Дивимось на світ очима раку-богомола: ближній інфрачервоний діапазон. Про інфрачервоне випромінювання

У різних сферах життя людина використовує інфрачервоні промені. Користь та шкода випромінювання залежать від довжини хвилі та часу дії.

У повсякденному житті людина завжди перебуває під впливом інфрачервоного випромінювання (ІЧ-випромінювання). Природним джерелом є сонце. До штучних відносяться електронагрівальні елементи та лампи розжарювання, будь-які нагріті або розпечені тіла. Цей вид випромінювання використовується в обігрівачах, системах опалення, приладах нічного бачення, пультах дистанційного керування. На ІЧ-випромінюванні засновано принцип дії медичного обладнання для фізіотерапії. Що ж собою становлять інфрачервоні промені? У чому користь та шкода цього виду випромінювання?

Що таке ІЧ-випромінювання

ІЧ-випромінювання - це електромагнітне випромінювання, форма енергії, яка нагріває предмети та примикає до червоного спектру видимого світла. Око людини не бачить у цьому спектрі, але ми відчуваємо цю енергію як високу температуру. Іншими словами, люди сприймають шкірою інфрачервоне випромінювання від нагрітих предметів як відчуття тепла.

Інфрачервоні промені бувають короткохвильовими, середньохвильовими та довгохвильовими. Довжини хвиль, випромінювані нагрітим предметом, залежить від температури нагрівання. Чим вона вища, тим коротша довжина хвилі та інтенсивніше випромінювання.

Вперше біологічна дія цього виду випромінювання була вивчена на прикладі культур клітин, рослин, тварин. Виявлено, що під впливом ІЧ-променів пригнічується розвиток мікрофлори, покращуються обмінні процеси внаслідок активізації кровотоку. Доведено, що це випромінювання покращує циркуляцію крові і має болезаспокійливу та протизапальну дію. Відмічено, що під впливом інфрачервоного випромінювання пацієнти після хірургічного втручання легше переносять післяопераційні болі, а їх рани швидше гояться. Встановлено, що ІЧ-випромінювання сприяє підвищенню неспецифічного імунітету, що дозволяє зменшити дію отрутохімікатів та гамма-випромінювання, а також прискорює одужання при грипі. ІЧ-промені стимулюють виведення з організму холестерину, шлаків, токсинів та інших шкідливих речовин через піт та сечу.

Користь інфрачервоних променів

Завдяки цим властивостям ІЧ-випромінювання широко використовується у медицині. Але застосування ІЧ-випромінювань з широким спектром дії може призвести до перегріву організму та почервоніння шкіри. Разом з тим, довгохвильове випромінювання не має негативного впливу, тому в побуті та медицині більш поширені довгохвильові прилади або випромінювачі із селективною довжиною хвилі.

Вплив довгохвильових ІЧ-променів сприяє наступним процесам в організмі:

  • Нормалізація артеріального тиску за рахунок стимуляції кровообігу
  • Поліпшення мозкового кровообігу та пам'яті
  • Очищення організму від токсинів, солей важких металів
  • Нормалізація гормонального фону
  • Припинення поширення шкідливих мікробів та грибків
  • Відновлення водно-сольового балансу
  • Знеболення та протизапальний ефект
  • Зміцнення імунної системи.

Лікувальна дія ІЧ-променів може використовуватися при наступних захворюваннях та станах:

  • бронхіальна астма та загострення хронічного бронхіту
  • осередкова пневмонія у стадії дозволу
  • хронічний гастродуоденіт
  • гіпермоторна дискінезія органів травлення
  • хронічний безкам'яний холецистит
  • остеохондроз хребта з неврологічними проявами
  • ревматоїдний артрит у ремісії
  • загострення деформуючого остеоартрозу тазостегнового та колінного суглобів
  • облітеруючий атеросклероз судин ніг, невропатії периферичних нервів ніг
  • загострення хронічного циститу
  • мочекам'яна хвороба
  • загострення хронічного простатиту із порушенням потенції
  • інфекційні, алкогольні, діабетичні поліневропатії ніг
  • хронічний аднексит та порушення функції яєчників
  • абстинентний синдром

Опалення з використанням ІЧ-випромінювання сприяє зміцненню імунної системи, пригнічує розмноження бактерій у навколишньому середовищі та в людському організмі, покращує стан шкіри за рахунок посилення циркуляції крові в ній. Іонізація повітря є профілактикою загострень алергії.

Коли ІЧ-випромінювання може зашкодити

Насамперед, потрібно врахувати існуючі протипоказання, перш ніж з лікувальною метою використовувати інфрачервоні промені. Шкода від їх застосування може бути в таких випадках:

  • Гострі гнійні захворювання
  • Кровотечі
  • Гострі запальні захворювання, що призвели до декомпенсації органів та систем
  • Системні захворювання крові
  • Злоякісні новоутворення

Крім того, надмірне опромінення широким спектром ІЧ-променів призводить до сильного почервоніння шкіри і може спричинити опік. Відомо про випадки появи пухлини на обличчі у робітників-металургів внаслідок тривалого впливу цього виду випромінювання. Також виявлено випадки появи дерматиту, виникнення теплового удару.

Інфрачервоні промені, особливо в інтервалі 0,76 - 1,5 мкм (короткохвильова область) становлять небезпеку для очей. Тривалий і тривалий вплив випромінювання загрожує розвитком катаракти, світлобоязні та інших порушень зору. Тому небажано довго перебувати під впливом короткохвильових обігрівачів. Чим ближче до такого обігрівача знаходиться людина, тим меншим має бути час, який він проводить біля цього приладу. Слід зазначити, що це тип обігрівачів призначений для вуличного чи локального обігріву. Для опалення житлових та виробничих приміщень, призначених для тривалого перебування людей, використовуються довгохвильові інфрачервоні обігрівачі.

Інфрачервоне (ІЧ) випромінювання – вид електромагнітного випромінювання, що займає спектральний діапазон між видимим червоним світлом (ІНФРА червоний: НИЖЧЕ червоного) та короткохвильовим радіовипромінюванням. Ці промені створюють тепло і в науці відомі як термічні хвилі. Ці промені створюють тепло і в науці відомі як термічні хвилі.

