 кВ), фокусуються електронною оптикою (електромагнітним полем спеціально підібраної конфігурації) і падають на флуоресцентний екран, подібний до телевізійного. На ньому зображення розглядають у окуляри.

Розгін фотоелектронів дає можливість в умовах низького освітлення використовувати для отримання зображення буквально кожен квант світла, однак у темряві потрібне підсвічування. Щоб не видати присутність спостерігача, для цього користуються прожектором ближнього ІЧ-діапазону (760–3000 нм).

Існують також прилади, які вловлюють власне теплове випромінювання предметів у середньому ІЧ-діапазоні (8–14) мкм). Такі прилади називаються тепловізорами, вони дозволяють помітити людину, тварину або нагрітий двигун за рахунок їхнього теплового контрасту з навколишнім тлом.

Вся енергія, що споживається електричним обігрівачем, зрештою, переходить у тепло. Значна частина тепла відноситься повітрям, яке стикається з гарячою поверхнею, розширюється і піднімається вгору, тому обігрівається в основному стеля.

Щоб уникнути цього, обігрівачі забезпечують вентиляторами, які направляють тепле повітря, наприклад, на ноги людини і сприяють перемішуванню повітря в приміщенні. Але є й інший спосіб передачі тепла навколишнім предметам: інфрачервоне випромінювання обігрівача. Воно тим сильніше, чим гаряча поверхня і більша її площа.

Для збільшення площі радіатори роблять пласкими. Однак температура поверхні не може бути високою. В інших моделях обігрівачів використовується спіраль, що розігрівається до кількох сотень градусів (червоне гартування), та увігнутий металевий рефлектор, який створює спрямований потік інфрачервоного випромінювання.

Гальмівне Рівноважне Монохроматичне Черенківське Перехідне Радіовипромінювання Мікрохвильове Терагерцеве Інфрачервоне Мабуть Ультрафіолетове Рентгенівське Гамма-випромінювання Іонізуюче Реліктове Магніто-дрейфове Двофотонне Вимушене

Інфрачервоне випромінювання- електромагнітне випромінювання , що займає спектральну область між червоним кінцем видимого світла (з довжиною хвилі λ = 0,74 мкм) та мікрохвильовим випромінюванням (λ ~ 1-2 мм).

Інфрачервоне випромінювання було відкрито 1800 р. англійським ученим У. Гершелем.

Зараз весь діапазон інфрачервоного випромінювання ділять на три складові:

• короткохвильова область: λ=0,74 - 2,5 мкм;
• середньохвильова область: λ=2,5 - 50 мкм;
• довгохвильова область: λ=50 - 2000 мкм;

Останнім часом довгохвильову околицю цього діапазону виділяють в окремий, незалежний діапазон електромагнітних хвиль терагерцеве випромінювання(Субміліметрове випромінювання).

Інфрачервоне випромінювання також називають «тепловим» випромінюванням, оскільки всі тіла, тверді та рідкі, нагріті до певної температури, випромінюють енергію в інфрачервоному спектрі. При цьому довжини хвиль, що випромінюються тілом, залежать від температури нагрівання: чим вища температура, тим коротша довжина хвилі і вища інтенсивність випромінювання. Спектр випромінювання абсолютно чорного тіла за відносно невисоких (до кількох тисяч Кельвінів) температур лежить в основному саме в цьому діапазоні.

Використання

ІЧ (інфрачервоні) діоди та фотодіоди повсюдно застосовуються в пультах дистанційного керування, системах автоматики, охоронних системах тощо. Вони не відволікають увагу людини через свою невидимість. Інфрачервоні випромінювачі застосовують у промисловості для сушіння лакофарбових поверхонь. Інфрачервоний метод сушіння має суттєві переваги перед традиційним конвекційним методом. Насамперед це, безумовно, економічний ефект. Швидкість і енергія, що витрачається при інфрачервоному сушінні менше тих же показників при традиційних методах. Позитивним побічним ефектом також є стерилізація харчових продуктів, збільшення стійкості до корозії поверхонь, що покриваються фарбами. Недоліком є ​​істотно велика нерівномірність нагріву, що у ряді технологічних процесів абсолютно неприйнятно. Особливістю застосування ІЧ-випромінювання у харчовій промисловості є можливість проникнення електромагнітної хвилі в такі капілярно-пористі продукти, як зерно, крупа, борошно тощо на глибину до 7 мм. Ця величина залежить від характеру поверхні, структури, властивостей матеріалу та частотної характеристики випромінювання. Електромагнітна хвиля певного частотного діапазону надає не тільки термічний, а й біологічний вплив на продукт, що сприяє прискоренню біохімічних перетворень у біологічних полімерах (

З історії вивчення інфрачервоного випромінювання

Інфрачервоне випромінювання чи теплове випромінювання перестав бути відкриттям 20 чи 21 століття. Інфрачервоне випромінювання було відкрито 1800 року англійським астрономом У. Гершелем. Він виявив, що «максимум тепла» лежить поза червоного кольору видимого випромінювання. Це дослідження започаткувало вивчення інфрачервоного випромінювання. Дуже багато відомих вчених доклали свої голови до вивчення даного напряму. Це такі імена як: німецький фізик Вільгельм Він(закон Вина), німецький фізик Макс Планк(формула та постійна Планка), шотландський вчений Джон Леслі(пристрій вимірювання теплового випромінювання – куб Леслі), німецький фізик Густав Кірхгоф(закон випромінювання Кірхгофа), австрійський фізик та математик Йозеф Стефанта австрійський фізик Стефан Людвіг Больцман(Закон Стефана-Больцмана).

