الخصائص الأساسية للأشعة تحت الحمراء. مصادر الأشعة تحت الحمراء: الأنواع والتطبيقات

أشعة غاما المؤين بقايا الانجراف المغناطيسي ثنائي الفوتون تلقائي قسري

الأشعة تحت الحمراء- الإشعاع الكهرومغناطيسي، الذي يشغل المنطقة الطيفية بين الطرف الأحمر للضوء المرئي (بطول موجة 0 = 0.74 ميكرومتر) وإشعاع الموجات الدقيقة (1-2 ~ مم).

تختلف الخصائص البصرية للمواد في الأشعة تحت الحمراء بشكل كبير عن خصائصها في الإشعاع المرئي. على سبيل المثال، تكون طبقة من الماء يبلغ سمكها عدة سنتيمترات معتمة للأشعة تحت الحمراء مع 1 = 1 ميكرومتر. تشكل الأشعة تحت الحمراء معظم الإشعاع الصادر عن المصابيح المتوهجة، ومصابيح تفريغ الغاز، وحوالي 50% من الإشعاع الصادر من الشمس؛ تنبعث بعض أجهزة الليزر من الأشعة تحت الحمراء. ولتسجيله، يستخدمون أجهزة الاستقبال الحرارية والكهروضوئية، بالإضافة إلى مواد فوتوغرافية خاصة.

الآن ينقسم النطاق الكامل للأشعة تحت الحمراء إلى ثلاثة مكونات:

  • منطقة الموجة القصيرة: α = 0.74-2.5 ميكرومتر؛
  • منطقة منتصف الموجة: 2.5 = 2.5-50 ميكرومتر؛
  • منطقة الموجة الطويلة: 50 = 50-2000 ميكرومتر؛

ومؤخرًا، تم فصل حافة الموجة الطويلة لهذا النطاق إلى نطاق منفصل ومستقل من الموجات الكهرومغناطيسية - إشعاع تيراهيرتز(الإشعاع دون المليمتري).

يُطلق على الأشعة تحت الحمراء أيضًا اسم الإشعاع "الحراري" ، حيث ينظر جلد الإنسان إلى الأشعة تحت الحمراء الصادرة عن الأجسام الساخنة على أنها إحساس بالحرارة. في هذه الحالة، تعتمد الأطوال الموجية المنبعثة من الجسم على درجة حرارة التسخين: كلما ارتفعت درجة الحرارة، قل الطول الموجي وارتفعت شدة الإشعاع. يقع الطيف الإشعاعي لجسم أسود تمامًا عند درجات حرارة منخفضة نسبيًا (تصل إلى عدة آلاف من الكلفن) بشكل أساسي في هذا النطاق. تنبعث الأشعة تحت الحمراء من الذرات أو الأيونات المثارة.

تاريخ الاكتشاف والخصائص العامة

تم اكتشاف الأشعة تحت الحمراء في عام 1800 من قبل عالم الفلك الإنجليزي دبليو هيرشل. أثناء دراسة الشمس، كان هيرشل يبحث عن طريقة لتقليل حرارة الأداة التي تم من خلالها إجراء الملاحظات. وباستخدام موازين الحرارة لتحديد تأثيرات أجزاء مختلفة من الطيف المرئي، اكتشف هيرشل أن "الحد الأقصى للحرارة" يكمن خلف اللون الأحمر المشبع، وربما "وراء الانكسار المرئي". تمثل هذه الدراسة بداية دراسة الأشعة تحت الحمراء.

في السابق، كانت المصادر المختبرية للأشعة تحت الحمراء عبارة عن أجسام ساخنة أو تفريغ كهربائي في الغازات. في الوقت الحاضر، تم إنشاء مصادر حديثة للأشعة تحت الحمراء ذات تردد قابل للتعديل أو ثابت على أساس ليزر الحالة الصلبة والغاز الجزيئي. لتسجيل الإشعاع في المنطقة القريبة من الأشعة تحت الحمراء (حتى 1.3 ميكرومتر تقريبًا)، يتم استخدام لوحات فوتوغرافية خاصة. تتمتع أجهزة الكشف الكهروضوئية والمقاومات الضوئية بنطاق حساسية أوسع (يصل إلى 25 ميكرون تقريبًا). يتم تسجيل الإشعاع في منطقة الأشعة تحت الحمراء البعيدة بواسطة مقاييس البول - وهي أجهزة كشف حساسة للتدفئة بواسطة الأشعة تحت الحمراء.

تستخدم معدات الأشعة تحت الحمراء على نطاق واسع في كل من التكنولوجيا العسكرية (على سبيل المثال، لتوجيه الصواريخ) والتكنولوجيا المدنية (على سبيل المثال، في أنظمة اتصالات الألياف الضوئية). تستخدم مقاييس طيف الأشعة تحت الحمراء العدسات والمنشورات أو شبكات الحيود والمرايا كعناصر بصرية. وللتخلص من امتصاص الإشعاع في الهواء، يتم تصنيع أجهزة قياس الطيف لمنطقة الأشعة تحت الحمراء البعيدة في نسخة مفرغة.

نظرًا لأن أطياف الأشعة تحت الحمراء ترتبط بالحركات الدورانية والاهتزازية في الجزيء، وكذلك مع التحولات الإلكترونية في الذرات والجزيئات، فإن التحليل الطيفي للأشعة تحت الحمراء يسمح للمرء بالحصول على معلومات مهمة حول بنية الذرات والجزيئات، بالإضافة إلى بنية شريط البلورات.

طلب

الدواء

تستخدم الأشعة تحت الحمراء في العلاج الطبيعي.

جهاز التحكم

تستخدم الثنائيات والثنائيات الضوئية بالأشعة تحت الحمراء على نطاق واسع في أجهزة التحكم عن بعد وأنظمة التشغيل الآلي وأنظمة الأمان وبعض الهواتف المحمولة (منفذ الأشعة تحت الحمراء) وما إلى ذلك. الأشعة تحت الحمراء لا تصرف انتباه الإنسان بسبب عدم رؤيتها.