Всі нагріті тіла випромінюють інфрачервоне вивчення, у тому числі і людське тіло і Сонце, яке саме цим способом і гріє нашу з вами планету, даючи життя всьому живому на ній. Тепло, яке ми відчуваємо від вогню біля вогнища чи каміна, обігрівача чи теплого асфальту – це наслідок інфрачервоних променів.

Весь спектр інфрачервоного випромінювання прийнято ділити на три основні діапазони, що відрізняються довгою хвилею:

  • Короткохвильовий, з довгою хвилі = 0,74-2,5 мкм;
  • Середньохвильовий, з довгою хвилі = 2,5-50 мкм;
  • Довгохвильовий, з довгою хвилі = 50-2000 мкм.

Близькі чи інакше короткохвильові ІЧ промені зовсім не гарячі, фактично ми їх навіть не відчуваємо. Ці хвилі використовуються, наприклад, у пультах дистанційного керування телевізорів, системах автоматики, охоронних системах тощо. Їх частота більша, і відповідно їх енергія вища, ніж у далеких (довгих) інфрачервоних променів. Але не так, щоб пошкодити організму. Тепло починає створюватися на середніх інфрачервоних довжинах хвиль, і їх енергію ми вже відчуваємо. Інфрачервоне випромінювання також називають «тепловим» випромінюванням, тому що випромінювання від нагрітих предметів сприймається шкірою людини як відчуття тепла. При цьому довжини хвиль, що випромінюються тілом, залежать від температури нагрівання: чим вища температура, тим коротша довжина хвилі і вища інтенсивність випромінювання. Наприклад, джерело з довжиною хвилі 1,1 мкм відповідає розплавленому металу, а джерело з довжиною хвилі 3,4 мкм – металу до кінця прокатки, кування.

Для нас з вами інтерес представляє спектр з довгою хвилі 5-20 мкм, тому що саме в цьому діапазоні припадає більше 90% випромінювання, що виробляється інфрачервоними системами, з піком випромінювання в 10 мкм. Дуже важливо, що саме на цій частоті саме тіло людини випромінює інфрачервоні хвилі 9,4 мкм. Таким чином, будь-яке випромінювання на цій частоті сприймається людським організмом як споріднене і надає на нього сприятливий і навіть більше того, оздоровчий вплив.

За такого впливу на організм інфрачервоним випромінюванням виникає ефект «резонансного поглинання», що характеризується активним поглинанням організмом зовнішньої енергії. Внаслідок чого можна спостерігати у людини підвищення рівня гемоглобіну, посилення активності ферментів та естрогенів, загалом – стимуляція життєвої активності людини.

Вплив інфрачервоного випромінювання на поверхню тіла людини, як ми вже говорили, корисний і, до того ж, приємний. Згадайте перші сонячні дні на початку весни, коли після довгої та похмурої зими нарешті виглянуло сонечко! Ви відчуваєте, як воно приємно обволікає ділянку вашої шкіри, обличчя, долоні. Вже не хочеться одягати рукавички та головний убір, не дивлячись на досить низьку в порівнянні з «комфортною» температуру. Але варто з'явитися маленькій хмаринці, як ми одразу відчуваємо відчутний дискомфорт від переривання такого приємного відчуття. Це і є те саме випромінювання, якого нам так не вистачало протягом усієї зими, коли Сонце довгий час не було, і ми хоч-не-хоч несли свій "інфрачервоний піст".

Внаслідок впливу інфрачервоного випромінювання можна спостерігати:

  • Прискорення обміну речовин у організмі;
  • Відновлення шкіри;
  • Уповільнення процесу старіння;
  • Виведення із організму зайвих жирів;
  • Вивільнення рухової енергії людини;
  • Підвищення антимікробної стійкості організму;
  • Активація росту рослин

і багато багато іншого. Більше того, інфрачервоне опромінення застосовується у фізіотерапії для лікування багатьох захворювань у тому числі онкологічних, оскільки сприяє розширенню капілярів, стимулює кровотік у судинах, підвищує імунітет і справляє загальний лікувальний ефект.

І це зовсім не дивно, тому що дане випромінювання дано нам від природи як спосіб передачі тепла, життя всьому живому, що потребує цього тепла і комфорту, минаючи порожній простір і повітря як посередників.

ВСТУП

Недосконалість своєї природи, компенсоване гнучкістю інтелекту, безперервно штовхало людини до пошуку. Бажання літати як птах, плавати як риба, або, скажімо, бачити вночі подібно до кішки, втілювалися в дійсність у міру досягнення необхідних знань і технологій. Наукові дослідження часто підганялися потребами військової діяльності, а результати визначалися існуючим технологічним рівнем.

Розширення діапазону зору для візуалізації недоступної для очей інформації є одним із найважчих завдань, оскільки потребує серйозної наукової підготовки та значної техніко-економічної бази. Перші успішні результати у цьому напрямі були отримані у 30-х роках XX століття. Особливої ​​актуальності проблема спостереження в умовах низького освітлення набула під час Другої світової війни.

Природно, зусилля, витрачені у цьому напрямі, сприяли прогресу у наукових дослідженнях, медицині, техніки зв'язку та інших галузях.

ФІЗИКА ІНФРАКРАСНОГО ВИПРОМІНЮВАННЯ

Інфрачервоне випромінювання- електромагнітне випромінювання, що займає спектральну область між червоним кінцем видимого світла (з довжиною хвилі (=м) і короткохвильовим радіовипромінюванням (=м)). фізик А.А. Глаголева-Аркадьєва отримала радіохвилі з довжиною хвилі, що дорівнює приблизно 80 мкм, тобто розташовані в інфрачервоному діапазоні довжин хвиль. .

Інфрачервоне випромінювання також називають «тепловим» випромінюванням, оскільки всі тіла, тверді та рідкі, нагріті до певної температури, випромінюють енергію в інфрачервоному спектрі.

