Infrapunakiired: omadused, rakendused, mõju inimesele. Infrapunakiirguse allikad

1800. aastal teatas teadlane William Herschel oma avast Londoni Kuningliku Seltsi koosolekul. Ta mõõtis temperatuuri väljaspool spektrit ja leidis suure küttejõuga nähtamatud kiired. Katse viis ta läbi teleskoobi valgusfiltrite abil. Ta märkas, et need neelavad erineval määral päikesekiirte valgust ja soojust.

30 aasta pärast tõestati vaieldamatult nähtava päikesespektri punase osa taga asuvate nähtamatute kiirte olemasolu. Prantsuse Becquerel nimetas seda kiirgust infrapunaseks.

IR-kiirguse omadused

Infrapunakiirguse spekter koosneb üksikutest joontest ja ribadest. Kuid see võib olla ka pidev. Kõik sõltub infrapunakiirte allikast. Teisisõnu, oluline on aatomi või molekuli kineetiline energia või temperatuur. Perioodilise tabeli mis tahes element teatud tingimustel erinevad temperatuurid on erinevad omadused.

Näiteks ergastatud aatomite infrapunaspektritel on kimbu, tuuma suhtelise puhkeoleku tõttu, IR-spektrid rangelt joontega. Ja ergastatud molekulid on triibulised, juhuslikult paiknevad. Kõik ei sõltu ainult iga aatomi oma lineaarsete spektrite superpositsioonimehhanismist. Aga ka nende aatomite vastastikmõjust.

Temperatuuri tõustes muutub keha spektraalne omadus. Seega kiirgavad kuumutatud tahked ained ja vedelikud pidevat infrapunaspektrit. Temperatuuridel alla 300°C paikneb kuumutatud tahke aine kiirgus täielikult infrapunapiirkonnas. Nii IR-lainete uurimine kui ka nende rakendamine sõltuvad temperatuurivahemikust. kõige olulisemad omadused.

Infrapunakiirte peamised omadused on kehade neeldumine ja edasine kuumutamine. Infrapuna kütteseadmete soojusülekande põhimõte erineb konvektsiooni või soojusjuhtivuse põhimõtetest. Kuumade gaaside voos olles kaotab objekt teatud koguse soojust seni, kuni selle temperatuur on kuumutatud gaasi temperatuurist madalam.

Ja vastupidi: kui infrapunakiirgurid kiiritavad objekti, ei tähenda see, et selle pind seda kiirgust neelab. Samuti võib see peegeldada, neelata või edastada kiiri kadudeta. Peaaegu alati neelab kiiritatud objekt osa sellest kiirgusest, peegeldab osa ja edastab osa.

Mitte kõik helendavad objektid või kuumutatud kehad ei kiirga infrapunalaineid. Näiteks luminofoorlampidel või gaasipliidi leegil pole sellist kiirgust. Luminofoorlampide tööpõhimõte põhineb hõõgumisel (fotoluminestsentsil). Selle spekter on kõige lähemal päevavalguse, valge valguse spektrile. Seetõttu pole selles peaaegu üldse IR-kiirgust. Ja gaasipliidi leegi suurim kiirgusintensiivsus langeb lainepikkusele sinine värv. Loetletud kuumutatud kehades on infrapunakiirgus väga nõrk.

On ka aineid, mis on nähtavale valgusele läbipaistvad, kuid ei suuda infrapunakiiri läbi lasta. Näiteks mõne sentimeetri paksune veekiht ei lase läbi infrapunakiirgust, mille lainepikkus on üle 1 mikroni. Samal ajal suudab inimene palja silmaga eristada allosas olevaid objekte.

Elektromagnetilise spektri nähtamatus piirkonnas, mis algab nähtava punase valguse tagant ja lõpeb enne mikrolainekiirgust sageduste 10 12 ja 5∙10 14 Hz vahel (või on lainepikkuste vahemikus 1-750 nm). Nimi pärineb ladinakeelsest sõnast infra ja tähendab "punase all".

Infrapunakiirte kasutamine on mitmekesine. Neid kasutatakse objektide visualiseerimiseks pimedas või suitsus, saunade kütmiseks ja lennukitiibade soojendamiseks jäätõrjeks, vahetus läheduses ja spektroskoopilises analüüsis. orgaanilised ühendid.