Використання та застосування знань з теплового випромінювання у сучасних опалювальних пристроях вийшло на передній план лише у 1950-х роках. У СРСР теорія променистого опалення розроблена у працях Г. Л. Поляка, С. Н. Шоріна, М. І. Кіссіна, А. А. Сандера. З 1956 року у СРСР було написано чи перекладено російською мовою безліч технічних книжок з даної. У зв'язку зі зміною вартості енергоресурсів та у боротьбі за енергоефективність та енергозбереження, сучасні інфрачервоні обігрівачі отримали широке застосування в опаленні побутових та промислових будівель.

Сонячне випромінювання - природне інфрачервоне випромінювання

Найбільш відомим та значним природним інфрачервоним обігрівачем є Сонце. По суті, це природний та найдосконаліший метод обігріву, відомий людству. У межах Сонячної системи Сонце - це найпотужніший джерело теплового випромінювання, що зумовлює життя Землі. При температурі поверхні Сонця порядку 6000Кмаксимум випромінювання посідає 0,47 мкм(відповідає жовтувато-білому). Сонце знаходиться на відстані багатьох мільйонів кілометрів від нас, однак це не заважає йому передавати енергію через весь цей величезний простір, практично не витрачаючи її (енергію), не нагріваючи його (простір). Причина в тому, що сонячні інфрачервоні промені, що проходять довгий шлях у космосі, практично не мають втрат енергії. Коли на шляху променів зустрічається, якась поверхня, їх енергія, поглинаючись, перетвориться на тепло. Нагрівається безпосередньо Земля, на яку потрапляють сонячні промені, та інші предмети, на які так само потрапляють сонячні промені. І вже земля та інші, нагріті Сонцем предмети, у свою чергу, віддають тепло навколишньому повітрі, тим самим нагріваючи його.

Від висоти Сонця над горизонтом істотно залежить як потужність сонячного випромінювання біля земної поверхні, і його спектральний склад. Різні компоненти сонячного діапазону по-різному проходять через земну атмосферу.
У поверхні Землі спектр сонячного випромінювання має складнішу форму, що з поглинанням у атмосфері. Зокрема, у ньому немає високочастотної частини ультрафіолетового випромінювання, згубної для живих організмів. На зовнішній межі земної атмосфери, потік променистої енергії Сонця становить 1370 Вт/м²; (сонячна постійна), а максимум випромінювання посідає λ=470 нм(синій колір). Потік, що досягає земної поверхні, значно менший унаслідок поглинання в атмосфері. За найсприятливіших умов (сонце в зеніті) він не перевищує 1120 Вт/м²; (у Москві, в момент літнього сонцестояння - 930 Вт/м²), а максимум випромінювання припадає на λ=555 нм(зелено-жовтий), що відповідає найкращій чутливості очей і лише чверть від цього випромінювання посідає довгохвильову область випромінювання, включаючи вторинні випромінювання.

Однак, природа сонячної променистої енергії дуже відмінна від променистої енергії, що віддається інфрачервоними обігрівачами, що використовуються для обігріву приміщень. Енергія сонячного випромінювання складається з електромагнітних хвиль, фізичні та біологічні властивості яких суттєво відрізняються від властивостей електромагнітних хвиль, що походять від звичайних інфрачервоних обігрівачів, зокрема, бактерицидні та лікувальні (геліотерапія) властивості сонячного випромінювання повністю відсутні у джерел випромінювання з низькою температурою. І все ж таки інфрачервоні обігрівачі дають той же тепловий ефект, Що і Сонце, будучи найбільш комфортними та економічними з усіх можливих джерел тепла.

