Инфрачервено лъчение- електромагнитно лъчение, заемащо спектралната област между червения край на видимата светлина (с дължина на вълната λ = 0,74 μm) и микровълновото лъчение (λ ~ 1-2 mm).

Оптичните свойства на веществата в инфрачервеното лъчение се различават значително от свойствата им във видимото лъчение. Например слой вода от няколко сантиметра е непрозрачен за инфрачервено лъчение с λ = 1 μm. Инфрачервеното лъчение представлява по-голямата част от лъчението на лампите с нажежаема жичка, газоразрядните лампи и около 50% от лъчението на Слънцето; Някои лазери излъчват инфрачервено лъчение. За регистрирането му те използват термични и фотоелектрически приемници, както и специални фотографски материали.

Сега цялата гама от инфрачервено лъчение е разделена на три компонента:

• късовълнова област: λ = 0.74-2.5 µm;
• област на средна вълна: λ = 2,5-50 µm;
• дълговълнова област: λ = 50-2000 µm;

Наскоро дълговълновият ръб на този диапазон беше отделен в отделен, независим диапазон от електромагнитни вълни - терахерцово излъчване(субмилиметрова радиация).

Инфрачервеното лъчение се нарича още „топлинно“ лъчение, тъй като инфрачервеното лъчение от нагрети предмети се възприема от човешката кожа като усещане за топлина. В този случай дължините на вълните, излъчвани от тялото, зависят от температурата на нагряване: колкото по-висока е температурата, толкова по-къса е дължината на вълната и толкова по-висок е интензитетът на излъчване. Спектърът на излъчване на абсолютно черно тяло при относително ниски (до няколко хиляди Келвина) температури се намира главно в този диапазон. Инфрачервеното лъчение се излъчва от възбудени атоми или йони.

История на откриването и обща характеристика

Инфрачервеното лъчение е открито през 1800 г. от английския астроном У. Хершел. Докато изучава Слънцето, Хершел търси начин да намали нагряването на уреда, с който се правят наблюденията. Използвайки термометри, за да определи ефектите на различни части от видимия спектър, Хершел откри, че „максимумът на топлина“ се крие зад наситения червен цвят и, вероятно, „отвъд видимото пречупване“. Това изследване бележи началото на изследването на инфрачервеното лъчение.

Преди това лабораторните източници на инфрачервено лъчение бяха изключително горещи тела или електрически разряди в газове. Днес са създадени съвременни източници на инфрачервено лъчение с регулируема или фиксирана честота на базата на твърдотелни и молекулярни газови лазери. За запис на радиация в близката инфрачервена област (до ~1,3 μm) се използват специални фотографски плаки. Фотоелектричните детектори и фоторезистори имат по-широк диапазон на чувствителност (до приблизително 25 микрона). Радиацията в далечната инфрачервена област се регистрира от болометри - детектори, които са чувствителни към нагряване от инфрачервено лъчение.

IR оборудването се използва широко както във военните технологии (например за насочване на ракети), така и в гражданските технологии (например в оптични комуникационни системи). IR спектрометрите използват или лещи и призми, или дифракционни решетки и огледала като оптични елементи. За да се елиминира поглъщането на радиация във въздуха, спектрометрите за далечната инфрачервена област се произвеждат във вакуумен вариант.

Тъй като инфрачервените спектри са свързани с ротационни и вибрационни движения в молекулата, както и с електронни преходи в атоми и молекули, ИЧ спектроскопията позволява да се получи важна информация за структурата на атомите и молекулите, както и за лентовата структура на кристалите.

Приложение

Лекарство

Инфрачервените лъчи се използват във физиотерапията.

Дистанционно

Инфрачервените диоди и фотодиоди се използват широко в дистанционни управления, системи за автоматизация, системи за сигурност, някои мобилни телефони (инфрачервен порт) и др. Инфрачервените лъчи не отвличат вниманието на хората поради своята невидимост.

Интересното е, че инфрачервеното излъчване от домашно дистанционно управление лесно се записва с помощта на цифрова камера.