Avamine

Infrapunakiired avastas 1800. aastal Saksa päritolu Briti muusik ja amatöörastronoom William Herschel. Prisma abil jagas ta päikesevalguse selle koostisosadeks ja registreeris termomeetri abil temperatuuri tõusu väljaspool spektri punast osa.

IR-kiirgus ja soojus

Infrapunakiirgust nimetatakse sageli soojuskiirguseks. Siiski tuleb märkida, et see on ainult selle tagajärg. Soojus on aine aatomite ja molekulide translatsioonienergia (liikumisenergia) mõõt. "Temperatuuri" andurid ei mõõda tegelikult soojust, vaid ainult erinevusi erinevate objektide IR-kiirguses.

Paljud füüsikaõpetajad omistavad traditsiooniliselt kogu Päikese soojuskiirguse infrapunakiirtele. Kuid see pole nii. Nähtava päikesevalgusega tuleb 50% kogu soojusest ja piisava intensiivsusega mis tahes sagedusega elektromagnetlained võivad põhjustada kuumenemist. Siiski on aus öelda, et toatemperatuuril eraldavad objektid soojust peamiselt keskmises infrapunaribas.

IR-kiirgust neelavad ja kiirgavad keemiliselt seotud aatomite või aatomirühmade pöörlemised ja vibratsioonid ning seega ka mitmesugused materjalid. Näiteks nähtavale valgusele läbipaistev aknaklaas neelab infrapunakiirgust. Infrapunakiirgust neelavad suures osas vesi ja atmosfäär. Kuigi need on silmale nähtamatud, on need nahal tunda.

Maa kui infrapunakiirguse allikas

Meie planeedi pind ja pilved neelavad päikeseenergiat, millest suurem osa eraldub atmosfääri infrapunakiirguse kujul. Teatud selles sisalduvad ained, peamiselt veeaur ja tilgad, aga ka metaan, süsihappegaas, lämmastikoksiid, klorofluorosüsivesinikud ja väävelheksafluoriid, neelavad spektri infrapunapiirkonnas ja kiirgavad tagasi igas suunas, sealhulgas Maale. Seetõttu on kasvuhooneefekti tõttu maa atmosfäär ja pind palju soojemad kui siis, kui õhus poleks infrapunakiiri neelavaid aineid.

See kiirgus mängib olulist rolli soojusülekandes ja on lahutamatu osa nn kasvuhooneefekt. Globaalses mastaabis laieneb infrapunakiirte mõju Maa kiirgusbilansile ja mõjutab peaaegu kogu biosfääri aktiivsust. Peaaegu kõik meie planeedi pinnal olevad objektid kiirgavad elektromagnetkiirgust peamiselt selles spektri osas.

IR piirkonnad

IR-vahemik on sageli jagatud spektri kitsamateks osadeks. Saksa DIN-standardite instituut on määratlenud järgmised infrapuna lainepikkuste vahemikud:

• lähedal (0,75–1,4 µm), kasutatakse tavaliselt fiiberoptilises sides;
• lühilaine (1,4-3 mikronit), millest alates suureneb oluliselt IR-kiirguse neeldumine vees;
• keskmine laine, mida nimetatakse ka vahepealseks (3-8 mikronit);
• pikklaine (8-15 mikronit);
• kaugel (15-1000 mikronit).

Seda klassifitseerimisskeemi ei kasutata siiski üldiselt. Näiteks näitavad mõned uuringud järgmisi vahemikke: lähedal (0,75–5 mikronit), keskmine (5–30 mikronit) ja pikk (30–1000 mikronit). Telekommunikatsioonis kasutatavad lainepikkused on detektorite, võimendite ja allikate piirangute tõttu jagatud eraldi ribadeks.

Üldine tähistus on põhjendatud inimese reaktsioonidega infrapunakiirtele. Lähiinfrapuna piirkond on inimsilmale nähtavale lainepikkusele kõige lähemal. Keskmine ja kauge infrapunakiirgus eemalduvad järk-järgult spektri nähtavast osast. Teised määratlused järgivad erinevaid füüsikalisi mehhanisme (nagu emissioonipiigid ja veeimavus) ning uusimad põhinevad kasutatavate detektorite tundlikkusel. Näiteks tavalised räniandurid on tundlikud umbes 1050 nm ja indium-galliumarseniid - vahemikus 950 nm kuni 1700 ja 2200 nm.