ومن المثير للاهتمام أن الأشعة تحت الحمراء الصادرة عن جهاز التحكم عن بعد المنزلي يتم تسجيلها بسهولة باستخدام كاميرا رقمية.

عند الرسم

تستخدم بواعث الأشعة تحت الحمراء في الصناعة لتجفيف أسطح الطلاء. تتميز طريقة التجفيف بالأشعة تحت الحمراء بمزايا كبيرة مقارنة بطريقة الحمل الحراري التقليدية. بادئ ذي بدء، هذا بالطبع تأثير اقتصادي. السرعة والطاقة المستهلكة أثناء التجفيف بالأشعة تحت الحمراء أقل من نفس المؤشرات بالطرق التقليدية.

تعقيم المواد الغذائية

يتم استخدام الأشعة تحت الحمراء لتعقيم المنتجات الغذائية لتطهيرها.

عامل مضاد للتآكل

تستخدم الأشعة تحت الحمراء لمنع تآكل الأسطح المطلية بالورنيش.

الصناعات الغذائية

من السمات الخاصة لاستخدام الأشعة تحت الحمراء في صناعة المواد الغذائية إمكانية اختراق الموجات الكهرومغناطيسية في المنتجات المسامية الشعرية مثل الحبوب والحبوب والدقيق وما إلى ذلك إلى عمق يصل إلى 7 مم. تعتمد هذه القيمة على طبيعة السطح والبنية وخصائص المواد وخصائص تردد الإشعاع. إن الموجة الكهرومغناطيسية ذات نطاق تردد معين ليس لها تأثير حراري فحسب، بل لها أيضًا تأثير بيولوجي على المنتج، مما يساعد على تسريع التحولات الكيميائية الحيوية في البوليمرات البيولوجية (النشا والبروتين والدهون). يمكن استخدام ناقلات التجفيف الناقلة بنجاح عند تخزين الحبوب في مخازن الحبوب وفي صناعة طحن الدقيق.

بالإضافة إلى ذلك، يتم استخدام الأشعة تحت الحمراء على نطاق واسع لتدفئة المساحات الداخلية والخارجية. تُستخدم سخانات الأشعة تحت الحمراء لتنظيم تدفئة إضافية أو رئيسية في الغرف (المنازل والشقق والمكاتب وما إلى ذلك)، وكذلك للتدفئة المحلية للمساحة الخارجية (المقاهي الخارجية وشرفات المراقبة والشرفات الأرضية).

العيب هو عدم انتظام التسخين بشكل كبير، وهو أمر غير مقبول على الإطلاق في عدد من العمليات التكنولوجية.

التحقق من صحة الأموال

يتم استخدام باعث الأشعة تحت الحمراء في الأجهزة لفحص الأموال. عند تطبيقها على الورقة النقدية كأحد عناصر الأمان، يمكن رؤية أحبار ميتامترية خاصة في نطاق الأشعة تحت الحمراء حصريًا. تعد أجهزة كشف العملات بالأشعة تحت الحمراء من أكثر الأجهزة الخالية من الأخطاء للتحقق من صحة الأموال. إن وضع علامات الأشعة تحت الحمراء على الأوراق النقدية، على عكس العلامات فوق البنفسجية، أمر مكلف بالنسبة للمزورين، وبالتالي فهو غير مربح اقتصاديًا. ولذلك، فإن أجهزة كشف الأوراق النقدية المزودة بباعث الأشعة تحت الحمراء المدمج هي اليوم الحماية الأكثر موثوقية ضد التزييف.

المخاطر الصحية

قد تسبب الأشعة تحت الحمراء القوية في المناطق الساخنة خطرًا على العين. ويكون الأمر أكثر خطورة عندما لا يكون الإشعاع مصحوبًا بضوء مرئي. في مثل هذه الأماكن من الضروري ارتداء حماية خاصة للعين.

أنظر أيضا

طرق نقل الحرارة الأخرى

طرق تسجيل (تسجيل) أطياف الأشعة تحت الحمراء.

ملحوظات

روابط

من أجل فهم مبدأ تشغيل بواعث الأشعة تحت الحمراء، فمن الضروري أن نتخيل جوهر هذه الظاهرة الفيزيائية مثل الأشعة تحت الحمراء.

نطاق الأشعة تحت الحمراء والطول الموجي

الأشعة تحت الحمراء هي نوع من الإشعاع الكهرومغناطيسي الذي يشغل النطاق من 0.77 إلى 340 ميكرون في طيف الموجات الكهرومغناطيسية. في هذه الحالة، يعتبر النطاق من 0.77 إلى 15 ميكرون موجة قصيرة، ومن 15 إلى 100 ميكرون - موجة متوسطة، ومن 100 إلى 340 - موجة طويلة.

الجزء القصير الموجة من الطيف مجاور للضوء المرئي، والجزء الطويل الموجة يندمج مع منطقة موجات الراديو فائقة القصر. ولذلك، فإن الأشعة تحت الحمراء لها خصائص الضوء المرئي (تنتشر في خط مستقيم، وتنعكس، وتنكسر مثل الضوء المرئي) وخصائص موجات الراديو (يمكن أن تمر عبر بعض المواد غير الشفافة للإشعاع المرئي).

بواعث الأشعة تحت الحمراء مع درجة حرارة سطحية من 700 درجة مئوية إلى 2500 درجة مئوية لها طول موجي يتراوح بين 1.55-2.55 ميكرون وتسمى "الضوء" - في الطول الموجي فهي أقرب إلى الضوء المرئي، والبواعث ذات درجة حرارة السطح المنخفضة لها طول موجي أطول وتسمى " مظلم".

مصادر الأشعة تحت الحمراء

بشكل عام، أي جسم يتم تسخينه إلى درجة حرارة معينة يبعث طاقة حرارية في نطاق الأشعة تحت الحمراء لطيف الموجات الكهرومغناطيسية ويمكنه نقل هذه الطاقة من خلال التبادل الحراري الإشعاعي إلى أجسام أخرى. يتم نقل الطاقة من جسم ذو درجة حرارة أعلى إلى جسم ذو درجة حرارة أقل، بينما تختلف الأجسام المختلفة في القدرات الانبعاثية والامتصاصية، والتي تعتمد على طبيعة الجسمين، وعلى حالة سطحهما، وما إلى ذلك.