ДЖЕРЕЛА ІК ВИМИКАННЯ

ОСНОВНІ ДЖЕРЕЛА ІК ВИМИКАННЯ ДЕЯКИХ ОБ'ЄКТІВ

Інфрачервоне випромінювання балістичних ракет та космічних об'єктів

Інфрачервоне випромінювання літаків

Інфрачервоне випромінювання надводних кораблів

Факел маршового

двигуна, що являє собою потік газів, що горять, що несуть зважені тверді частинки золи і сажі, які утворюються при згорянні ракетного палива.

Корпус ракети.

Земля, яка відбиває частину сонячних променів, що потрапили на неї.

Сама земля.

Відбите від планера літака випромінювання Сонця, Землі, Місяця та інших джерел.

Власне теплове випромінювання подовжувальної труби і сопла турбореактивного двигуна або вихлопних патрубків поршневих двигунів.

Власне теплове випромінювання струменя вихлопних газів.

Власне теплове випромінювання обшивки літака, що виникає за рахунок аеродинамічного нагріву при польоті з великими швидкостями.

Кожух димової труби.

Вихлопне

отвір димової труби

ОСНОВНІ ВЛАСТИВОСТІ ІК ВИМИКАННЯ

1. Проходить через деякі непрозорі тіла, також крізь дощ,

серпанок, сніг.

2. Здійснює хімічну дію на фотопластинки.

3. Поглинаючись речовиною, нагріває її.

4. Викликає внутрішній фотоефект у Німеччини.

5. Невидимо.

6. Здібно до явищ інтерференції та дифракції.

7. Реєструють тепловими методами, фотоелектричними та

фотографічними.

ХАРАКТЕРИСТИКИ ІК ВИПРОМІНЮВАННЯ

Власне Відбите Ослаблення Фізичні

теплове об'єктами ІЧ випромінювання особливості ІЧ

випромінювання випромінювання в атмосфері випромінювання фонів

Характеристики

основ. поняття

Власне теплове випромінювання нагрітих тіл

Фундаментальне поняття – абсолютно чорне тіло.

Абсолютно чорним тілом називається тіло, що поглинає всі випромінювання, що падають на нього, на будь-яких довжинах хвиль.

Розподіл інтенсивності випромінювання чорного тіла (з/н Планка): де -спектральна яскравість випромінювання при температурі Т,-довжина хвилі в мкм, С1 і С2 - постійні коефіцієнти: С1=1,19*Вт*мкм*см*ср,

С2 = 1,44 * мкм * град. Максимумдовжини хвилі(закон Вина): , де Т-абсолютна температура тіла.

Інтегральна щільність випромінювання-закон Стефана - Больцмана:

Відбите об'єктами ІЧ випромінювання

Максимум сонячного випромінювання, що визначає відбиту складову, відповідає довжинам хвиль коротше 0,75 мкм, а 98% всієї енергії випромінювання Сонця посідає ділянку спектра до 3 мкм. Часто цю довжину хвилі вважають граничною, що поділяє відбиту (сонячну) та власну складову ІЧ випромінювання об'єктів. Отже, можна прийняти, що в ближній частині ІЧ спектру (до 3 мкм) визначальною є відбита складова та розподіл променистості по об'єктах залежить від розподілу коефіцієнта відображення та опроміненості. Для дальньої частини ІЧ спектру визначальним є власне випромінювання об'єктів, а розподіл променистості за площею залежить від розподілу коефіцієнтів випромінювання і температури.

У середньохвильовій частині ІЧ спектру необхідно враховувати всі чотири параметри. Послаблення ІК випромінювання в атмосфері

В ІЧ-діапазоні довжин хвиль є кілька вікон прозорості та залежність пропускання атмосфери від довжини хвилі має дуже складний вигляд. Ослаблення ІЧ випромінювання визначається смугами поглинання водяної пари та газових складових, головним чином вуглекислого газу та озону, а також явищами розсіювання випромінювання.

ІЧ випромінювання має дві складові: власне теплове випромінювання та відбите (розсіяне) випромінювання Сонця та інших зовнішніх джерел.

У діапазоні довжин хвиль коротше 3 мкм домінує відбите та розсіяне сонячне випромінювання. У цьому діапазоні довжин хвиль, як правило, можна знехтувати власним тепловим випромінюванням фонів. Навпаки, в діапазоні довжин хвиль понад 4 мкм переважає власне теплове випромінювання фонів і можна знехтувати відбитим (розсіяним) сонячним випромінюванням. Діапазон довжин хвиль 3-4 мкм є перехідним.

У цьому діапазоні спостерігається яскраво виражений мінімум яскравості фонових утворень.

ПОГЛАШЕННЯ ІК ВИПРОМІНЮВАННЯ

спектр пропускання атмосфери в ближній і середній інфрачервоній області (1,2-40 мкм) на рівні моря (нижня крива на графіках) і на висоті 4000 м (верхня крива); у субміліметровому діапазоні (300-500 мкм) випромінювання до Землі не доходить.

ВПЛИВ НА ЛЮДИНУ

З давніх-давен люди добре знали благотворну силу тепла або, кажучи науковою мовою, інфрачервоного випромінювання.

ОСОБЛИВОСТІ ЗОБРАЖЕНЬ ОБ'ЄКТІВ В ІЧ ДІАПАЗОНІ

Інфрачервоні зображення мають незвичне для спостерігача розподіл контрастів між відомими предметами внаслідок іншого розподілу оптичних характеристик поверхонь об'єктів в інфрачервоному діапазоні в порівнянні з видимою частиною спектра. ІЧ випромінювання дозволяють виявити на ІЧ знімках предмети, які не помітні на звичайних фотографіях. Можна виявляти ділянки пошкоджених дерев та чагарників, а також розкривати факти використання свіжозрізаної рослинності для маскування об'єктів.

Різна передача тонів на зображеннях призвела до створення так званої багатозональної зйомки, при якій один і той же ділянку площини предметів одночасно фотографується в різних зонах спектру багатозональною камерою.

Інша особливість ІЧ зображень, властива тепловим картам, у тому, що у формуванні крім відбитого випромінювання бере участь і власне, а деяких випадках лише одне. Власне випромінювання визначається випромінювальною здатністю поверхонь предметів та їх температурою.

Це дає можливість виявляти на теплових картах нагріті поверхні або їх ділянки, які зовсім не виявляються на фотознімках, і використовувати теплові зображення як джерело інформації про температурний стан предмета.