Selget piiri infrapuna ja nähtava valguse vahel ei ole määratletud. Inimsilm on oluliselt vähem tundlik punase valguse suhtes, mis ületab 700 nm, kuid intensiivset (laser)valgust võib näha kuni umbes 780 nm. IR-vahemiku algus on erinevates standardites defineeritud erinevalt – kuskil nende väärtuste vahel. Tavaliselt on see 750 nm. Seetõttu on nähtavad infrapunakiired võimalikud vahemikus 750-780 nm.

Nimetused sidesüsteemides

Optiline side lähiinfrapuna piirkonnas on tehniliselt jagatud mitmeks sagedusribaks. Selle põhjuseks on erinevad neelavad ja läbivad materjalid (kiud) ja detektorid. Need sisaldavad:

• O-riba 1,260-1,360 nm.
• E-riba 1,360-1,460 nm.
• S-riba 1,460-1,530 nm.
• C-riba 1,530-1,565 nm.
• L-riba 1,565-1,625 nm.
• U-riba 1,625-1,675 nm.

termograafia

Termograafia ehk termopildistamine on teatud tüüpi objektide infrapunapildistamine. Kuna kõik kehad kiirgavad IR-vahemikus ja kiirguse intensiivsus tõuseb koos temperatuuriga, saab selle tuvastamiseks ja pildistamiseks kasutada spetsiaalseid IR-anduritega kaameraid. Väga kuumade objektide puhul infrapuna- või nähtavas piirkonnas nimetatakse seda tehnikat püromeetriaks.

Termograafia ei sõltu nähtava valguse valgustusest. Seetõttu saab "näha" keskkond isegi pimedas. Eelkõige paistavad külmemal taustal hästi silma soojad esemed, sealhulgas inimesed ja soojaverelised loomad. Infrapuna maastikufotograafia parandab objektide kuvamist sõltuvalt nende soojusvõimsusest: sinine taevas ja vesi näib peaaegu must ning roheline lehestik ja nahk paistab eredalt.

Ajalooliselt on termograafiat laialdaselt kasutanud sõjaväe- ja julgeolekuteenistused. Lisaks leiab see palju muid kasutusviise. Näiteks kasutavad tuletõrjujad seda suitsu läbi nägemiseks, inimeste leidmiseks ja tulekahju ajal kuumade kohtade leidmiseks. Termograafia võib paljastada kudede ebanormaalset kasvu ja defekte elektroonilised süsteemid ja diagrammid nende tõttu suurenenud eritumine soojust. Elektriliine hooldavad elektrikud suudavad tuvastada ülekuumenemise ühendusi ja osi, mis viitavad talitlushäirele, ning kõrvaldada võimalikud ohud. Kui soojusisolatsioon ebaõnnestub, saavad ehitusspetsialistid näha soojuslekkeid ja parandada jahutus- või küttesüsteemide efektiivsust. Mõnes tippklassi sõidukis on juhi abistamiseks paigaldatud termokaamerad. Termograafilist kujutist saab kasutada teatud füsioloogiliste reaktsioonide jälgimiseks inimestel ja soojaverelistel loomadel.

Kaasaegse termokaamera välimus ja tööviis ei erine tavapärase videokaamera omast. Võimalus näha infrapunaspektris on nii kasulik funktsioon et piltide salvestamise võimalus on sageli valikuline ja kirjutaja pole alati käepärast.

Muud pildid

IR-fotograafias jäädvustatakse lähi-infrapunakiirgust spetsiaalsete filtrite abil. Digikaamerad, reeglina blokeerivad IR-kiirgust. Odavad kaamerad, millel pole korralikke filtreid, on aga võimelised "nägema" IR-lähedases vahemikus. Sel juhul näib tavaliselt nähtamatu valgus helevalgena. See on eriti märgatav valgustatud infrapunaobjektide (nt lambid) läheduses, kus tekkiv müra muudab pildi tuhmimaks.

Mainimist väärib ka T-kiire kujutis, mis kujutab endast kaugemas terahertsi vahemikus. Eredate allikate puudumine muudab need pildid tehniliselt keerulisemaks kui enamik teisi IR-pilditehnikaid.