الإشعاع الكهرومغناطيسي له طابع الكم الضوئي. عند التفاعل مع المادة، تمتص ذرات المادة الفوتون، وتنقل طاقتها إليها. وفي الوقت نفسه تزداد طاقة الاهتزازات الحرارية للذرات في جزيئات المادة، أي. تتحول طاقة الإشعاع إلى حرارة.

جوهر التسخين الإشعاعي هو أن الموقد، كونه مصدرًا للإشعاع، يولد ويتشكل في الفضاء ويوجه الإشعاع الحراري إلى منطقة التسخين. يقع على الهياكل المحيطة (الأرضيات والجدران)، والمعدات التكنولوجية، والأشخاص في منطقة التشعيع، ويمتصهم ويسخنهم. يخلق تدفق الإشعاع، الذي تمتصه الأسطح والملابس وجلد الإنسان، راحة حرارية دون زيادة درجة الحرارة المحيطة. الهواء في الغرف الساخنة، مع بقائه شفافًا تقريبًا للأشعة تحت الحمراء، يتم تسخينه بسبب "الحرارة الثانوية"، أي. الحمل الحراري من الهياكل والأشياء التي يتم تسخينها بواسطة الإشعاع.

خصائص وتطبيقات الأشعة تحت الحمراء

لقد ثبت أن التعرض لتسخين الأشعة تحت الحمراء له تأثير مفيد على البشر. إذا تم إدراك الإشعاع الحراري بطول موجي أكبر من 2 ميكرون بشكل أساسي عن طريق الجلد مع توصيل الطاقة الحرارية الناتجة إلى الداخل، فإن الإشعاع بطول موجي يصل إلى 1.5 ميكرون يخترق سطح الجلد، ويسخنه جزئيًا، ويصل إلى شبكة الجلد. الأوعية الدموية ويرفع درجة حرارة الدم بشكل مباشر. عند كثافة معينة من تدفق الحرارة، فإن تأثيرها يسبب إحساسًا حراريًا لطيفًا. في التسخين الإشعاعي، يطلق جسم الإنسان معظم حرارته الزائدة عن طريق الحمل الحراري إلى الهواء المحيط، والذي يكون درجة حرارته أقل. هذا النوع من نقل الحرارة له تأثير منعش وله تأثير مفيد على الصحة.

في بلدنا، تم إجراء دراسة تكنولوجيا التدفئة بالأشعة تحت الحمراء منذ الثلاثينيات، سواء فيما يتعلق بالزراعة أو الصناعة.

لقد مكنت الدراسات الطبية والبيولوجية التي تم إجراؤها من إثبات أن أنظمة التدفئة بالأشعة تحت الحمراء تلبي بشكل كامل تفاصيل مباني الماشية مقارنة بأنظمة التدفئة المركزية أو الهواء بالحمل الحراري. بادئ ذي بدء، يرجع ذلك إلى حقيقة أنه مع التدفئة بالأشعة تحت الحمراء، فإن درجة حرارة الأسطح الداخلية للأسوار، وخاصة الأرضية، تتجاوز درجة حرارة الهواء في الغرفة. هذا العامل له تأثير مفيد على التوازن الحراري للحيوانات، والقضاء على فقدان الحرارة الشديد.

تعمل أنظمة الأشعة تحت الحمراء، جنبًا إلى جنب مع أنظمة التهوية الطبيعية، على ضمان انخفاض رطوبة الهواء النسبية إلى القيم القياسية (في مزارع الخنازير وحظائر العجول إلى 70-75٪ أو أقل).

نتيجة لتشغيل هذه الأنظمة، تصل ظروف درجة الحرارة والرطوبة في المبنى إلى معايير مناسبة.

إن استخدام أنظمة التدفئة الإشعاعية للمباني الزراعية لا يسمح فقط بخلق الظروف المناخية المحلية اللازمة، بل يسمح أيضًا بتكثيف الإنتاج. في العديد من المزارع في باشكيريا (المزرعة الجماعية التي تحمل اسم لينين، المزرعة الجماعية التي تحمل اسم نوريمانوف)، زاد إنتاج النسل بشكل ملحوظ بعد إدخال التدفئة بالأشعة تحت الحمراء (زيادة الترعيف في الشتاء بمقدار 4 مرات)، وزادت سلامة الحيوانات الصغيرة (من 72.8% إلى 97.6%.

حاليًا، تم تركيب نظام التدفئة بالأشعة تحت الحمراء وتشغيله لموسم واحد في مؤسسة Chuvash Broiler في ضواحي تشيبوكساري. وفقًا لمراجعات مديري المزارع، خلال فترة درجات الحرارة الشتوية الدنيا -34-36 درجة مئوية، عمل النظام دون انقطاع ووفر الحرارة اللازمة لتربية الدواجن من أجل اللحوم (مسكن الأرضية) لمدة 48 يومًا. ويدرسون حاليًا مسألة تجهيز بيوت الدواجن المتبقية بأنظمة الأشعة تحت الحمراء.

الأشعة تحت الحمراء (IR) هي موجات كهرومغناطيسية. العين البشرية غير قادرة على إدراك هذا الإشعاع، لكن الإنسان يرى ذلك كطاقة حرارية ويشعر بها في جميع أنحاء الجلد. نحن محاطون باستمرار بمصادر الأشعة تحت الحمراء، والتي تختلف في شدتها وطول موجتها.

هل يجب أن نخاف من الأشعة تحت الحمراء، هل تضر أو ​​تنفع للإنسان وما هو تأثيرها؟

ما هي الأشعة تحت الحمراء ومصادرها؟

كما هو معروف، فإن طيف الإشعاع الشمسي، الذي تنظر إليه العين البشرية على أنه لون مرئي، يقع بين الموجات البنفسجية (الأقصر - 0.38 ميكرون) والأحمر (الأطول - 0.76 ميكرون). بالإضافة إلى هذه الموجات، هناك موجات كهرومغناطيسية لا يمكن للعين البشرية الوصول إليها - الأشعة فوق البنفسجية والأشعة تحت الحمراء. "فائقة" تعني أنها أقل من أو بمعنى آخر أقل من الإشعاع البنفسجي. "الأشعة تحت الحمراء"، على التوالي، هي إشعاع أحمر أعلى أو أكثر.