Природа виникнення інфрачервоних променів

Видатний німецький фізик Макс Планквивчаючи теплове випромінювання (інфрачервоне випромінювання), відкрив його атомний характер. Теплове випромінювання- це електромагнітне випромінювання, що випускається тілами або речовинами і виникає за рахунок його внутрішньої енергії, обумовлене тим, що атоми тіла або речовини під дією теплоти рухаються швидше, а у разі твердого матеріалу коливаються швидше порівняно зі станом рівноваги. При цьому русі атоми стикаються, а при їх зіткненні відбувається їхнє ударне збудження з подальшим випромінюванням електромагнітних хвиль.
Усі предмети безперервно випромінюють та поглинають електромагнітну енергію. Це випромінювання є наслідком безперервного руху елементарних заряджених частинок усередині речовини. Один з основних законів класичної електромагнітної теорії свідчить, що заряджена частка, що рухається з прискоренням, випромінює енергію. Електромагнітне випромінювання (електромагнітні хвилі) це обурення електромагнітного поля, що поширюється в просторі, тобто періодичний електромагнітний сигнал, що змінюється в часі, в просторі, що складається з електричних і магнітних полів. Це теплове випромінювання. Теплове випромінювання містить електромагнітні поля різних довжин хвиль. Оскільки атоми рухаються за будь-якої температури, всі тіла при будь-якій температурі, більше ніж температура абсолютного нуля (-273 ° С)випромінюють тепло. Енергія електромагнітних хвиль теплового випромінювання, тобто сила випромінювання, залежить від температури тіла, його атомної та молекулярної структури, а також стану поверхні тіла. Теплове випромінювання відбувається по всіх довжинах хвиль - від найкоротших до гранично довгих, проте беруть до уваги лише теплове випромінювання, що має практичне значення, яке припадає в діапазоні довжин хвиль: λ = 0,38 – 1000 мкм(У видимій та інфрачервоній частині електромагнітного спектру). Однак не всяке світло має особливості теплового випромінювання (наприклад люмінесценція), тому як основний діапазон теплового випромінювання можна прийняти тільки діапазон інфрачервоного спектру (λ = 0,78 - 1000 мкм). Ще можна зробити доповнення: ділянка з довжиною хвилі λ = 100 – 1000 мкм, З погляду опалення - не цікавий.

Таким чином, теплове випромінювання є однією з форм електромагнітного випромінювання, що виникає за рахунок внутрішньої енергії тіла і має суцільний спектр, тобто це частина електромагнітного випромінювання, енергія якого при поглинанні викликає тепловий ефект. Теплове випромінювання притаманне всім тілам.

Всі тіла, що мають температуру більше ніж температура абсолютного нуля (-273°С), навіть якщо вони не світяться видимим світлом, є джерелом інфрачервоних променів і випускають безперервний спектр інфрачервоного. Це означає, що в випромінюванні присутні хвилі з усіма без винятку частотами, і говорити про випромінювання на певній хвилі, абсолютно безглуздо.

Основні умовні галузі інфрачервоного випромінювання

На сьогодні немає єдиної класифікації у розподілі інфрачервоного випромінювання на складові ділянки (області). У цільовій технічній літературі зустрічається більше десятка схем розподілу області інфрачервоного випромінювання на складові ділянки, і всі вони різняться між собою. Так як всі види теплового електромагнітного випромінювання мають однакову природу, тому класифікація випромінювання по довжинах хвиль в залежності від виробленого ними ефекту носить лише умовний характер і визначаються головним чином відмінностями у техніці виявлення (тип джерела випромінювання, тип приладу обліку, його чутливість тощо) .) та у методиці вимірювання випромінювання. Математично, з використанням формул (Планка, Вина, Ламберта тощо), так само не можна визначити точні межі областей.
Для визначення довжини хвилі (максимуму випромінювання) існують дві різні формули (за температурою і частотою), що дають різні результати, з різницею приблизно в 1,8 раз (це так званий закон усунення Вина) і плюс до цього всі розрахунки робляться для АБСОЛЮТНО-ЧОРНОГО ТІЛА (ідеалізованого об'єкта), яких насправді не існує. Реальні тіла, що зустрічаються в природі, не підкоряються цим законам і тією чи іншою мірою від них відхиляються. Випромінювання реальних тіл залежить від низки конкретних характеристик тіла (стану поверхні, мікроструктури, товщини шару тощо). Це також є причиною вказівки в різних джерелах абсолютно різних величин меж областей випромінювання. Все це говорить про те, що використовувати температуру для опису електромагнітного випромінювання треба дуже обережно і з точністю до порядку. Ще раз підкреслюю, поділ дуже умовний!

Наведемо приклади умовного поділу інфрачервоної області (λ = 0,78 - 1000 мкм)на окремі ділянки (інформацію взято лише з технічної літератури російських та зарубіжних учених). На наведеному малюнку видно наскільки різноманітний цей поділ, тому не варто прив'язуватися до жодної з них. Просто потрібно знати, що спектр інфрачервоного випромінювання можна умовно розбити на кілька ділянок, від 2-х до 5-ти. Область, що знаходиться ближче у видимому спектрі зазвичай називають: ближня, близька, короткохвильова тощо. Область, що знаходиться ближче до мікрохвильових випромінювань - далека, далека, довгохвильова тощо. Якщо вірити Вікіпедії, то звичайна схема поділу виглядає так: Близька область(Near-infrared, NIR), Короткохвильова область(Short-wavelength infrared, SWIR), Середньохвильова область(Mid-wavelength infrared, MWIR), Довгохвильова область(Long-wavelength infrared, LWIR), Дальня область(Far-infrared, FIR).