Ще одна особливість теплових карт пов'язана з динамічністю теплових процесів, що протікають протягом доби. При цьому температура кожного тіла залежить від умов теплообміну, фізичних властивостей навколишнього середовища, власних властивостей даного об'єкта (тепломісткість, теплопровідність) та ін. від тих самих об'єктів, відрізняються друг від друга.

ЗАСТОСУВАННЯ ІНФРАКРАСНОГО ВИПРОМІНЮВАННЯ

У двадцять першому столітті почалося впровадження інфрачервоних випромінювань у наше життя. Тепер воно знаходить застосування в промисловості та в медицині, у побуті та сільському господарстві. Воно універсальне і може застосовуватися для найрізноманітніших цілей. Використовують у криміналістиці, фізіотерапії, промисловості для сушіння пофарбованих виробів, стін будівель, деревини, фруктів. Отримують зображення предметів у темряві, приладах нічного бачення (нічні біноклі), тумані.

Прилади нічного бачення - історія поколінь

Нульове покоління

«Склянка Полотна»

Три- та двоелектродна системи

    Фотокатод

    Манжета

  1. Фокусуючий електрод

середина 30-х років

вательському центрі фірми "Філіпс", Голландія

За кордоном - Зворикін, Фарнсворд, Мортон та фон Арденна; в СРСР – Г.А.

Грінберг, А.А. Арцимович

Цей ЕОП являв собою дві вкладені одна в одну склянки, на плоскі денця яких і наносилися фотокатод і люмінофор. Додана до цих верств високовольтна напруга, створювала

Досягнення електронної оптики дозволили замінити пряме перенесення зображення фокусуванням електростатичним полем. Найбільшим недоліком ЕОП з електростатичним перенесенням зображення є різкий спад роздільної здатності від центру поля зору до країв через розбіжність криволінійного електронного зображення з плоским фотокатодом і екраном. Для вирішення цієї проблеми їх стали робити сферичними, що суттєво ускладнило конструкцію об'єктивів, які зазвичай розраховуються на плоскі поверхні.

Перше покоління

Багатокаскадні ЕОП

СРСР, М.М. Бутслов

фірмами RCA, ITT (США), Philips (Нідерланди)

На базі волоконно-оптичних пластин (ВОП), що являють собою пакет з безлічі світлодіодів, були розроблені плоскогнуті лінзи, які і стали встановлювати замість вхідного та вихідного вікон. Оптичне зображення, спроектоване на плоску поверхню ВОП, без спотворень передається на увігнуту сторону, що забезпечує поєднання плоских поверхонь фотокатода і екрана з криволінійним електронним полем. В результаті застосування ВОП роздільна здатність стала по всьому полю зору такою ж, як і в центрі.

Друге покоління

Вторинно-емісійний підсилювач

Псевдобінокуляр

1- фотокатод

3-мікроканальна пластина

4-екран

У 70-ті роки

фірмами США

фірма "Praxitronic" (ФРН)

Цей елемент є сито з регулярно розташованими каналами діаметром близько 10 мкм і товщиною не більше 1 мм. Число каналів дорівнює числу елементів зображення і має порядок 106.

Обидві поверхні мікроканальної пластини (МКП) поліруються і металізуються, між ними прикладається напруга кілька сотень вольт.

Потрапляючи в канал, електрон відчуває зіткнення зі стінкою і вибиває вторинні електрони. У електричному полі, що тягне, цей процес багаторазово повторюється, дозволяючи отримати коефіцієнт посилення NxlO 4 разів.

Для отримання каналів МКП використовується різнорідне хімічним складом оптичне волокно.

Було розроблено ЕОП з МКП біпланарної конструкції, тобто без електростатичної лінзи, свого роду технологічне повернення до прямого, як і в "склянці Полотна", перенесення зображення.

розпочато у 70-х роках до нашого часу

в основному американські компанії

Тривала наукова розробка та складна технологія виготовлення, що визначають високу вартість ЕОП третього покоління, компенсується високою чутливістю фотокатода.

Інтегральна чутливість деяких зразків досягає 2000 мА/Вт, квантовий вихід (відношення числа емітованих електронів до падаючих на фотокатод квантів з довжиною хвилі в області максимальної чутливості) перевищує 30%! Ресурс таких ЕОП становить близько 3000 годин, вартість від 600 до 900 $, залежно від конструкції.

ОСНОВНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЕОП

Покоління ЕОП

Тип фото-катода

Інтегральна

чутливість,

Чутливість на

довжинах хвиль 830-850

Коефіціент посилення,

Доступна

дальність

розпізнавання

фігури людини в

умовах природного нічного освітлення, м

"Склянка Полотна"

близько 1, ІЧ підсвічування

тільки при світлі місяця або ІЧ освітлювача

Super II+ або II++

Інфрачервоне випромінювання - електромагнітне випромінювання в діапазоні довжин хвиль від м дом. Як джерело інфрачервоного (ІЧ) випромінювання може розглядатися будь-яке тіло (газоподібне, рідке, тверде) з температурою вище абсолютного нуля (-273 ° С). Зоровий аналізатор людини не сприймає промені в інфрачервоному діапазоні. Тому видові демаструючі ознаки в цьому діапазоні видобуваються за допомогою спеціальних приладів (нічного бачення, тепловізорів), що мають гірший дозвіл, ніж око людини. Загалом до демаструючих ознак об'єкта в ІЧ-діапазоні відносяться такі: 1) геометричні характеристики зовнішнього вигляду об'єкта (форма, розміри, деталі поверхні); 2) температура поверхні. Інфрачервоні промені абсолютно безпечні для організму людини на відміну від рентгенівських, ультрафіолетових або НВЧ. Немає такої області, де не знадобився б природний метод передачі тепла. Адже всім відомо, розумнішою за природу людині не стати, ми можемо лише наслідувати її.

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

1. Курбат Л.М. Короткий нарис історії розробок приладів нічного бачення з урахуванням електронних оптичних перетворювачів і підсилювачів зображення// Зап. Оборони. Техніки Сірий. 11. – 1994

2. Кощавцев Н.Ф., Волков В.Г. Прилади нічного бачення// Зап. Оборони. Техніки Сірий. П.- 1993 - Вип. 3 (138).