أي أن الأشعة تحت الحمراء هي موجات كهرومغناطيسية تقع خارج نطاق اللون الأحمر، وطولها أطول من طول الإشعاع الأحمر المرئي. اكتشف عالم الفلك الألماني ويليام هيرشل، أثناء دراسته للإشعاع الكهرومغناطيسي، موجات غير مرئية تتسبب في ارتفاع درجة حرارة مقياس الحرارة، وأطلق عليها اسم الإشعاع الحراري تحت الأحمر.

أقوى مصدر طبيعي للإشعاع الحراري هو الشمس. من بين جميع الأشعة المنبعثة من النجم، 58٪ منها هي الأشعة تحت الحمراء. المصادر الصناعية هي جميع أجهزة التدفئة الكهربائية التي تحول الكهرباء إلى حرارة، وكذلك أي أشياء تزيد درجة حرارتها عن الصفر المطلق – 273 درجة مئوية.

خصائص الأشعة تحت الحمراء

الأشعة تحت الحمراء لها نفس طبيعة وخصائص الضوء العادي، فقط طول موجي أطول. تنعكس موجات الضوء المرئية للعين، التي تصل إلى الأشياء، وتنكسر بطريقة معينة، ويرى الإنسان انعكاس الجسم بمجموعة واسعة من الألوان. ويتم امتصاص الأشعة تحت الحمراء التي تصل إلى جسم ما، مما يؤدي إلى إطلاق الطاقة وتسخين الجسم. نحن لا نرى الأشعة تحت الحمراء، ولكننا نشعر بها على شكل حرارة.

بمعنى آخر، إذا لم تبعث الشمس طيفًا واسعًا من الأشعة تحت الحمراء طويلة الموجة، فلن يرى الشخص سوى ضوء الشمس، لكنه لن يشعر بحرارته.

من الصعب تخيل الحياة على الأرض بدون حرارة الشمس.

ويمتص الغلاف الجوي بعضاً منه، وتنقسم الموجات الواصلة إلينا إلى:

قصير - يقع الطول في حدود 0.74 ميكرون - 2.5 ميكرون، وتنبعث من الأجسام التي يتم تسخينها إلى درجة حرارة تزيد عن 800 درجة مئوية؛

متوسط ​​- من 2.5 ميكرون إلى 50 ميكرون، درجة حرارة التسخين من 300 إلى 600 درجة مئوية؛

طويل – أوسع نطاق من 50 ميكرون إلى 2000 ميكرون (2 مم)، حتى 300 درجة مئوية.

تتحدد خصائص الأشعة تحت الحمراء وفوائدها وأضرارها على جسم الإنسان من خلال مصدر الإشعاع - فكلما ارتفعت درجة حرارة الباعث، زادت شدة الموجات وتعمقت قدرتها على الاختراق، ودرجة تأثيرها على أي كائن حي. الكائنات الحية. كشفت الدراسات التي أجريت على المواد الخلوية للنباتات والحيوانات عن عدد من الخصائص المفيدة للأشعة تحت الحمراء، والتي وجدت تطبيقًا واسعًا في الطب.

فوائد الأشعة تحت الحمراء للإنسان وتطبيقها في الطب

أثبتت الأبحاث الطبية أن الأشعة تحت الحمراء بعيدة المدى ليست آمنة للبشر فحسب، ولكنها مفيدة جدًا أيضًا. تعمل على تنشيط تدفق الدم وتحسين عمليات التمثيل الغذائي وقمع تطور البكتيريا وتعزيز الشفاء السريع للجروح بعد التدخلات الجراحية. إنها تعزز تطوير المناعة ضد المواد الكيميائية السامة وأشعة غاما، وتحفز التخلص من السموم والنفايات من خلال العرق والبول وخفض نسبة الكوليسترول.

فعالة بشكل خاص هي الأشعة التي يبلغ طولها 9.6 ميكرون، والتي تعزز تجديد (ترميم) وشفاء أعضاء وأنظمة الجسم البشري.

منذ زمن سحيق، استخدم الطب الشعبي العلاج بالطين الساخن أو الرمل أو الملح - وهذه أمثلة حية على التأثيرات المفيدة للأشعة تحت الحمراء الحرارية على البشر.

لقد تعلم الطب الحديث استخدام الخصائص المفيدة لعلاج عدد من الأمراض:

باستخدام الأشعة تحت الحمراء، يمكنك علاج كسور العظام، والتغيرات المرضية في المفاصل، وتخفيف آلام العضلات؛

للأشعة تحت الحمراء تأثير إيجابي في علاج المرضى المشلولين؛

التئام الجروح بسرعة (بعد العملية الجراحية وغيرها)، وتخفيف الألم.

من خلال تحفيز الدورة الدموية، فإنها تساعد على تطبيع ضغط الدم.

يحسن الدورة الدموية في الدماغ والذاكرة.

إزالة الأملاح المعدنية الثقيلة من الجسم؛

لديهم تأثير مضاد للميكروبات ومضاد للالتهابات ومضاد للفطريات.

تقوية جهاز المناعة.

الربو القصبي، والالتهاب الرئوي، وداء العظم الغضروفي، والتهاب المفاصل، وتحصي البول، والتقرحات، والقرحة، والتهاب الجذر، وقضمة الصقيع، وأمراض الجهاز الهضمي - هذه ليست قائمة كاملة من الأمراض التي تستخدم لعلاجها الآثار الإيجابية للأشعة تحت الحمراء.

تعمل تدفئة المباني السكنية باستخدام أجهزة الأشعة تحت الحمراء على تعزيز تأين الهواء ومحاربة الحساسية وتدمير البكتيريا والفطريات العفن وتحسين حالة الجلد عن طريق تنشيط الدورة الدموية. عند شراء سخان لا بد من اختيار الأجهزة ذات الموجة الطويلة.