Властивості інфрачервоних променів

Інфрачервоні промені- це електромагнітне випромінювання, що має ту ж природу, що і видиме світло, тому воно так де підпорядковується законам оптики. Тому, щоб краще собі уявити процес теплового випромінювання, слід проводити аналогію зі світловим випромінюванням, яке нам усім відоме та доступне спостереженню. Однак не треба забувати, що оптичні властивості речовин (поглинання, відображення, прозорість, заломлення тощо) в інфрачервоній області спектра значно відрізняються від оптичних властивостей у видимій частині спектру. Характерною особливістю інфрачервоного випромінювання є те, що на відміну від інших основних видів передачі теплоти тут немає необхідності в проміжній речовині, що передає. Повітря і більше вакуум вважається прозорим для інфрачервоного випромінювання, хоча з повітрям це не зовсім так. При проходженні інфрачервоного випромінювання через атмосферу (повітря) спостерігається деяке ослаблення теплового випромінювання. Це обумовлено тим, що сухе та чисте повітря практично прозоре для теплових променів, проте за наявності в ньому вологи у вигляді пари, молекул води (Н 2 Про), Вуглекислий газ (З 2), озона (Про 3)та інших твердих або рідких зважених частинок, які відображають та поглинають інфрачервоні промені, він стає не зовсім прозорим середовищем і в результаті цього потік інфрачервоного випромінювання розсіюється по різних напрямках та слабшає. Зазвичай розсіювання в інфрачервоній ділянці спектра менше, ніж у видимій. Однак, коли втрати, спричинені розсіюванням у видимій області спектру, великі, і в інфрачервоній області вони також є значними. Інтенсивність розсіяного випромінювання змінюється обернено пропорційно четвертого ступеня довжини хвилі. Воно суттєво тільки в короткохвильовій інфрачервоній ділянці і швидко зменшується в більш довгохвильовій частині спектра.

Молекули азоту та кисню у повітрі не поглинають інфрачервоне випромінювання, а послаблюють його лише внаслідок розсіювання. Зважені частки пилу також призводять до розсіювання інфрачервоного випромінювання, причому величина розсіювання залежить від співвідношення розмірів частинок і довжини хвилі інфрачервоного випромінювання, чим більше частинки, тим більше розсіювання.

Пари води, вуглекислий газ, озон та інші домішки, що є в атмосфері, селективно поглинають інфрачервоне випромінювання. Наприклад, пари води, дуже сильно поглинають інфрачервоне випромінювання у всій інфрачервоній області спектруа вуглекислий газ поглинає інфрачервоне випромінювання в середній інфрачервоній області.

Що стосується рідин, то вони можуть бути прозорими, так і не прозорими для інфрачервоного випромінювання. Наприклад, шар води завтовшки кілька сантиметрів прозорий для видимого випромінювання і непрозорий для інфрачервоного випромінювання з довжиною хвилі більше 1 мкм.

Тверді речовини(тіла), у свою чергу, у більшості випадків не прозорі для теплового випромінюванняале бувають і винятки. Наприклад, пластини кремнію, непрозорі у видимій ділянці, прозорі в інфрачервоній ділянці, а кварц, навпаки, прозорий для світлового випромінювання, але непрозорий для теплових променів із довжиною хвилі понад 4 мкм. Саме з цієї причини кварцове скло не застосовується в інфрачервоних обігрівачах. Звичайне скло, на відміну від кварцового, частково прозоре для інфрачервоних променів, так само може поглинати значну частину інфрачервоного випромінювання в певних інтервалах спектру, але за те не пропускає ультрафіолетове випромінювання. Кам'яна сіль так само прозора для теплового випромінювання. Метали, переважно, мають відбивну здатність для інфрачервоного випромінювання значно більше, ніж для видимого світла, яка зростає зі збільшенням довжини хвилі інфрачервоного випромінювання. Наприклад, коефіцієнт відображення алюмінію, золота, срібла та міді при довжині хвилі близько 10 мкмдосягає 98% що значно вище, ніж для видимого спектру, ця властивість широко використовується в конструкції інфрачервоних обігрівачів.

Достатньо навести тут як приклад засклені рами парників: скло практично пропускає більшу частину сонячного випромінювання, а з іншого боку, розігріта земля випромінює хвилі великої довжини (порядку 10 мкм), щодо яких скло поводиться як непрозоре тіло. Завдяки цьому всередині парників тривалий час підтримується температура, значно більша, ніж температура зовнішнього повітря, навіть після того, як сонячне випромінювання припиняється.