При боядисване

Инфрачервените излъчватели се използват в индустрията за сушене на боядисани повърхности. Инфрачервеният метод на сушене има значителни предимства пред традиционния конвекционен метод. На първо място, това, разбира се, е икономически ефект. Скоростта и изразходваната енергия при инфрачервено сушене е по-малка от същите показатели при традиционните методи.

Стерилизация на храни

Инфрачервеното лъчение се използва за стерилизиране на хранителни продукти за дезинфекция.

Антикорозионен агент

Инфрачервените лъчи се използват за предотвратяване на корозия на повърхности, покрити с лак.

Хранително-вкусовата промишленост

Особеност на използването на инфрачервено лъчение в хранително-вкусовата промишленост е възможността за проникване на електромагнитна вълна в капилярно-порести продукти като зърно, зърнени култури, брашно и др. на дълбочина до 7 mm. Тази стойност зависи от естеството на повърхността, структурата, свойствата на материала и честотните характеристики на излъчването. Електромагнитна вълна с определен честотен диапазон има не само термичен, но и биологичен ефект върху продукта, като спомага за ускоряване на биохимичните трансформации в биологичните полимери (нишесте, протеини, липиди). Конвейерните сушилни транспортьори могат успешно да се използват при съхранение на зърно в зърнохранилища и в брашномелачната промишленост.

Освен това инфрачервеното лъчение се използва широко за отопление на вътрешни и външни пространства. Инфрачервените нагреватели се използват за организиране на допълнително или основно отопление в помещения (къщи, апартаменти, офиси и др.), Както и за локално отопление на открито пространство (външни кафенета, беседки, веранди).

Недостатък е значително по-голямата неравномерност на нагряване, което е напълно недопустимо при редица технологични процеси.

Проверка на парите за автентичност

Инфрачервен излъчвател се използва в устройства за проверка на пари. Нанесени върху банкнотата като един от защитните елементи, специалните метамерни мастила се виждат изключително в инфрачервения диапазон. Инфрачервените детектори за валута са най-безгрешните устройства за проверка на автентичността на парите. Нанасянето на инфрачервени маркировки върху банкнота, за разлика от ултравиолетовите, е скъпо за фалшификаторите и следователно не е икономически изгодно. Следователно детекторите за банкноти с вграден инфрачервен излъчвател днес са най-надеждната защита срещу фалшифициране.

Опасно за здравето

Силното инфрачервено лъчение в горещи зони може да причини опасност за очите. Най-опасно е, когато излъчването не е придружено от видима светлина. На такива места е необходимо да се носят специални предпазни очила.

Вижте също

Други методи за пренос на топлина

Методи за регистриране (запис) на ИЧ спектри.

Бележки

Връзки

Инфрачервеното лъчение е един от видовете електромагнитно лъчение, което граничи с червената част на спектъра на видимата светлина от едната страна и микровълните от другата. Дължина на вълната - от 0,74 до 1000-2000 микрометра. Инфрачервените вълни се наричат ​​още „топлина“. Въз основа на дължината на вълната те се класифицират в три групи:

късовълнов (0,74-2,5 микрометра);

средна вълна (по-дълга от 2,5, по-къса от 50 микрометра);

дълги вълни (повече от 50 микрометра).

Източници на инфрачервено лъчение

На нашата планета инфрачервеното лъчение в никакъв случай не е необичайно. Почти всяка топлина е ефектът от инфрачервените лъчи. Няма значение какво е: слънчева светлина, топлина на телата ни или топлина, излъчвана от нагревателни уреди.

Инфрачервената част на електромагнитното излъчване не нагрява пространството, а самия обект. На този принцип е изградена работата на инфрачервените лампи. И Слънцето нагрява Земята по подобен начин.

Ефект върху живите организми

В момента науката не знае потвърдени факти за отрицателното въздействие на инфрачервените лъчи върху човешкото тяло. Освен ако лигавицата на очите може да бъде увредена поради твърде интензивно излъчване.

Но можем да говорим за ползите много дълго време. Още през 1996 г. учени от САЩ, Япония и Холандия потвърдиха редица положителни медицински факти. Топлинно излъчване:

унищожава някои видове вирус на хепатит;

потиска и забавя растежа на раковите клетки;

има способността да неутрализира вредните електромагнитни полета и радиация. Включително радиоактивни;

помага на диабетиците да произвеждат инсулин;

може да помогне при дистрофия;

подобряване на състоянието на тялото при псориазис.