تطبيقات أخرى

لقد وجدت خاصية الأجسام التي تنبعث منها موجات حرارية تطبيقًا في مختلف مجالات النشاط البشري. على سبيل المثال، بمساعدة الكاميرات الحرارية الخاصة القادرة على التقاط الإشعاع الحراري، يمكنك رؤية أي كائنات والتعرف عليها في الظلام المطلق. تُستخدم الكاميرات الحرارية على نطاق واسع في التطبيقات العسكرية والصناعية للكشف عن الأشياء غير المرئية.

في الأرصاد الجوية وعلم التنجيم، تُستخدم الأشعة تحت الحمراء لتحديد المسافات إلى الأشياء والسحب ودرجة حرارة سطح الماء وما إلى ذلك. وتتيح التلسكوبات التي تعمل بالأشعة تحت الحمراء دراسة الأجسام الفضائية التي لا يمكن رؤيتها من خلال الأجهزة التقليدية.

العلم لا يقف ساكناً وعدد أجهزة الأشعة تحت الحمراء ومجالات تطبيقها يتزايد باستمرار.

ضرر

يصدر الإنسان، مثل أي جسم، موجات تحت حمراء متوسطة وطويلة، يتراوح طولها من 2.5 ميكرون إلى 20-25 ميكرون، وبالتالي فإن الموجات بهذا الطول آمنة تمامًا للإنسان. الموجات القصيرة قادرة على اختراق الأنسجة البشرية بعمق، مما يسبب تسخين الأعضاء الداخلية.

الأشعة تحت الحمراء ذات الموجة القصيرة ليست ضارة فحسب، بل إنها خطيرة جدًا أيضًا على البشر، وخاصة على الأعضاء البصرية.

وتحدث ضربة الشمس، الناجمة عن الموجات القصيرة، عندما ترتفع حرارة الدماغ بمقدار درجة مئوية واحدة فقط. أعراضه هي:

دوخة شديدة

غثيان؛

زيادة معدل ضربات القلب؛

فقدان الوعي.

إن علماء المعادن وعمال الصلب، الذين يتعرضون باستمرار للتأثيرات الحرارية للأشعة تحت الحمراء القصيرة، هم أكثر عرضة من غيرهم للمعاناة من أمراض القلب والأوعية الدموية، ولديهم جهاز مناعي ضعيف، وغالبًا ما يتعرضون لنزلات البرد.

لتجنب الآثار الضارة للأشعة تحت الحمراء، من الضروري اتخاذ تدابير وقائية والحد من الوقت الذي يقضيه تحت الأشعة الخطرة. لكن فوائد الإشعاع الشمسي الحراري للحياة على كوكبنا لا يمكن إنكارها!

ما هو الأشعة تحت الحمراء؟ وينص التعريف على أن الأشعة تحت الحمراء هي إشعاع كهرومغناطيسي يخضع للقوانين البصرية وهو من طبيعة الضوء المرئي. للأشعة تحت الحمراء نطاق طيفي بين الضوء المرئي الأحمر وانبعاث الراديو قصير الموجة. بالنسبة لمنطقة الأشعة تحت الحمراء من الطيف، هناك تقسيم إلى موجة قصيرة وموجة متوسطة وموجة طويلة. تأثير التسخين لهذه الأشعة مرتفع. الاختصار المعتمد للأشعة تحت الحمراء هو IR.

الأشعة تحت الحمراء

يقدم المصنعون معلومات مختلفة حول أجهزة التدفئة المصممة وفقًا لمبدأ الإشعاع المعني. قد يشير البعض إلى أن الجهاز يعمل بالأشعة تحت الحمراء، بينما قد يشير البعض الآخر إلى أنه طويل الموجة أو داكن. كل هذا يتعلق عمليًا بالأشعة تحت الحمراء؛ تتمتع سخانات الموجات الطويلة بأدنى درجة حرارة للسطح المشع، وتنبعث الموجات بكتلة أكبر في منطقة الموجة الطويلة من الطيف. لقد تلقوا أيضًا اسم الظلام ، لأنهم عند درجة الحرارة لا ينبعثون من الضوء ولا يلمعون ، كما في حالات أخرى. تتمتع سخانات الموجة المتوسطة بدرجة حرارة سطحية أعلى وتسمى بالسخانات الرمادية. نوع الضوء هو جهاز قصير الموجة.

تختلف الخصائص البصرية للمادة الموجودة في مناطق الأشعة تحت الحمراء من الطيف عن الخصائص البصرية في الحياة اليومية العادية. أجهزة التدفئة التي يستخدمها الناس كل يوم تنبعث منها الأشعة تحت الحمراء، ولكن لا يمكنك رؤيتها. الفرق كله هو في الطول الموجي، فهو يختلف. يقوم المبرد العادي بإصدار الأشعة، وهذه هي الطريقة التي يتم بها تسخين الغرفة. موجات الأشعة تحت الحمراء موجودة في حياة الإنسان بشكل طبيعي؛

تنتمي الأشعة تحت الحمراء إلى فئة الإشعاع الكهرومغناطيسي، أي لا يمكن رؤيتها بالعين. تتراوح الأطوال الموجية من 1 ملم إلى 0.7 ميكرومتر. أكبر مصدر للأشعة تحت الحمراء هو الشمس.

الأشعة تحت الحمراء للتدفئة

يتيح لك وجود التدفئة بناءً على هذه التقنية التخلص من عيوب نظام الحمل الحراري المرتبط بتدوير تدفق الهواء في المبنى. الحمل الحراري يرفع ويحمل الغبار والحطام ويخلق تيارًا هوائيًا. إذا قمت بتركيب سخان كهربائي يعمل بالأشعة تحت الحمراء، فإنه سيعمل على مبدأ الأشعة الشمسية، وسيكون التأثير مشابهًا لحرارة الشمس في الطقس البارد.