Важливу роль життя людини грає променистий теплообмін. Людина віддає навколишньому середовищу теплоту, що виробляється в ході фізіологічного процесу, головним чином шляхом променистого теплообміну та конвекції. При променистому (інфрачервоному) опаленні промениста складова теплообміну тіла людини скорочується через більш високу температуру, що виникає як на поверхні опалювального приладу, так і на поверхні деяких внутрішніх конструкцій, що захищають, тому при забезпеченні одного і того ж тепло відчуття конвективні тепловтрати можуть бути більше, тобто. температура повітря в приміщенні може бути меншою. Таким чином, променистий теплообмін відіграє вирішальну роль у формуванні відчуття теплового комфорту в людини.

При знаходженні людини в зоні дії інфрачервоного обігрівача ІЧ промені проникають в організм людини через шкіру, при цьому різні шари шкіри по-різному відображають і поглинають ці промені.

При інфрачервоному довгохвильовому випромінюванніпроникнення променів значно менше порівняно з короткохвильовим випромінюванням. Поглинаюча здатність вологи, що міститься в тканинах шкіри, дуже велика, і шкіра поглинає більше 90% випромінювання, що потрапляє на поверхню тіла. Нервові рецептори, що відчувають теплоту, розташовані у зовнішньому шарі шкіри. Інфрачервоні промені, що поглинаються, збуджують ці рецептори, що і викликає у людини відчуття теплоти.

Інфрачервоні промені чинять як місцевий, так і загальний вплив. Короткохвильове інфрачервоне випромінювання, На відміну від довгохвильового інфрачервоного випромінювання, може викликати почервоніння шкіри в місці опромінення, яке рефлекторно поширюється на 2-3 см. навколо області, що опромінюється. Причина в тому, що капілярні судини розширюються, кровообіг посилюється. Незабаром на місці опромінення може з'явитися пухир, який пізніше перетворюється на струп. Так само при попаданні короткохвильових інфрачервонихпроменів на органи зору може виникнути катаракта.

Наведені вище, можливі наслідки від впливу короткохвильового ІЧ обігрівача, не слід плутати з впливом довгохвильового ІЧ обігрівача. Як уже було сказано, довгохвильові інфрачервоні промені поглинаються у верхній частині шару шкіри і викликає лише простий тепловий вплив.

Використання променистого опалення не повинно наражати людину на небезпеку і створювати дискомфортний мікроклімат у приміщенні.

При променистому опаленні можна забезпечити комфортні умови за нижчої температури. При застосуванні променистого опалення повітря в приміщенні чистіше, оскільки менша швидкість повітряних потоків, завдяки чому зменшується забруднення пилом. Так само при даному опаленні не відбувається розкладання пилу, оскільки температура випромінюючої пластини довгохвильового обігрівача ніколи не досягає температури, необхідної для розкладання пилу.

Чим холодніший випромінювач тепла, тим він нешкідливіший для організму людини, тим довше може бути людина в зоні дії обігрівача.

Тривале перебування людини поблизу високотемпературного джерела тепла (понад 300 ° С) шкідливо для здоров'я людини.

Вплив на здоров'я інфрачервоного випромінювання людини.

Організм людини, як випромінює інфрачервоні променітак і поглинає їх. ІЧ промені проникають в організм людини через шкіру, при цьому різні шари шкіри по-різному відображають і поглинають ці промені. Довгохвильове випромінювання проникає в організм людини значно менше в порівнянні з короткохвильовим випромінюванням. Волога, що знаходиться в тканинах шкіри, поглинає більше 90% випромінювання, що потрапляє на поверхню тіла. Нервові рецептори, що відчувають теплоту, розташовані у зовнішньому шарі шкіри. Інфрачервоні промені, що поглинаються, збуджують ці рецептори, що і викликає у людини відчуття теплоти. Короткохвильове ІЧ випромінювання найбільш глибоко проникає в організм, викликаючи його максимальне прогрівання. Внаслідок цього впливу підвищується потенційна енергія клітин організму, і з них йтиме незв'язана вода, підвищується діяльність специфічних клітинних структур, зростає рівень імуноглобулінів, збільшується активність ферментів та естрогенів, відбуваються й інші біохімічні реакції. Це стосується всіх типів клітин організму та крові. Однак Тривалий вплив короткохвильового інфрачервоного випромінювання на організм людини – небажано.Саме на цій властивості заснований ефект теплового лікування, широко використовуваного у фізіотерапевтичних кабінетах наших та зарубіжних клінік та поміті, тривалість процедур – обмежена. Однак дані обмеження не поширюються на довгохвильові інфрачервоні обігрівачі.Важлива характеристика інфрачервоного випромінювання- Довжина хвилі (частота) випромінювання. Сучасні дослідження в галузі біотехнологій показали, що саме довгохвильове інфрачервоне випромінюваннямає виняткове значення у розвитку всіх форм життя Землі. З цієї причини його називають також біогенетичними променями чи променями життя. Наше тіло саме випромінює довгі інфрачервоні хвилі, але воно саме потребує також і постійного підживлення довгохвильовим теплом. Якщо це випромінювання починає зменшуватися чи ні постійної підживлення ним тіла людини, то організм зазнає атак різних захворювань, людина швидко старіє на тлі загального погіршення самопочуття. Далі інфрачервоне випромінюваннянормалізує процес обміну та усуває причину хвороби, а не лише її симптоми.