Когато се чувствате по-добре, вашите вътрешни органи започват да работят по-ефективно. Храненето на мускулите се увеличава, а силата на имунната система се увеличава значително. Известен факт е, че при липса на инфрачервено лъчение тялото остарява значително по-бързо.

Инфрачервените лъчи се наричат ​​още „лъчи на живота“. Под тяхно влияние е започнал животът.

Използването на инфрачервените лъчи в човешкия живот

Инфрачервената светлина се използва не по-малко широко, отколкото е широко разпространена. Вероятно ще бъде много трудно да се намери поне една област от националната икономика, където инфрачервената част на електромагнитните вълни не е намерила приложение. Ние изброяваме най-известните области на приложение:

война. Бойните глави на самонасочващите се ракети или устройствата за нощно виждане са резултат от използването на инфрачервено лъчение;

термографията се използва широко в науката за определяне на прегрети или преохладени части на обект, който се изследва. Инфрачервеното изображение също се използва широко в астрономията, заедно с други видове електромагнитни вълни;

битови нагреватели. За разлика от конвекторите, такива устройства използват лъчиста енергия за отопление на всички предмети в стаята. И след това, интериорните предмети отделят топлина на околния въздух;

предаване на данни и дистанционно управление. Да, всички дистанционни управления за телевизори, магнетофони и климатици използват инфрачервени лъчи;

дезинфекция в хранително-вкусовата промишленост

лекарство. Лечение и профилактика на различни видове заболявания.

Инфрачервените лъчи са сравнително малка част от електромагнитното излъчване. Като естествен начин за пренос на топлина, нито един жизнен процес на нашата планета не може без него.

Въведение

Инфрачервеното лъчение се нарича „топлинно“ лъчение, тъй като инфрачервеното лъчение от нагрети предмети се възприема от човешката кожа като усещане за топлина. В този случай дължините на вълните, излъчвани от тялото, зависят от температурата на нагряване: колкото по-висока е температурата, толкова по-къса е дължината на вълната и толкова по-висок е интензитетът на излъчване. Спектърът на излъчване на абсолютно черно тяло при относително ниски (до няколко хиляди Келвина) температури се намира главно в този диапазон. Инфрачервеното лъчение се излъчва от възбудени атоми или йони. Инфрачервеното лъчение е практически същото като обикновената светлина.

Единствената разлика е, че когато удари предмети, видимата част от спектъра се превръща в светлина, а инфрачервеното лъчение се абсорбира от тялото, превръщайки се в топлинна енергия. Без него животът на нашата планета е немислим. Когато инфрачервеното лъчение се разпространява в космоса, практически няма загуба на енергия. Всъщност това е естествен и най-модерният метод за отопление. Следователно за топлоенергетиката въпросът за използването на инфрачервеното лъчение е много интересен.

Целта на тази работа е да се проучат характеристиките на инфрачервеното лъчение и защитата срещу инфрачервеното лъчение. За постигането на тази цел е необходимо да се решат следните задачи:

1. Помислете за характеристиките на инфрачервеното лъчение.

2. Анализирайте увреждащите фактори на инфрачервеното лъчение.

3. Проучете начините за защита срещу вредното въздействие на инфрачервеното лъчение.

Характеристики на инфрачервеното лъчение и източници

Инфрачервеното лъчение се генерира от всяко нагрято тяло, чиято температура определя интензитета и спектъра на излъчваната електромагнитна енергия. Нагрети тела с температура над 100 o C са източник на късовълново инфрачервено лъчение. Една от количествените характеристики на радиацията е интензитетът на топлинното излъчване, който може да се определи като енергията, излъчвана от единица площ за единица време (kcal/(m2 h) или W/m2). Измерването на интензитета на топлинното излъчване иначе се нарича актинометрия (от гръцките думи astinos - лъч и metrio - измервам), а устройството, използвано за определяне на интензитета на излъчване, се нарича актинометър. В зависимост от дължината на вълната проникващата способност на инфрачервеното лъчение се променя. Най-голяма проникваща способност има късовълновото инфрачервено лъчение (0,76-1,4 микрона), което прониква в човешката тъкан на дълбочина от няколко сантиметра. Дълговълновите инфрачервени лъчи (9-420 микрона) се задържат в повърхностните слоеве на кожата.