موجة الأشعة تحت الحمراء هي شكل من أشكال الطاقة، وهي آلية طبيعية مستعارة من الطبيعة. هذه الأشعة قادرة على تسخين ليس فقط الأشياء، ولكن أيضًا الفضاء الجوي نفسه. تخترق الموجات طبقات الهواء وتسخن الأجسام والأنسجة الحية. إن تحديد مصدر الإشعاع المعني ليس مهمًا جدًا؛ إذا كان الجهاز على السقف، فإن أشعة التسخين ستصل إلى الأرض بشكل مثالي. من المهم أن تسمح لك الأشعة تحت الحمراء بترك الهواء رطبًا ولا يجففه كما تفعل الأنواع الأخرى من أجهزة التدفئة. أداء الأجهزة التي تعتمد على الأشعة تحت الحمراء مرتفع للغاية.

لا يتطلب الإشعاع تحت الأحمر تكاليف طاقة كبيرة، لذلك هناك وفورات في الاستخدام المنزلي لهذا التطوير. الأشعة تحت الحمراء مناسبة للعمل في المساحات الكبيرة، والشيء الرئيسي هو اختيار طول الأشعة المناسب وإعداد الأجهزة بشكل صحيح.

أضرار وفوائد الأشعة تحت الحمراء

تسبب الأشعة تحت الحمراء الطويلة التي تصيب الجلد تفاعلًا في المستقبلات العصبية. وهذا يضمن وجود الحرارة. لذلك، في العديد من المصادر، يسمى الأشعة تحت الحمراء الإشعاع الحراري. يتم امتصاص معظم الطاقة المنبعثة عن طريق الرطوبة الموجودة في الطبقة العليا من جلد الإنسان. ولذلك ترتفع درجة حرارة الجلد، ونتيجة لذلك يسخن الجسم بأكمله.

هناك رأي مفاده أن الأشعة تحت الحمراء ضارة. هذا خطأ.

تظهر الأبحاث أن الإشعاع طويل الموجة آمن للجسم، علاوة على أن له فوائد.

إنها تقوي جهاز المناعة وتحفز التجديد وتحسن حالة الأعضاء الداخلية. تستخدم هذه الأشعة التي يبلغ طولها 9.6 ميكرون في الممارسة الطبية لأغراض علاجية.

تعمل الأشعة تحت الحمراء ذات الموجة القصيرة بشكل مختلف. يخترق عمق الأنسجة ويدفئ الأعضاء الداخلية متجاوزًا الجلد. إذا قمت بتشعيع الجلد بمثل هذه الأشعة، تتوسع شبكة الشعيرات الدموية، ويتحول الجلد إلى اللون الأحمر، وقد تظهر علامات الحروق. مثل هذه الأشعة خطيرة على العيون، فهي تؤدي إلى تكوين إعتام عدسة العين، وتعطيل توازن الماء والملح، وإثارة النوبات.

يصاب الإنسان بضربة شمس بسبب الإشعاع قصير الموجة. إذا قمت بزيادة درجة حرارة الدماغ حتى درجة واحدة، فإن علامات الصدمة أو التسمم تظهر بالفعل:

  • غثيان؛
  • سرعة النبض؛
  • سواد في العيون.

إذا حدث ارتفاع درجة الحرارة بمقدار درجتين أو أكثر، فإن التهاب السحايا يتطور، وهو ما يهدد الحياة.

تعتمد شدة الأشعة تحت الحمراء على عدة عوامل. المسافة إلى موقع مصادر الحرارة ومؤشر درجة الحرارة مهمة. الأشعة تحت الحمراء طويلة الموجة مهمة في الحياة، ومن المستحيل الاستغناء عنها. ولا يمكن أن يحدث الضرر إلا عندما يكون الطول الموجي غير صحيح ومدة تأثيره على الشخص طويلة.

كيف تحمي الإنسان من أضرار الأشعة تحت الحمراء؟

ليست كل موجات الأشعة تحت الحمراء ضارة. وينبغي تجنب طاقة الأشعة تحت الحمراء ذات الموجات القصيرة. وأين يوجد في الحياة اليومية؟ يجب تجنب الأجسام التي تزيد درجة حرارتها عن 100 درجة. تشمل هذه الفئة معدات صناعة الصلب وأفران القوس الكهربائي. في الإنتاج، يرتدي الموظفون زيًا مصممًا خصيصًا له درع واقي.

وكان جهاز التسخين بالأشعة تحت الحمراء الأكثر فائدة هو الموقد الروسي، وكانت الحرارة المنبعثة منه علاجية ومفيدة. ومع ذلك، لا أحد يستخدم مثل هذه الأجهزة الآن. أصبحت سخانات الأشعة تحت الحمراء راسخة، وتستخدم موجات الأشعة تحت الحمراء على نطاق واسع في الصناعة.

إذا كان اللولب الذي يطلق الحرارة في جهاز الأشعة تحت الحمراء محميًا بعازل حراري، فإن الإشعاع سيكون ناعمًا وطويل الموجة، وهذا آمن. إذا كان الجهاز يحتوي على عنصر تسخين مفتوح، فإن الأشعة تحت الحمراء ستكون قاسية وقصيرة الموجة، وهذا يشكل خطرا على الصحة.

من أجل فهم تصميم الجهاز، تحتاج إلى دراسة ورقة البيانات الفنية. ستكون هناك معلومات حول الأشعة تحت الحمراء المستخدمة في حالة معينة. انتبه إلى ما هو الطول الموجي.

الأشعة تحت الحمراء ليست دائما ضارة بشكل واضح؛ فقط المصادر المفتوحة والأشعة القصيرة والتعرض لفترات طويلة لها تنبعث منها خطورة.

يجب عليك حماية عينيك من مصدر الموجات، وفي حالة حدوث إزعاج، ابتعد عن تأثير الأشعة تحت الحمراء. إذا ظهر جفاف غير عادي على الجلد، فهذا يعني أن الأشعة تجفف الطبقة الدهنية، وهذا جيد جداً.