3. Леконт Ж., інфрачервоне випромінювання. М.: 2002. 410 с.

4. Меньшаков Ю.К., М51 Захист об'єктів та інформації від технічних засобів розвідки. М: Російсько. Держ. Гуманіт. У-т, 2002. 399 с.- електромагнітне випромінювання, що займає спектральну область між червоним кінцем видимого світла (з довжиною хвилі λ = 0,74 мкм і частотою 430 ТГц) і мікрохвильовим радіовипромінюванням (λ ~ 1-2 мм, частота 300 ГГц).

Весь діапазон інфрачервоного випромінювання умовно поділяють на три області:

Довгохвильову околицю цього діапазону іноді виділяють в окремий діапазон електромагнітних хвиль - терагерцеве випромінювання (субміліметрове випромінювання).

Інфрачервоне випромінювання також називають «тепловим випромінюванням», оскільки інфрачервоне випромінювання від нагрітих предметів сприймається шкірою людини як відчуття тепла. 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 при відносно невисоких (до декількох тисяч Кельвінів) температурах лежить в основному саме в цьому діапазоні. Інфрачервоне випромінювання випромінюють збуджені атоми чи іони.

Енциклопедичний YouTube

    1 / 3

    ✪ 36 Інфрачервоне та ультрафіолетове випромінювання Шкала електромагнітних хвиль

    ✪ Досліди з фізики. Відображення інфрачервоного випромінювання

    ✪ Електроопалення (інфрачервоне опалення). Яку систему опалення вибрати?

    Субтитри

Історія відкриття та загальна характеристика

Інфрачервоне випромінювання було відкрито в 1800 році англійським астрономом У. Гершелем . Займаючись дослідженням Сонця, Гершель шукав спосіб зменшення нагріву інструменту, з допомогою якого велися спостереження. Визначаючи за допомогою термометрів дії різних ділянок видимого спектру, Гершель виявив, що "максимум тепла" лежить за насиченим червоним кольором і, можливо, за видимим заломленням. Це дослідження започаткувало вивчення інфрачервоного випромінювання.

Раніше лабораторними джерелами інфрачервоного випромінювання служили виключно розжарені тіла чи електричні розряди у газах. Зараз на основі твердотільних та молекулярних газових лазерів створено сучасні джерела інфрачервоного випромінювання з регульованою чи фіксованою частотою. Для реєстрації випромінювання у ближній інфрачервоній області (до ~1,3 мкм) використовуються спеціальні фотопластинки. Більш широким діапазоном чутливості (приблизно до 25 мкм) мають фотоелектричні детектори та фоторезистори. Випромінювання в дальній ІЧ-області реєструється болометрами - детекторами, чутливими до нагрівання інфрачервоним випромінюванням.

ІЧ-апаратура знаходить широке застосування як у військовій техніці (наприклад, для наведення ракет), так і цивільної (наприклад, у волоконно-оптичних системах зв'язку). Як оптичні елементи в ІЧ-спектрометрах використовуються або лінзи та призми, або дифракційні грати та дзеркала. Щоб виключити поглинання випромінювання повітря, спектрометри для дальньої ІЧ-області виготовляються у вакуумному варіанті .

Оскільки інфрачервоні спектри пов'язані з обертальними та коливальними рухами в молекулі, а також з електронними переходами в атомах та молекулах, ІЧ-спектроскопія дозволяє отримувати важливі відомості про будову атомів та молекул, а також про зонну структуру кристалів.

Діапазони інфрачервоного випромінювання

Об'єкти зазвичай випромінюють інфрачервоне випромінювання у всьому спектрі довжин хвиль, але іноді лише обмежена область спектра становить інтерес, оскільки датчики зазвичай збирають випромінювання тільки в межах певної смуги пропускання. Таким чином, інфрачервоний діапазон часто поділяється на дрібніші діапазони.

Звичайна схема поділу

Найчастіше поділ на дрібніші діапазони проводиться таким чином:

Абревіатура Довжина хвилі Енергія фотонів Характеристика
Near-infrared, NIR 0.75-1.4 мкм 0.9-1.7 еВ Близький ІЧ, обмежений з одного боку видимим світлом, з іншого - прозорістю води, що значно погіршується при 1,45 мкм. У цьому діапазоні працюють широко поширені інфрачервоні світлодіоди та лазери для систем волоконного та повітряного оптичного зв'язку. Відеокамери та прилади  ночного бачення на основі ЕОП також чутливі в цьому діапазоні.
Short-wavelength infrared, SWIR 1.4-3 мкм 0.4-0.9 еВ Поглинання електромагнітного випромінювання водою значно зростає за 1450 нм. Діапазон 1530-1560 нм переважає в області телекомунікації.
Mid-wavelength infrared, MWIR 3-8 мкм 150-400 меВ У цьому діапазоні починають випромінювати тіла, нагріті до кількох сотень градусів за Цельсієм. У цьому діапазоні чутливі теплові головки, самонаведення систем ППО та технічні тепловізори.
Long-wavelength infrared, LWIR 8-15 мкм 80-150 меВ У цьому діапазоні починають випромінювати тіла із температурами близько нуля градусів Цельсія. У цьому діапазоні чутливі тепловізори для нічного бачення.
Far-infrared, FIR 15 – 1000 мкм 1.2-80 меВ

CIE схема

Міжнародна комісія з освітленості (англ. International Commission on Illumination ) рекомендує поділ інфрачервоного випромінювання на такі три групи:

  • IR-A: 700 нм – 1400 нм (0.7 мкм – 1.4 мкм)
  • IR-B: 1400 нм – 3000 нм (1.4 мкм – 3 мкм)
  • IR-C: 3000 нм – 1 мм (3 мкм – 1000 мкм)

ISO 20473 схема

Теплове випромінювання

Теплове випромінювання або випромінювання - передача енергії від одних тіл до інших у вигляді електромагнітних хвиль, випромінюваних тілами за рахунок їх внутрішньої енергії. Теплове випромінювання переважно посідає інфрачервоний ділянку спектра від 0,74 мкм до 1000 мкм . Відмінною особливістю променистого теплообміну є те, що він може здійснюватися між тілами, що знаходяться не тільки в якомусь середовищі, а й у вакуумі. Прикладом теплового випромінювання є світло від лампи розжарювання. Потужність теплового випромінювання об'єкта, що задовольняє критеріям абсолютно “чорного” тіла, описується законом “Стефана-Больцмана”. Відношення випромінювальної та поглинальної здібностей тіл описується законом випромінювання Кірхгофа. Теплове випромінювання є одним із трьох елементарних видів перенесення теплової енергії (крім теплопровідності та конвекції). Рівноважне випромінювання - теплове випромінювання, що знаходиться в термодинамічній рівновазі з речовиною.