Източници на инфрачервено лъчение. В промишлени условия генерирането на топлина е възможно от:

* топилни, нагревателни пещи и други топлинни съоръжения;

*охлаждане на нагрети или разтопени метали;

*преминаване в топлина на механична енергия, изразходвана за задвижване на основното технологично оборудване;

*преход на електрическа енергия в топлинна и др.

Около 60% от топлинната енергия се разпространява в околната среда чрез инфрачервено лъчение. Лъчистата енергия, преминавайки през пространството почти без загуба, отново се превръща в топлина. Топлинното излъчване не засяга пряко околния въздух, свободно прониква в него. Промишлените източници на лъчиста топлина могат да бъдат разделени на четири групи според естеството на излъчването:

* с температура на излъчваща повърхност до 500oC (външна повърхност на пещи и др.); техният спектър съдържа инфрачервени лъчи с дължина на вълната 1,9-3,7 микрона;

* с повърхностни температури от 500 до 1300oC (открит пламък, разтопен чугун и др.); техният спектър съдържа предимно инфрачервени лъчи с дължина на вълната 1,9-3,7 микрона;

* с температури от 1300 до 1800oC (разтопена стомана и др.); техният спектър съдържа както инфрачервени лъчи, до къси с дължина на вълната 1,2-1,9 микрона, така и видими с висока яркост;

* с температури над 1800oC (пламъци на електродъгови пещи, заваръчни машини и др.); техният емисионен спектър съдържа, наред с инфрачервените и видимите, ултравиолетови лъчи.

Хранителните продукти могат да бъдат повлияни от няколко вида електрофизични въздействия. Това включва електрически ток, електрически импулс, свръхвисока честота, ултравиолетово лъчение и някои други, включително инфрачервено лъчение.

Чрез излагане на продуктите на инфрачервено лъчение могат да се извършват следните технологични процеси: нагряване, пържене, печене, сушене и други. Когато е изложен на материал или по-скоро на неговия поток, той се превръща в топлина. Способността на продуктите да абсорбират инфрачервеното лъчение се влияе от два фактора - дължината на вълната, която влияе върху продукта, и оптичните свойства на самия продукт. Дължината на вълната може да варира от 0,76 до 750 µm. В зависимост от дължината на вълната има три групи диапазони на излъчване.

1) Къси вълни. Дължината на вълната варира от 0,76 µm до 2,5 µm.
2) Средна вълна. Дължината на вълната варира от 2,5 до 25 µm.
3) Дълга вълна. Дължината на вълната варира от 25 до 750 µm.

Съществуват и редица коефициенти, които характеризират процеса на взаимодействие на веществото с енергията, действаща върху него. Това са отражение, абсорбция и пропускливост. Когато хранителните продукти се подлагат на топлинна обработка, тяхната повърхност променя структурата, цвета си и т.н., т.е. не остава постоянна.

Източниците на инфрачервено лъчение се делят на светли и тъмни в зависимост от дължината на вълната, която излъчват. Излъчвателите на светлина имат областта на видимата светлина в техния спектър. Границата между тъмни и светли излъчватели е дължина на вълната от 3 микрона или повече.

Светлинните източници на инфрачервено лъчение включват следните видове излъчватели: електрически и газови.

Основният елемент на електрически излъчватели е проводник, състоящ се от нихром или волфрам. Най-често се прави под формата на спирала.

Нека разгледаме по-отблизо някои видове електрически излъчватели.

Огледалната лампа е стъклена крушка с волфрамова нишка, поставена в центъра. Мощността на такава лампа може да бъде 250 - 500 W, спектърът на излъчване е в диапазона от 0,8 до 6 μm. Те могат да нагряват продуктите до 240 C. Монтират се на 15 cm от повърхността на продуктите. Този тип електрически излъчватели е доста крехък.