يتم استخدام الأشعة تحت الحمراء في نطاقات مفيدة كعلاج؛ وتعتمد طرق العلاج الطبيعي على العمل باستخدام الأشعة والأقطاب الكهربائية. ومع ذلك، فإن جميع التأثيرات تتم تحت إشراف متخصصين، ويجب ألا تعالج نفسك بأجهزة الأشعة تحت الحمراء. يجب تحديد مدة الإجراء بدقة من خلال المؤشرات الطبية، بناء على أهداف وغايات العلاج.

يُعتقد أن الأشعة تحت الحمراء غير مواتية للتعرض المنهجي للأطفال الصغار، لذلك يُنصح باختيار أجهزة التدفئة بعناية لغرفة النوم وغرف الأطفال. ستحتاج إلى مساعدة المتخصصين لإنشاء شبكة أشعة تحت الحمراء آمنة وفعالة في شقتك أو منزلك.

لا يجب أن تتخلى عن التقنيات الحديثة بسبب التحيز بسبب الجهل.

الأشعة تحت الحمراء (إراستمع)) هو إشعاع كهرومغناطيسي ذو طول موجي أطول من الضوء المرئي، ويمتد من الطرف الأحمر الاسمي للطيف المرئي عند 0.74 ميكرومتر (ميكرون) إلى 300 ميكرومتر. يتوافق هذا النطاق من الأطوال الموجية مع نطاق التردد الذي يتراوح من 1 إلى 400 هرتز تقريبًا، ويتضمن معظم الإشعاع الحراري المنبعث من الأجسام القريبة من درجة حرارة الغرفة. تنبعث الأشعة تحت الحمراء أو تمتصها الجزيئات عندما تغير حركاتها الدورانية والاهتزازية. تم اكتشاف وجود الأشعة تحت الحمراء لأول مرة في عام 1800 من قبل عالم الفلك ويليام هيرشل.


تصل معظم الطاقة القادمة من الشمس إلى الأرض على شكل أشعة تحت حمراء. يوفر ضوء الشمس في ذروته إضاءة تزيد قليلاً عن 1 كيلووات لكل متر مربع فوق مستوى سطح البحر. ومن هذه الطاقة 527 واط من الأشعة تحت الحمراء، و445 واط من الضوء المرئي، و32 واط من الأشعة فوق البنفسجية.

يتم استخدام ضوء الأشعة تحت الحمراء في التطبيقات الصناعية والعلمية والطبية. تستخدم أجهزة الرؤية الليلية الإضاءة بالأشعة تحت الحمراء للسماح للأشخاص بمراقبة الحيوانات التي لا يمكن رؤيتها في الظلام. في علم الفلك، يتيح التصوير بالأشعة تحت الحمراء إمكانية مراقبة الأجسام المخفية بواسطة الغبار بين النجوم. تُستخدم كاميرات الأشعة تحت الحمراء للكشف عن فقدان الحرارة في الأنظمة المعزولة، وملاحظة التغيرات في تدفق الدم في الجلد، والكشف عن ارتفاع درجة حرارة المعدات الكهربائية.

مقارنة خفيفة

اسم

الطول الموجي

التردد هرتز)

طاقة الفوتون (eV)



أشعة غاما

أقل من 0.01 نانومتر

أكثر من 10 هرتز

124 كيلو إلكترون فولت - 300 + جيجا إلكترون فولت



الأشعة السينية

0.01 نانومتر إلى 10 نانومتر

124 فولت إلى 124 كيلو فولت



الأشعة فوق البنفسجية

10 نانومتر - 380 نانومتر

30 هرتز - 790 هرتز

3.3 فولت إلى 124 فولت



ضوء مرئي

380 نانومتر - 750 نانومتر

790 هرتز - 405 هرتز

1.7 فولت - 3.3 فولت



الأشعة تحت الحمراء

750 نانومتر - 1 ملم

405 هرتز - 300 جيجا هرتز

1.24 ميلي فولت - 1.7 فولت



الميكروويف

1 ملم - 1 متر

300 جيجا هرتز - 300 ميجا هرتز

1.24 ميكروإلكترون فولت - 1.24 ميجا فولت



1 ملم - 100 كم

300 جيجا هرتز - 3 هرتز

12.4 فولت - 1.24 ميجا فولت



يستخدم التصوير بالأشعة تحت الحمراء على نطاق واسع للأغراض العسكرية والمدنية. وتشمل التطبيقات العسكرية المراقبة والمراقبة الليلية والاستهداف والتتبع. وتشمل التطبيقات غير العسكرية تحليل الكفاءة الحرارية، والرصد البيئي، وفحص المواقع الصناعية، واستشعار درجة الحرارة عن بعد، والاتصالات اللاسلكية قصيرة المدى، والتحليل الطيفي، والتنبؤ بالطقس. يستخدم علم الفلك بالأشعة تحت الحمراء تلسكوبات مجهزة بأجهزة استشعار لاختراق المناطق المغبرة في الفضاء، مثل السحب الجزيئية، واكتشاف الأجسام مثل الكواكب.

على الرغم من أن المنطقة القريبة من الأشعة تحت الحمراء من الطيف (780-1000 نانومتر) كانت تعتبر مستحيلة منذ فترة طويلة بسبب الضوضاء في الأصباغ البصرية، فقد تم الحفاظ على الإحساس بضوء الأشعة تحت الحمراء القريبة في سمك الشبوط وفي ثلاثة أنواع من الدائريات. تستخدم الأسماك أطوال موجية قريبة من الأشعة تحت الحمراء لالتقاط الفريسة وللتوجيه الضوئي أثناء السباحة. يمكن أن تكون الأشعة تحت الحمراء ذات الموجة القريبة مفيدة للأسماك في ظروف الإضاءة المنخفضة عند الغسق وفي أسطح المياه العكرة.

التعديل الضوئي

يستخدم ضوء الأشعة تحت الحمراء القريبة، أو التعديل الضوئي، لعلاج القرح الناجمة عن العلاج الكيميائي وكذلك التئام الجروح. هناك عدد من الأعمال المتعلقة بعلاج فيروس الهربس. تشمل المشاريع البحثية العمل على دراسة الجهاز العصبي المركزي والتأثيرات العلاجية من خلال تنظيم السيتوكرومات والأكسيداز والآليات الأخرى الممكنة.