LEDid ja laserid

Infrapunakiirguse inimtekkeliste allikate hulka kuuluvad lisaks kuumadele objektidele ka LED-id ja laserid. Esimesed on väikesed ja odavad optoelektroonilised seadmed, mis on valmistatud pooljuhtmaterjalidest, näiteks galliumarseniidist. Neid kasutatakse optoisolaatoritena ja valgusallikatena mõnedes fiiberoptilistes sidesüsteemides. Võimsad optiliselt pumbatavad IR laserid töötavad süsinikdioksiidi ja süsinikmonooksiidi baasil. Neid kasutatakse algatamiseks ja muutmiseks keemilised reaktsioonid ja isotoopide eraldamine. Lisaks kasutatakse neid lidarsüsteemides objekti kauguse määramiseks. Infrapunakiirguse allikaid kasutatakse ka automaatsete iseteravustavate kaamerate kaugusmõõturites, sissemurdmisalarmides ja optilistes öövaatlusseadmetes.

IR vastuvõtjad

IR-detektorid hõlmavad termotundlikke seadmeid, nagu termopaardetektorid, bolomeetrid (mõned jahutatakse absoluutse nulli lähedale, et vähendada detektori enda tekitatud häireid), fotogalvaanilisi elemente ja fotojuhte. Viimased on valmistatud pooljuhtmaterjalidest (nt räni ja pliisulfiid), mille elektrijuhtivus infrapunakiirte toimel suureneb.

Küte

Kütmiseks kasutatakse infrapunakiirgust – näiteks saunade kütmiseks ja lennukitiibade jäätõrjeks. Lisaks kasutatakse seda üha enam asfaldi sulatamiseks uute teede ehitamisel või kahjustatud alade parandamisel. IR-kiirgust saab kasutada toidu valmistamisel ja soojendamisel.

Ühendus

IR-lainepikkusi kasutatakse andmete edastamiseks lühikestel vahemaadel, näiteks arvuti välisseadmete ja personaaldigitaalassistentide vahel. Need seadmed vastavad tavaliselt IrDA standarditele.

IR-sidet kasutatakse tavaliselt suure asustustihedusega piirkondades siseruumides. See on kõige levinum viis seadmete kaugjuhtimiseks. Infrapunakiirte omadused ei lase neil läbi seinte tungida ja seetõttu ei suhtle need naaberruumides asuvate seadmetega. Lisaks kasutatakse IR lasereid valgusallikatena fiiberoptilistes sidesüsteemides.

Spektroskoopia

Infrapunakiirguse spektroskoopia on tehnoloogia, mida kasutatakse (peamiselt) orgaaniliste ühendite struktuuride ja koostiste määramiseks, uurides infrapunakiirguse levikut läbi proovide. See põhineb ainete omadustel absorbeerida teatud sagedusi, mis sõltuvad proovi molekulide sees venitamisest ja paindumisest.

Molekulide ja materjalide infrapuna neeldumis- ja emissiooniomadused annavad oluline teave suuruse, kuju ja keemiline side molekulid, aatomid ja ioonid tahked ained. Pöörlemis- ja vibratsioonienergiad on kõikides süsteemides kvantiseeritud. Energia hν infrapunakiirgus, mida kiirgab või neelab antud molekul või aine, on mõne sisemise energia oleku erinevuse mõõt. Need on omakorda määratud aatommassi ja molekulaarsidemetega. Sel põhjusel on infrapunaspektroskoopia võimas vahend molekulide ja ainete sisestruktuuri või, kui selline teave on juba teada ja tabelites, nende koguste määramiseks. IR-spektroskoopia tehnikaid kasutatakse sageli arheoloogiliste näidiste koostise ja seega ka päritolu ja vanuse määramiseks, samuti kunsti ja muude esemete võltsingute tuvastamiseks, mis nähtava valguse all vaadates meenutavad originaale.

Infrapunakiirte eelised ja kahjustused

Pikalainelist infrapunakiirgust kasutatakse meditsiinis järgmistel eesmärkidel:

• normaliseerimine vererõhk stimuleerides vereringet;
• keha puhastamine raskmetallide sooladest ja toksiinidest;
• parandada aju vereringet ja mälu;
• normaliseerimine hormonaalne taust;
• säilitamine vee-soola tasakaal;
• seente ja mikroobide leviku piiramine;
• anesteesia;
• leevendada põletikku;
• immuunsuse tugevdamine.