Тръбната кварцова лампа има волфрамова нишка вътре и клема от молибден. Мощността е 920 - 1000 W. Максимална дължина на вълната 1 µm. За да се намали максимално процесът на изпаряване на волфрам върху вътрешната повърхност на тръбата, в нея се изпомпва инертен газ. Тези лампи са безинерционни.

Отворени и затворени. Основният им елемент е нихромова спирала. Дължината на вълната е съответно 2,4 µm и 2,5 µm.

Приложение на тръби от кварцово стъкло като инфрачервени излъчватели в хранително-вкусовата промишленост забранени от хигиенните изисквания, защото те могат лесно да се счупят по време на работа на оборудването.

Електрическите инфрачервени излъчватели също включват нагревателни елементи. Дължината на излъчваната вълна е 2,5 µm.

Газовите инфрачервени излъчватели, както подсказва името им, работят с газ; той може да бъде природен или втечнен газ.

Типът инфрачервен източник, необходим за обработка на конкретен продукт, ще зависи от: спектралните характеристики на самия продукт, колко интензивна ще бъде доставена топлина и ефективността на устройството.

Инфрачервено лъчение. Откриване на инфрачервеното лъчение

Определение 1

Под инфрачервено лъчение(IR) се отнася до форма на енергия или метод на нагряване, при който топлината от едно тяло се прехвърля към друго тяло.

По време на живота си човек е постоянно изложен на инфрачервено лъчение и е в състояние да усети тази енергия като топлина, идваща от обект. Инфрачервеното лъчение се възприема човешка кожа, очите не виждат в този спектър.

Естествен източниквисоката температура е нашето светило. Температурата на нагряване е свързана с дължината на вълната на инфрачервените лъчи, които са късовълнови, средновълнови и дълги.

Къса дължина на вълнатаима висока температура и интензивно излъчване. Назад в $1800, английски астроном В. Хершелправи наблюдения на Слънцето. Докато изучаваше светилото, той търсеше начин, който да намали нагряването на инструмента, с който бяха извършени тези изследвания. На един етап от работата си ученият открива, че зад наситените в червеноразположен " максимална топлина" Проучването беше началото на проучването инфрачервено лъчение.

Ако по-рано източнициинфрачервеното лъчение в лабораторията служи като горещи тела или електрически разряди в газове, тогава днес създадени са съвременни източнициинфрачервено лъчение с честота, която може да се регулира или фиксира. Те се основават на твърдотелни и молекулярни газови лазери.

IN близка инфрачервена(около $1,3$ микрона) за регистриране на радиация те използват специални фотографски плаки.

IN далечна инфрачервена връзкарадиация се регистрира болометри- Това са детектори, които са чувствителни към нагряване от инфрачервено лъчение.

Инфрачервените вълни имат различни дължини, така че тяхната проникваща способност също ще бъде различна.

Дълга вълналъчи, идващи от Слънцето, например, спокойно преминават през земната атмосфера, в същото време, без да го нагрявате. Прониквайки през твърди тела, те повишават температурата си, така че за целия живот на планетата това е от голямо значение далечна радиация.

Интересно е, че в постоянен компенсиращ гримвсички живи тела се нуждаят, които също излъчват същия спектър от топлина. При липса на такова презареждане температурата на живото тяло пада, което го прави уязвимо към различни инфекции. Това допълнително презарежданепод формата на инфрачервено лъчение, според учените, по-скоро полезноотколкото вреден.

Бележка 1

Експертите са провели множество експерименти върху животни, които са показали, че инфрачервени лъчипотискат растежа на раковите клетки, унищожават редица вируси и неутрализират разрушителното действие на електромагнитните вълни. Инфрачервени лъчи с дълги вълниувеличаване на количеството инсулин, произведен от тялото, и неутрализиране на ефектите от радиоактивното излагане.

Приложения на инфрачервеното лъчение

Инфрачервеното лъчение се използва широко както в ежедневието, така и в различни области на човешката дейност.