المخاطر الصحية

يمكن أن تكون الأشعة تحت الحمراء القوية في بعض الصناعات والبيئات ذات درجات الحرارة المرتفعة ضارة بالعينين، مما يؤدي إلى تلف الرؤية أو العمى للمستخدم. وبما أن الإشعاع غير مرئي، فمن الضروري ارتداء نظارات خاصة بالأشعة تحت الحمراء في مثل هذه الأماكن.

الأرض باعتبارها باعث للأشعة تحت الحمراء

يمتص سطح الأرض والسحب الإشعاع المرئي وغير المرئي من الشمس ويعيد معظم الطاقة على شكل أشعة تحت الحمراء إلى الغلاف الجوي. تمتص بعض المواد الموجودة في الغلاف الجوي، وخاصة قطرات السحب وبخار الماء، وكذلك ثاني أكسيد الكربون والميثان وأكسيد النيتروجين وسداسي فلوريد الكبريت ومركبات الكلوروفلوروكربون، الأشعة تحت الحمراء وتعيدها في جميع الاتجاهات، بما في ذلك العودة إلى الأرض. وبالتالي، فإن تأثير الاحتباس الحراري يبقي الغلاف الجوي والسطح أكثر دفئًا مما لو كانت ماصات الأشعة تحت الحمراء غائبة عن الغلاف الجوي.

تاريخ علم الأشعة تحت الحمراء

يعود الفضل في اكتشاف الأشعة تحت الحمراء إلى عالم الفلك ويليام هيرشل في أوائل القرن التاسع عشر. نشر هيرشل نتائج بحثه عام 1800 أمام الجمعية الملكية في لندن. استخدم هيرشل منشورًا لكسر ضوء الشمس وكشف الأشعة تحت الحمراء، خارج الجزء الأحمر من الطيف، من خلال زيادة درجة الحرارة المسجلة على مقياس الحرارة. وتفاجأ بالنتيجة وأطلق عليها اسم "الأشعة الحرارية". ظهر مصطلح "الأشعة تحت الحمراء" فقط في نهاية القرن التاسع عشر.

تشمل التواريخ المهمة الأخرى ما يلي:

  • 1737: تنبأ إميلي دو شاتليه بما يعرف اليوم بالأشعة تحت الحمراء في أطروحته.
  • 1835: صنع ماسيدونيو ميجليوني أول نابعة حرارية مزودة بكاشف للأشعة تحت الحمراء.
  • 1860: قام غوستاف كيرشوف بصياغة نظرية الجسم الأسود.
  • 1873: اكتشف ويلوبي سميث الموصلية الضوئية للسيلينيوم.
  • 1879: تمت صياغة قانون ستيفان-بولتزمان تجريبيًا، والذي بموجبه تتناسب الطاقة المنبعثة من جسم أسود تمامًا.
  • ثمانينيات وتسعينيات القرن التاسع عشر: قام اللورد رايلي وفيلهلم فين بحل جزء من معادلة الجسم الأسود، لكن كلا الحلين تقريبيان. كانت هذه المشكلة تسمى "كارثة الأشعة فوق البنفسجية وكارثة الأشعة تحت الحمراء".
  • 1901: نشر ماكس بلانك معادلة ونظرية الجسم الأسود. لقد حل مشكلة تحديد كمية تحولات الطاقة المسموح بها.
  • 1905: طور ألبرت أينشتاين نظرية التأثير الكهروضوئي، الذي يحدد الفوتونات. وأيضا ويليام كوبلينتز في التحليل الطيفي والقياس الإشعاعي.
  • 1917: قام ثيودور كيس بتطوير جهاز استشعار كبريتيد الثاليوم. قام البريطانيون بتطوير أول جهاز بحث وتتبع بالأشعة تحت الحمراء في الحرب العالمية الأولى وكشف الطائرات على مسافة 1.6 كيلومتر.
  • 1935: أملاح الرصاص – التوجيه الصاروخي المبكر في الحرب العالمية الثانية.
  • 1938: تنبأ تيو تا بإمكانية استخدام التأثير الكهروحراري للكشف عن الأشعة تحت الحمراء.
  • 1952: اكتشف ن. ويلكر الأنتيمونيدات، وهي مركبات من الأنتيمون مع المعادن.
  • 1950: أنتجت أجهزة بول كروز وتكساس صورًا بالأشعة تحت الحمراء قبل عام 1955.
  • الخمسينيات والستينيات من القرن العشرين: المواصفات والأقسام الإشعاعية التي حددها فريد نيكوديميناس وروبرت كلارك جونز.
  • 1958: اكتشف دبليو دي لوسون (مؤسسة الرادار الملكية في مالفيرن) خصائص الكشف عن الصمام الثنائي الضوئي للأشعة تحت الحمراء.
  • 1958: قام فالكون بتطوير صواريخ تستخدم الأشعة تحت الحمراء، وظهر أول كتاب مدرسي عن أجهزة استشعار الأشعة تحت الحمراء بقلم بول كروز وآخرون.
  • 1961: اخترع جاي كوبر الكشف الكهروحراري.
  • 1962: قام كروس ورودات بترويج الثنائيات الضوئية؛ تتوفر عناصر الموجي وصفيف الخط.
  • 1964: اكتشف دبليو جي إيفانز المستقبلات الحرارية للأشعة تحت الحمراء في الخنفساء.
  • 1965: أول دليل للأشعة تحت الحمراء، وأول أجهزة تصوير حرارية تجارية؛ تم تشكيل مختبر للرؤية الليلية في جيش الولايات المتحدة (حاليًا مختبر للتحكم في الرؤية الليلية وأجهزة الاستشعار الإلكترونية.
  • 1970: اقترح ويلارد بويل وجورج سميث جهازًا مقترنًا بالشحن لهاتف التصوير.
  • 1972: تم إنشاء وحدة برمجية عامة.
  • 1978: علم الفلك بالتصوير بالأشعة تحت الحمراء يصل إلى مرحلة النضوج، مع التخطيط للمرصد، وإنتاج كميات كبيرة من الأنتيمونيدات والثنائيات الضوئية وغيرها من المواد.