IR-kiirgus võib aga ägedal juhul olla kahjulik mädased haigused, verejooks, äge põletik, verehaigused, pahaloomulised kasvajad. Kontrollimatu pikaajaline kokkupuude põhjustab naha punetust, põletusi, dermatiiti, kuumarabandus. Lühilainelised infrapunakiired on silmadele ohtlikud – võib tekkida valgusfoobia, katarakt, nägemiskahjustus. Seetõttu tuleks kütmiseks kasutada ainult pikalainelise kiirguse allikaid.

Infrapunakiirgus on päikesekiirguse spektri osa, mis külgneb vahetult nähtava spektri punase osaga. inimese silm ei näe selles spektri piirkonnas, kuid me tunneme seda kiirgust soojusena.

Infrapunakiirgusel on kaks olulist tunnust: kiirguse lainepikkus (sagedus) ja kiirguse intensiivsus. Sõltuvalt lainepikkusest eristatakse kolme infrapunakiirguse piirkonda: lähedane (0,75-1,5 mikromeetrit), keskmine (1,5 - 5,6 mikronit) ja kauge (5,6-100 mikronit). Arvestades füsioloogilised omadused inimene, kaasaegne meditsiin jagab kiirgusspektri infrapunapiirkonna kolmeks vahemikuks:

• lainepikkus 0,75-1,5 mikronit - sügavale inimese nahka tungiv kiirgus (IR-A vahemik);
• lainepikkus 1,5-5 mikronit - epidermise ja naha sidekoekihi poolt neeldunud kiirgus, IR-B vahemik);
• lainepikkus üle 5 mikroni – naha pinnal neeldunud kiirgus (IR-C vahemik). Veelgi enam, suurim läbitung on vahemikus 0,75 kuni 3 mikronit ja seda vahemikku nimetatakse "terapeutiliseks läbipaistvuse aknaks".

Joonis 1 (originaal – Journal of Biomedical Optics 12(4), 044012 juuli/august 2007) näitab vee ja kudede IR-kiirguse neeldumisspektreid inimese elundid sõltuvalt lainepikkusest. Märgitakse, et kangas Inimkeha koosneb 98% veest ja see asjaolu seletab infrapunakiirguse neeldumisomaduste sarnasust spektripiirkonnas 1,5-10 mikronit.

Kui võtta arvesse asjaolu, et vesi ise neelab intensiivselt infrapunakiirgust vahemikus 1,5-10 mikronit, mille piigid on lainepikkustel 2,93, 4,7 ja 6,2 mikronit (Jukhnevich G.V. Vee infrapunaspektroskoopia, M, 1973), siis on kõige tõhusam. Kuumutamis- ja kuivatamisprotsesside puhul tuleks arvestada infrapunakiirguse kiirgajaid, mis kiirgavad keskmises ja kauges infrapunaspektris, mille kiirgusintensiivsus on lainepikkuste vahemikus 1,5–6,5 μm.

Kiirgava pinna ühiku ajaühikus kiirgava energia koguhulka nimetatakse IR-emitter E, W / m². Kiirgusenergia sõltub lainepikkusest λ ja kiirgava pinna temperatuurist ning on lahutamatu karakteristik, kuna see võtab arvesse kõigi lainepikkuste kiirgusenergiat. Emissiivsust, mida nimetatakse lainepikkuse intervalliks dλ, nimetatakse kiirguse intensiivsuseks I, W / (m² ∙ μm).

Avaldise (1) integreerimine võimaldab määrata eksperimentaalselt määratud kiirgusintensiivsuse spektri põhjal emissiooni (spetsiifiline integreeritud kiirgusenergia) lainepikkuste vahemikus λ1 kuni λ2:

Joonisel 2 on kujutatud NOMACON™ IKN-101 IR-kiirgurite kiirgusintensiivsuse spektrid, mis on saadud emitteri erinevatel nimivõimsustel 1000 W, 650 W, 400 W ja 250 W.