З таким опаленням не болітиме голова від задухи, що викликається перегрітим повітрям під стелею, як при роботі конвективного опалення- коли постійно хочеться відкрити кватирку і впустити свіже повітря (при цьому випускаючи нагріте).

При вплив ІЧ-випромінювання інтенсивністю 70-100 Вт/м2 в організмі підвищується активність біохімічних процесів, що веде до покращення загального стану людини. Проте існують нормативи, і їх варто дотримуватись. Є нормативи щодо безпечного опалення побутових та промислових приміщень, тривалості лікувальних та косметологічних процедур, роботи в ГАРЯЧИХ цехах тощо. Не варто забувати про це. При правильному використанні інфрачервоних обігрівачів - негативного впливу на організм ПОВНІСТТЮ ВІДСУТНІЙ.

Інфрачервоне випромінювання, інфрачервоні промені, властивості інфрачервоних променів, спектр випромінювання інфрачервоних обігрівачів

ІНФРАКРАСНЕ ВИПРОМІНЮВАННЯ, ІНФРАКРАСНІ ПРОМІНЮ, ВЛАСТИВОСТІ ІНФРАКРАСНИХ ПРОМІНЬ, СПЕКТР ВИПРОМІНЮВАННЯ ІНФРАКРАСНИХ ОБІГРІВАЧІВ Калінінград

ОБІГРІВАЧІ ВЛАСТИВОСТІ ВИПРОМІНЮВАННЯ СПЕКТР ОБІГРІВАЧІВ ДОВЖИНА ХВИЛИ ДОВГОВОХВИЛЬНІ СЕРЕДНЕХВИЛЬОВІ КОРОТКОХВИЛЬОВІ СВІТЛІ ТЕМНІ СІРІ ШКОДА ЗДОРОВ'Я ВПЛИВ НА ЧОЛОВ

> Інфрачервоні хвилі

Що таке інфрачервоні хвилі: довжина хвилі інфрачервоного випромінювання, діапазон інфрачервоних хвиль та частота. Вивчіть схеми інфрачервоного спектру та джерела.

Інфрачервоне світло(ІЧ) – електромагнітне проміння, яке за показником довжин хвиль перевищує видимий (0.74-1 мм).

Завдання навчання

• Розібратися в трьох діапазонах ІЧ-спектру та описати процеси поглинання та випромінювання молекулами.

Основні моменти

• ІЧ-світло вміщує більшу частину теплового випромінювання, що створюється тілами приблизно кімнатної температури. Випромінюється і поглинається, якщо у обертанні та коливанні молекул відбуваються зміни.
• ІЧ частину спектра можна розбити на три області за довжиною хвиль: далекий інфрачервоний (300-30 ТГц), середній (30-120 ТГц) та ближній (120-400 ТГц).
• ІЧ також називають тепловим випромінюванням.
• Важливо розібратися в концепції випромінювальної здатності зрозуміти ІЧ.
• ІЧ-промені можна застосувати для дистанційного визначення температури об'єктів (термографія).

Терміни

• Термографія – дистанційне обчислення змін температури тіла.
• Теплова радіація – електромагнітне випромінювання, створюване тілом через температуру.
• Випромінювальна здатність – вміння поверхні випромінювати.

Інфрачервоні хвилі

Інфрачервоне (ІЧ) світло - електромагнітні промені, які за показником довжин хвиль перевершують видиме світло (0.74-1 мм). Діапазон інфрачервоних хвиль сходиться з діапазоном частот 300-400 ТГц і містить величезну кількість теплового випромінювання. ІЧ-світло поглинається та випромінюється молекулами при зміні у обертанні та коливаннях.

Перед вами основні категорії електромагнітних хвиль. Роздільні лінії в деяких місцях відрізняються, інші категорії можуть перекриватися. Мікрохвилі займають високочастотну ділянку радіосекції електромагнітного спектру

Підкатегорії ІЧ-хвиль

ІЧ-частина електромагнітного спектра займає діапазон від 300 ГГц (1 мм) до 400 ТГц (750 нм). Можна виділити три види інфрачервоних хвиль:

• Далекий ІЧ-діапазон: 300 ГГц (1 мм) до 30 ТГц (10 мкм). Нижню частину можна назвати мікрохвилями. Ці промені поглинаються через обертання у газофазних молекулах, молекулярних рухах у рідинах та фотонів у твердих тілах. Вода в земній атмосфері так поглинається, що робить її непрозорою. Але є певні довжини хвиль (вікна), які використовуються для пропускання.
• Середній інфрачервоний діапазон: 30 до 120 ТГц (від 10 до 2.5 мкм). Джерелами є гарячі об'єкти. Поглинається коливаннями молекул (різноманітні атоми вібрують у позиціях рівноваги). Іноді цей діапазон називають відбитком пальця, тому що це специфічне явище.
• Найближчий інфрачервоний діапазон: 120 до 400 TГц (2500-750 нм). Ці фізичні процеси нагадують ті, що відбуваються у видимому світлі. Найбільш високі частоти можна знайти певним різновидом фотографічної плівки та датчиками для інфрачервоної, фото- та відеозйомки.