Застосування

Прилад нічного бачення

Існує кілька способів візуалізувати невидиме інфрачервоне зображення:

  • Сучасні напівпровідникові відеокамери чутливі до ближнього ІЧ. Щоб уникнути помилок перенесення кольорів звичайні побутові відеокамери забезпечуються спеціальним фільтром, що відсікає ІЧ зображення. Камери для охоронних систем зазвичай не мають такого фільтра. Однак у темну пору доби немає природних джерел ближнього ІЧ, тому без штучного підсвічування (наприклад, інфрачервоними світлодіодами) такі камери нічого не покажуть.
  • Електронно-оптичний перетворювач - вакуумний фотоелектронний прилад, що підсилює світло видимого спектру та ближнього ІЧ. Має високу чутливість і здатний давати зображення за дуже низького освітлення. Є історично першими приладами нічного бачення, що широко використовуються і нині в дешевих ПНО. Оскільки працюють тільки в ближньому ІЧ, то, як і напівпровідникові відеокамери, потребують освітлення.
  • Болометр – тепловий сенсор. Болометри для систем технічного зору та приладів нічного бачення є чутливими в діапазоні довжин хвиль 3..14 мкм (середній ІЧ), що відповідає випромінюванню тіл, нагрітих від 500 до −50 градусів Цельсія. Таким чином, болометричні прилади не вимагають зовнішнього освітлення, реєструючи випромінювання самих предметів та створюючи картинку різниці температур.

Термографія

Інфрачервона термографія, теплове зображення або теплове відео – це науковий спосіб отримання термограми – зображення в інфрачервоних променях, що показує картину розподілу температурних полів. Термографічні камери або тепловізори виявляють випромінювання в інфрачервоному діапазоні електромагнітного спектру (приблизно 900-14000 нанометрів або 0,9-14 µм) і на основі цього випромінювання створюють зображення, що дозволяють визначити перегріті або переохолоджені місця. Так як інфрачервоне випромінювання випускається всіма об'єктами, що мають температуру, згідно з формулою "Планка для випромінювання чорного" тіла, термографія дозволяє "бачити" навколишнє середовище з або без видимого світла. Величина випромінювання, що випускається об'єктом, збільшується з підвищенням його температури, тому термографія дозволяє бачити відмінності в температурі. Коли дивимося через тепловізор, теплі об'єкти видно краще, ніж охолоджені до температури навколишнього середовища; люди та теплокровні тварини легше помітні у навколишньому середовищі, як днем, так і вночі. Як результат, просування використання термографії може бути приписане військовим та службам безпеки.

Інфрачервоне самонаведення

Інфрачервона головка самонаведення - головка самонаведення, що працює на принципі уловлювання хвиль інфрачервоного діапазону, випромінюваних захоплюваною метою. Являє собою оптико-електронний прилад, призначений для ідентифікації мети на навколишньому фоні та видачі в автоматичний прицільний пристрій (АПУ) сигналу захоплення, а також для вимірювання та видачі автопілоту сигналу кутової швидкості лінії візування.

Інфрачервоний обігрівач

Передача даних

Поширення інфрачервоних світлодіодів, лазерів та фотодіодів дозволило створити бездротовий оптичний метод передачі даних на їх основі. У комп'ютерній техніці зазвичай використовується для зв'язку комп'ютерів з периферійними пристроями (інтерфейс IrDA) На відміну від радіоканалу інфрачервоний канал нечутливий до електромагнітних перешкод, і це дозволяє використовувати його у виробничих умовах. До недоліків інфрачервоного каналу відносяться необхідність в оптичних вікнах на обладнанні, правильної взаємної орієнтації пристроїв, низькі швидкості передачі (зазвичай не перевищує 5-10 Мбіт/с, але при використанні інфрачервоних лазерів можливі значно вищі швидкості). Крім цього, не забезпечується скритність передачі. В умовах прямої видимості інфрачервоний канал може забезпечити зв'язок на відстані в кілька кілометрів, але найбільш зручний він для зв'язку комп'ютерів, що знаходяться в одній кімнаті, де відбиття від стін кімнати дає стійкий і надійний зв'язок. Найбільш природний тип топології тут – «шина» (тобто переданий сигнал одночасно отримують усі абоненти). Інфрачервоний канал не зміг набути широкого поширення, його витіснив радіоканал.

Теплове випромінювання застосовується також прийому сигналів оповіщення.

Дистанційне керування

Інфрачервоні діоди і фотодіоди повсюдно застосовуються в пультах, дистанційного управління, системах автоматики, охоронних системах, деяких мобільних телефонах (інфрачервоний порт) і т. п. Інфрачервоні промені не відволікають увагу людини через свою невидимість.

Цікаво, що інфрачервоне випромінювання побутового пульта дистанційного керування легко фіксується за допомогою цифрового фотоапарата.

Медицина

Найбільш широко інфрачервоне випромінювання у медицині знаходить у різних датчиках потоку крові (PPG).

Широко поширені вимірювачі частоти пульсу (ЧСС, HR - Heart Rate) та насичення крові киснем (Sp02) використовують світлодіоди зеленого (для пульсу) та червоного та інфрачервоного (для SpO2) випромінювань.

Випромінювання інфрачервоного лазера використовується в методиці DLS (Digital Light Scattering) для визначення частоти пульсу та характеристик потоку крові.

Інфрачервоні промені застосовуються у фізіотерапії.