Основните му области на приложение са:

Термография. IR радиацията ви позволява да определите температурата на обекти, които се намират на известно разстояние. Термичното изображение се използва широко в индустриални и военни приложения, неговите камери могат да откриват инфрачервени лъчи и да създават изображение на това лъчение. С термографските камери можете да „виждате“ всичко наблизо без никакво осветление, защото всички нагрети обекти излъчват инфрачервени лъчи.

Проследяване. IR проследяването се използва при насочване на ракети, в които се включва устройство, наречено „ търсачи на топлина" В резултат на факта, че двигателите на машините и механизмите, както и самият човек, излъчват топлина, те ще бъдат ясно видими в инфрачервения диапазон и оттук ракетите могат лесно да намерят посоката на полета.

Отопление.Като източник на топлина, IR повишава температурата и има благоприятен ефект върху човешкото здраве, напр. инфрачервени сауни, за които днес много се говори. Използват се при лечение на хипертония, сърдечна недостатъчност и ревматоиден артрит.

Метеорология. Височината на облаците и температурата на повърхността на водата и сушата се определят от сателити, които правят инфрачервени изображения. В такива изображения студените облаци са оцветени в бяло, докато топлите облаци са оцветени в сиво. Горещата повърхност на земята е боядисана в черно или сиво.

Астрономия.При наблюдение на небесни обекти астрономите използват специални инфрачервени телескопи. Благодарение на тези телескопи учените идентифицират протозвездите, преди да излъчват видима светлина, различават хладни обекти и наблюдават ядрата на галактиките.

Изкуство. И тук инфрачервеното лъчение намери приложение. Критици на изкуството, благодарение на инфрачервения рефлектограми, вижте долните слоеве на картините, скиците на художника. Това устройство помага за разграничаване на оригинала от копието, грешки при реставрационни работи. С негова помощ се изучават стари писмени документи.

Лекарство.Лечебните свойства на инфрачервената терапия са широко известни. Загрятата глина, пясък и сол отдавна се считат за лечебни и имат благоприятен ефект върху човешкото тяло. IR спомага за лечение на фрактури, подобрява обмяната на веществата в организма, бори се със затлъстяването, подпомага заздравяването на рани, подобрява кръвообращението и има благоприятен ефект върху ставите и мускулите.

В допълнение, терапевтичните ефекти се използват при заболявания:

1. Хроничен бронхит и бронхиална астма;
2. Пневмония;
3. Хроничен холецистит и неговото обостряне;
4. Простатит с нарушена потентност;
5. Ревматоиден артрит;
6. При заболявания на пикочните пътища и др.

За да използвате инфрачервените лъчи за медицински цели, е необходимо да се вземат предвид противопоказанията.

Те могат да причинят голяма вреда:

1. Когато човек има гнойни заболявания;
2. Скрито кървене;
3. Болести на кръвта;
4. Новообразувания и преди всичко злокачествени;
5. Възпалителни заболявания, най-често остри.

Късовълнов IRвлияят отрицателно на човешката мозъчна тъкан, което води до „ слънчев удар" Вредата в случая е очевидна. Човек изпитва главоболие, пулсът и дишането се учестяват, зрението става тъмно и е възможна загуба на съзнание. При по-нататъшно облъчване тялото не може да издържи - възниква оток на тъканите и мембраните на мозъка, появяват се симптоми на енцефалит и менингит. Къси вълниОсобено тежки щети се причиняват на човешките очи и сърдечно-съдовата система.

Бележка 2

По този начин се оказва, че ползите от IR върху тялото, въпреки отрицателните аспекти, са значителни.

Инфрачервена защита

За да се намалят вредите, причинени от инфрачервеното лъчение и да се предпази от него, са разработени стандарти за инфрачервено лъчение, които са безопасни за хората.

Основни мерки за защита:

1. Остарелите технологии трябва да бъдат заменени с модерни, които ще намалят интензитета на източника на излъчване;
2. Използването на екрани от метална мрежа и вериги, облицоващи отворени отвори на пещта с азбест;
3. Задължителна лична защита и най-вече защита на очите с очила със светлинни филтри;
4. Защита на тялото с ленено или полуленено работно облекло;
5. Рационален режим на работа и почивка;
6. Задължителни медицински и превантивни мерки за служителите.