Тепло та теплове випромінювання

Інфрачервоне випромінювання називають також тепловим. ІЧ-світло від Сонця охоплює всього 49% земного нагріву, а все інше – видиме світло (поглинається та повторно відбивається на більш довгих хвилях).

Тепло – енергія у перехідній формі, яка тече через різницю у температурних показниках. Якщо тепло передається теплопровідністю або конвекцією, випромінювання здатне поширюватися у вакуумі.

Щоб розібратися в інфрачервоних променях, слід уважно розглянути концепцію випромінювальної здатності.

Джерела ІЧ-хвиль

Люди і більшість планетарного оточення створюють теплові промені на 10 мкм. Це кордон, що відокремлює середню та далеку ІЧ-області. Багато астрономічних тіл випускають вловлювану кількість ІЧ-променів на нетеплових довжинах хвиль.

ІЧ-промені можна використовувати, щоб обчислювати температурні показники об'єктів на відстані. Цей процес називають термографією і найактивніше застосовують у військовому та промисловому вживанні.

Термографічне зображення собаки та кішки

ІЧ-хвилі також використовують у опаленні, зв'язку, метеорології, спектроскопії, астрономії, біології та медицині, а також аналізі творів мистецтва.

Інфрачервоне випромінювання невидиме для людського ока, проте, його випромінюють усі рідкі та тверді речовини. Воно забезпечує перебіг багатьох процесів Землі. Застосовується у різних галузях нашої діяльності.

Усі властивості інфрачервоного випромінювання на організм вивчені фототерапевтами. Вплив залежить від довжини хвилі та тривалості впливу. Вони незамінні для нормального життя.

ІЧ діапазон знаходиться в проміжку від кінця червоного видимого спектру до фіолетового (ультрафіолет). Цей інтервал розбитий на області: довгу, середню та коротку. У ближньому світлі промені небезпечніші. А ось довгохвильові благотворно впливають на організм.

Користь від інфрачервоного випромінювання:

• використання у медицині на лікування різних захворювань;
• наукові дослідження – допомога у відкриттях;
• благотворно впливає зростання рослин;
• застосування у харчовій промисловості для прискорення біохімічних перетворень;
• стерилізація продуктів харчування;
• забезпечує роботу техніки – радіо, телефонів та інших;
• виготовлення різних апаратів та приладів, в основі дії яких лежить ІЧ;
• використання у військових цілях для безпеки населення.

Негативні аспекти короткохвильового ІЧ обумовлені температурою нагрівання. Чим вона вища, тим сильніша інтенсивність випромінювання.

Шкідливі властивості короткого ІЧ:

• при дії на очі – катаракта;
• при попаданні на шкіру – опіки, пухирі;
• при впливі на мозок – нудота, запаморочення, почастішання пульсу;
• при використанні нагрівачів з ІЧ не можна перебувати у безпосередній близькості.

Сонце- Головний природний генератор ІЧ. Приблизно 50% його випромінювання інфрачервоному спектрі. Завдяки їм зародилося життя. Сонячна енергія прямує до предметів з нижчою температурою та нагріває їх.

Земля поглинає її, і більшість повертає в атмосферу. Всі об'єкти мають різні випромінюючі властивості, які можуть мати залежність від декількох тіл.

До штучних похідних відноситься безліч предметів, оснащених світлодіодами. Це лампа розжарювання, вольфрамова нитка, обігрівачі, деякі лазери. Практично все, що нас оточує, є одночасно джерелом і поглиначем ІЧ. Будь-яке нагріте тіло випромінює невидиме світло.

Застосування

Інфрачервоні промені використовують у медицині, побуті, промисловості, астрономії. Вони охоплюють багато сфер у людському житті. Куди б він не пішов, де б не знаходився, скрізь відчуває ІЧ вплив.

Використання в медицині

З давніх-давен люди помітили цілющу силу тепла для лікування хвороб. Багато розладів беруться через несприятливі умови. Упродовж життя організм накопичує шкідливі речовини.

Інфрачервоне випромінювання давно застосовується у медицині. Найбільш корисними якостями мають довгохвильове ІЧ. Дослідження довели, що така терапія стимулює організм виводити токсини, алкоголь, нікотин, свинець, ртуть.

Нормалізує процес обміну речовин, зміцнюється імунітет, багато інфекцій проходять, причому зникають не лише симптоми, а й сама хвороба. Здоров'я явно стає міцнішим: знижується тиск, з'являється гарний сон, м'язи розслаблюються, судини розширюються, прискорюється кровотік, настрій покращується, психічна напруга йде.