Вплив довгохвильового інфрачервоного випромінювання:

  • При впливі довгохвильового інфрачервоного випромінювання на шкірний покрив відбувається подразнення рецепторів шкіри і, внаслідок реакції гіпоталамуса, розслабляються гладкі м'язи кровоносних судин, в результаті судини розширюються.
  • Поліпшення процесів метаболізму. При тепловому впливі інфрачервоного випромінювання стимулюється активність на клітинному рівні, покращуються процеси нейрорегуляції та метаболізму.

Стерилізація харчових продуктів

За допомогою інфрачервоного випромінювання стерилізують продукти харчування з метою дезінфекції.

Харчова промисловість

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 (

Щодня людина перебуває під впливом інфрачервоного випромінювання та природним її джерелом є сонце. Елементи розжарювання та різні електронагрівальні прилади відносять до неприродних похідних.. Дана радіація застосовується в системах опалення, інфрачервоних лампах, обігрівальних пристроях, пультах до телевізора, медичного обладнання. Тому завжди необхідно знати, яка користь та шкода інфрачервоного випромінювання для людини.

Інфрачервоне випромінювання: що це

У 1800 році англійський фізик відкрив інфрачервоне тепло, розклавши сонячне світло у спектр за допомогою призми.. Вільям Гершель прикладав термометр до кожного кольору, доки не помітив підвищення температури при переході від фіолетового кольору до червоного. Таким чином, була відкрита область відчуття тепла, але вона не помітна людському погляду. Розрізняють випромінювання за двома основними параметрами: частоту (інтенсивність) та довжину променя. У той самий час довжина хвилі ділиться втричі типу: ближня (від 0,75 до 1,5 мкм), середня (від 1,5 до 5,6 мкм), далека (від 5,6 до 100 мкм).

Саме довгохвильова енергія має позитивні властивості, відповідаючи природному випромінюванню людського тіла з найбільшою довжиною хвилі 9,6 мкм. Тому кожну зовнішню дію тіло сприймає як «рідне». Найкращим прикладом ультрачервоного випромінювання є тепло Сонця. Такий промінь має відмінність у тому, що він нагріває об'єкт, а не простір навколо нього. Інфрачервоне випромінювання – це варіант роздачі тепла.

Користь інфрачервоного випромінювання

Прилади, в яких використовується довгохвильове теплове випромінювання, впливають двома різними способами на організм людини. Перший метод має зміцнюючу властивість, підвищуючи захисні функції і запобігаючи ранньому старінню. Цей тип дозволяє впоратися з різними захворюваннями, підвищуючи природний захист організму до недуг. Це одна з форм лікування, яка ґрунтується на підтримці здоров'я та підходить для застосування в домашніх умовах та медичних закладах.

Другий вид впливу ультрачервоних променів полягає у прямому лікуванні захворювань та загальних нездужань. Щодня людина стикається із розладами, пов'язаними зі здоров'ям. Тому довгі випромінювачі мають терапевтичну властивість. У багатьох лікувальних закладах Америки, Канади, Японії, країнах СНД та Європи застосовується таке випромінювання. Хвилі здатні глибоко проникати в тіло, прогріваючи внутрішні органи та кісткову систему. Ці ефекти сприяють поліпшенню кровообігу та прискоренню потоку рідин в організмі.

Підвищена циркуляція крові благотворно впливає метаболізм людини, тканини насичуються киснем, а м'язова система отримує харчування . Багато хвороб можна усунути регулярним впливом випромінювання, що проникає глибоко в людське тіло. Така довжина хвилі позбавить таких недуг, як:

  • підвищений чи знижений тиск;
  • болючі відчуття в ділянці спини;
  • зайва вага, ожиріння;
  • захворювання серцево-судинної системи;
  • депресивний стан, стрес;
  • порушення роботи травного тракту;
  • артрит, ревматизм, невралгія;
  • артроз, запалення суглобів, судоми;
  • нездужання, слабкість, виснаження;
  • бронхіт, астма, запалення легень;
  • розлад сну, безсоння;
  • м'язові та поперекові болі;
  • проблеми із кровопостачанням, циркуляцією крові;
  • оториноларингологічні захворювання без гнійних відкладень;
  • недуги шкірних покривів, опіки, целюліт;
  • ниркова недостатність;
  • застудні та вірусні недуги;
  • зниження захисної функції організму;
  • інтоксикація;
  • цистит та простатит загостреної форми;
  • холецистит без утворення каміння, гастродуоденіт.

Позитивний вплив випромінювання полягає в тому, що коли хвиля потрапляє на шкірний покрив, вона діє закінчення нервів і виникає відчуття тепла. Понад 90% радіації знищується вологою, що знаходиться у верхньому шарі шкіри, вона не викликає нічого більшого, ніж підвищення температури тіла. Спектр дії, довжина якого становить 9,6 мкм, абсолютно безпечний для людини.

Історії наших читачів

Володимир
61 рік

Випромінювання стимулює кровообіг, наводячи норму кров'яний тиск і обмінні процеси. При постачанні мозкових тканин киснем знижується ризик появи запаморочення та покращується пам'ять. Ультрачервоний промінь здатний вивести солі важких металів, холестерин та токсини. Під час терапії у хворого підвищується імунітет, нормалізується гормональний фон та відновлюється водно-сольовий баланс. Хвилі знижують дію різних отруйних хімічних речовин, мають протизапальну властивість, пригнічують утворення грибків, включаючи пліснявих.