Методи лікування можуть бути зосереджені безпосередньо на хворій ділянці або вплинути на весь організм.

Особливістю місцевої фізіотерапії є спрямована дія ІЧ на хворі частини тіла. Загальні процедури розраховані весь організм. Поліпшення настає вже після кількох сеансів.

Приклад основних захворювань, при яких показано ІЧ терапія:

• опорно-руховий апарат – переломи, артрит, запалення суглобів;
• дихальна система – астма, бронхіт, пневмонія;
• нервова система - невралгія, неспокійний сон, депресія;
• сечовидільний апарат – ниркова недостатність, цистит, простатит;
• шкірний покрив - опіки, виразки, рубці, запальні процеси, псоріаз;
• косметологія – антицелюлітний ефект;
• стоматологія – видалення нервів, встановлення пломби;
• цукровий діабет;
• усунення радіоактивного опромінення.

Цей список не відображає всіх аспектів у медицині, де застосовуються інфрачервоні промені.

Фізіопроцедури мають протипоказання:вагітність, захворювання крові, індивідуальна непереносимість, патології під час загострення, туберкульоз, новоутворення, гнійні процеси, схильність до кровотеч.

Інфрачервоний обігрівач

Все популярнішими стають ІЧ обігрівачі. Це пояснюється суттєвими перевагами з економічного та соціально-побутового підходу.

У промисловості та сільському господарстві давно встановили, що електромагнітні пристрої не розсіюють тепло, а нагрівають потрібний об'єкт, фокусуючи інфрачервоні випромінювання у вигляді хвилі безпосередньо на предмет. Так було у великому цеху опалюється робоче місце, але в складі шляху прямування людини, а чи не все приміщення.

Центральне теплопостачання здійснюється за допомогою гарячої води у батареях. Розподіл температури відбувається нерівномірно, нагріте повітря піднімається до стелі, а в районі паркету воно явно холодніше. У разі інфрачервоного обігрівача проблеми нераціонально використовуваного тепла можна уникнути.

Установки в комплексі з природною вентиляцією знижують вологість повітря до нормального, наприклад на свинофермах і корівниках датчики фіксують 70-75% і менше. З використанням такого випромінювача збільшується поголів'я тварин.

Інфрачервона спектроскопія

Розділ у фізиці відповідає за вплив ІЧ на тіла називається інфрачервоною спектроскопією. За допомогою нього вирішуються завдання кількісного та якісного аналізу сумішей речовин, дослідження міжмолекулярних взаємодій, вивчення кінетики та характеристик інтермедіатів хімічних реакцій.

Цим метод вимірює коливання молекул з допомогою спектрометра. Має велику табличну базу даних, яка дозволяє ідентифікувати тисячі речовин, ґрунтуючись на їхньому атомному відбитку.

Дистанційне керування

Використовується для контролю за пристроями на відстані. Інфрачервоні діоди застосовують в основному домашньої техніці. Наприклад, пульт від телевізора, деякі смартфони мають ІЧ порт.

Ці промені не заважають, т.к. невидимі для людських очей.

Термографія

Теплове зображення в інфрачервоних променях, використовується в діагностичних цілях, також у поліграфії, ветеринарії та інших сферах.

За різних захворювань температура тіла змінюється. Кровоносна система посилює інтенсивність у сфері порушень, що й відбивається на моніторі приладів.

Холодні відтінки – темно-сині, підвищення тепла помітно по зміні кольору спочатку на зелений, потім жовтий, червоний та білий.

Властивості ІЧ променів

ІЧ промені мають таку ж природу, як і видиме світло, але знаходяться в іншому діапазоні. У зв'язку з цим вони підпорядковуються законам оптики та наділені коефіцієнтами випромінювання, відображення, пропускної спроможності.

Відмінні характеристики:

• специфічною рисою є необхідність проміжного ланки під час передачі тепла;
• можливість проходити через деякі непрозорі тіла;
• нагріває речовину, поглинаючись ним;
• невидимий;
• має хімічну дію на фотопластинки;
• викликає внутрішній фотоефект у Німеччини;
• здатний до хвильової оптики (інтерференції та дифракції);
• фіксується фотографічними методами.

Інфрачервоне випромінювання у житті

Людина випромінює та поглинає ІЧ промені. Вони надають місцеву та загальну дію. А які будуть наслідки – користь чи шкода, залежить від їхньої частоти.

Від людей відходять довгі інфрачервоні хвилі, і бажано отримати їх назад. Фізіотерапевтичне лікування базується на них. Адже вони запускають механізм регенерації та оздоровлення органів.

Короткі хвилі мають інший принцип дії. Вони можуть викликати нагрів внутрішніх органів.

Також тривалий вплив ультрафіолетового проміння призводить до таких наслідків, як опік або навіть онкологія. Медичні фахівці не рекомендують перебувати на сонці вдень, особливо якщо з вами дитина.