Застосування інфрачервоного випромінювання

Ультрачервона енергія використовується в різних галузях, позитивно впливаючи на людину:

  1. Термографія. За допомогою інфрачервоного випромінювання визначається температура предметів, що знаходяться на відстані. В основному теплові хвилі використовуються у військових та промислових сферах. Нагріті об'єкти з таким приладом можна побачити без освітлення.
  2. Обігрів. Ультрачервоні промені сприяють підвищенню температури, благотворно позначаючись на людському здоров'ї. Крім корисних інфрачервоних саун, їх застосовують для зварювання, відпалу пластмасових предметів, затвердіння поверхонь у промисловій та медичній сфері.
  3. Спостереження. Цей спосіб використання теплової енергії полягає у пасивному наведенні ракет. У цих літальних елементах знаходиться механізм, званий «тепловим шукачем». Машини, літаки та інший транспорт, а також люди випромінюють тепло, допомагаючи ракетам знайти правильний напрямок польоту.
  4. Метеорологія. Випромінювання допомагає супутникам визначитися з відстанню, на якій знаходяться хмари, визначає їх температуру і вигляд. Теплі хмари з'являються сірим кольором, а холодні – білим. Дані вивчаються без перешкод як вдень, і вночі. Земна гаряча площина буде позначена сірим або чорним кольором.
  5. Астрономія. Астрономи оснащені унікальними приладами – інфрачервоними телескопами, які дають змогу спостерігати за різними об'єктами в небі. Завдяки їм вчені здатні знайти протозірки до того, як вони почнуть випромінювати світло, яке видно людському оку. Такий телескоп з легкістю визначить холодні об'єкти, але в інфрачервоному спектрі не можна побачити планети через заглушальне світло від зірок. Також пристрій використовується для спостереження за ядрами галактик, які закривають газ та пил.
  6. Мистецтво. Рефлектограми, які працюють на основі інфрачервоного випромінювання, допомагають фахівцям у цій сфері детальніше розглянути нижні шари предмета чи начерки художника. Цей метод дозволяє зіставити креслення малюнка та її видиму частину з'ясування справжності картини, і чи була вона реставрації. Раніше пристрій пристосовувався для вивчення старих документів у письмовому вигляді та виготовлення чорнила.

Це лише основні методи використання теплової енергії у науці, але щорічно з'являється нове обладнання, що працює на його основі.

Шкода інфрачервоного випромінювання

Інфрачервоне світло приносить не тільки позитивну дію на людський організм, варто пам'ятати про шкоду, яку він може завдати при неправильному застосуванні і бути небезпечними для оточуючих. Саме ІЧ-діапазони з короткою довжиною хвилі негативно впливають. Поганий вплив інфрачервоного випромінювання на організм людини проявляється у вигляді запалення нижніх шарів шкіри, розширених капілярів та утворення пухирів.

Від використання ІЧ-променів необхідно відразу відмовитися при таких хворобах та симптомах:

  • захворювання кровоносної системи; кровотечі;
  • хронічна чи гостра форма гнійних процесів;
  • вагітність та лактація;
  • злоякісні пухлини;
  • легенева та серцева недостатність;
  • гострі запалення;
  • епілепсія;
  • при тривалому впливі ІЧ-випромінювання підвищується ризик розвитку світлобоязні, катаракти та інших захворювань очей.

Сильна дія інфрачервоної радіації призводить до почервоніння шкіри та виникнення опіку. У робітників у сфері металургії іноді спостерігається розвиток теплового удару та дерматиту. Чим менша відстань користувача до обігрівача, тим менше часу він повинен проводити біля пристрою. Перегрівання тканин мозку на градус і тепловий удар супроводжується такими симптомами, як нудота, запаморочення, тахікардія, потемніння в очах. При підвищенні температури на два і вище градуси існує ризик розвитку менінгіту.

Якщо під впливом інфрачервоного випромінювання стався тепловий удар, слід негайно помістити постраждалого у прохолодному приміщенні та зняти з нього весь одяг, який стискає чи стискує рухи. Пов'язки, змочені в холодній воді, або мішечки з льодом прикладаються на область грудей, шиї, паху, чола, хребта та пахв.

За відсутності мішечка для льоду, можна використовувати для цього будь-яку тканину або предмет одягу. Компреси робляться лише з дуже холодною водою, періодично змочуючи у ній пов'язки.

При можливості людина повністю обертається холодним простирадлом. Додатково можна обдувати хворого потоком холодного повітря, використовуючи вентилятор. Рясне пиття холодної води допоможе полегшити стан потерпілого. При важких випадках опромінення потрібно викликати швидку допомогу та зробити штучне дихання.

Як уникнути шкідливого впливу ІЧ-хвиль

Щоб захистити себе від негативного впливу теплових хвиль, необхідно дотримуватись деяких правил:

  1. Якщо робота безпосередньо пов'язана з високотемпературними нагрівачами, то потрібне використання захисного одягу для оберігання тіла та очей.
  2. З особливою обережністю застосовуються побутові обігрівачі, які мають відкриті нагрівальні елементи. Не можна перебувати близько біля них і краще скоротити час їхнього впливу до мінімуму.
  3. У приміщенні повинні розташовуватися такі пристрої, які найменше впливають на людину та її здоров'я.
  4. Не варто довго перебувати під сонячним промінням. Якщо змінити це не можна, потрібно постійно носити головний убір і одяг, що прикриває відкриті ділянки тіла. Особливо це стосується дітей, які завжди можуть визначити підвищення температури тіла.

За дотримання цих правил людина зможе захиститися від неприємних наслідків надмірного теплового впливу. Інфрачервоні промені можуть принести як шкоду, так і користь при певному застосуванні.

Методи лікування

Терапія за допомогою інфрачервоного кольору поділяється на два типи: місцева та загальна. При першому типі відзначається локальний вплив на ту чи іншу ділянку, а за загального лікування хвилі обробляють весь організм людини. Процедура проводиться двічі на день по 15-30 хвилин. Курс лікування становить від 5 до 20 сеансів. Необхідно обов'язково одягати захисні засоби під час випромінювання. Для очей використовують картонні накладки або спеціальні окуляри. Після процедури на шкірі з'являється почервоніння з розмитими межами, яке пропадає через годину після дії променів. Інфрачервоне випромінювання у медицині дуже цінується.

Висока інтенсивність випромінювання може завдати шкоди здоров'ю, тому слід слідувати всім протипоказанням.

Теплова енергія щодня супроводжує людину у повсякденному житті. Інфрачервоне випромінювання приносить не тільки користь, а й шкоду. Тому потрібно до ультрачервоного світла ставитись обережно. Пристрої, що випромінюють ці хвилі, повинні використовуватись за правилами безпеки. Багато хто не знає, чи шкідливий тепловий вплив, але при правильному застосуванні приладів можна покращити стан здоров'я людини та позбутися тих чи інших захворювань.