Emiteri võimsuse ja vastavalt ka kiirgava pinna temperatuuri suurenemisega suureneb kiirguse intensiivsus ja kiirgusspekter nihkub lühemate lainepikkuste piirkonda (Wieni nihkeseadus). Sel juhul langeb kiirguse intensiivsuse tipp (85-90% spektrist) lainepikkuste vahemikku 1,5-6 μm, mis vastab antud juhul infrapuna kuumutamise ja kuivatamise protsessi optimaalsele füüsikale.

Infrapunakiirguse intensiivsus ja vastavalt ka kiirguse erienergia väheneb kauguse suurenedes kiirgusallikast. Joonisel 3 on kujutatud NOMACON™ IKN-101 keraamiliste radiaatorite kiirguse erienergia muutuste kõverad sõltuvalt kiirgava pinna ja mõõtepunkti vahelisest kaugusest piki kiirgava pinna normaaljoont. Mõõtmised viidi läbi selektiivradiomeetriga lainepikkuste vahemikus 1,5–8 µm, millele järgnes kiirgusintensiivsuse spektrite integreerimine. Nagu graafikult näha, väheneb erikiirgusenergia E, W/m² pöördvõrdeliselt kaugusega L, m kiirgusallikani.

Valgus on elusorganismide olemasolu võti Maal. Infrapunakiirguse mõjul võib toimuda tohutu hulk protsesse. Lisaks kasutatakse seda meditsiinilistel eesmärkidel. Alates 20. sajandist on valgusteraapiast saanud traditsioonilise meditsiini oluline komponent.

Kiirguse omadused

Fototeraapia on füsioteraapia eriosa, mis uurib valguslaine mõju inimkehale. Märgiti, et lainete ulatus on erinev, seega mõjutavad need inimkeha erineval viisil. Oluline on märkida, et kiirguse läbitungimissügavus on suurim. Mis puutub pinnaefekti, siis ultraviolettkiirgusel on see olemas.

Infrapunaspektril (kiirgusspektril) on vastav lainepikkus, nimelt 780 nm. kuni 10000 nm. Mis puutub füsioteraapiasse, siis inimese ravimiseks kasutatakse lainepikkust, mille spekter ulatub 780 nm-st. kuni 1400 nm. Seda infrapunakiirguse ulatust peetakse ravi normiks. Lihtsate sõnadega, rakendatakse sobiv lainepikkus, nimelt lühem lainepikkus, mis suudab tungida kolme sentimeetri ulatuses nahka. Lisaks võetakse arvesse kvanti erilist energiat, kiirguse sagedust.

Paljude uuringute kohaselt on leitud, et valgus, raadiolained ja infrapunakiired on sama laadi, kuna need on elektromagnetlainete liigid, mis ümbritsevad inimesi kõikjal. Sellised lained panevad televiisorid tööle, Mobiiltelefonid ja raadio. Lihtsamalt öeldes võimaldavad lained inimesel ümbritsevat maailma näha.

Infrapunaspektril on vastav sagedus, mille lainepikkus on 7-14 mikronit, mis mõjub inimorganismile ainulaadselt. See osa spektrist vastab inimkeha kiirgusele.

Mis puutub kvantiobjektidesse, siis molekulidel ei ole võimet suvaliselt võnkuda. Igal kvantmolekulil on teatud energiakogum, kiirgussagedused, mis talletatakse võnkehetkel. Siiski tuleb arvestada, et õhumolekulid on varustatud laiaulatusliku selliste sageduste komplektiga, mistõttu atmosfäär on võimeline absorbeerima kiirgust erinevates spektrites.

Kiirgusallikad

Päike on peamine infrapunakiirguse allikas.

Tänu temale saab esemeid kuumutada kindla temperatuurini. Selle tulemusena eraldub nende lainete spektris soojusenergia. Siis jõuab energia objektideni. Soojusenergia ülekandmise protsess viiakse läbi objektidelt kõrge temperatuur alumisele. Sellises olukorras on objektidel erinevad kiirgusomadused, mis sõltuvad mitmest kehast.

Infrapunakiirguse allikad on kõikjal, varustatud selliste elementidega nagu LED-id. Kõik kaasaegsed telerid on varustatud kaugjuhtimispuldidega, kuna see töötab infrapunaspektri vastaval sagedusel. Nende hulka kuuluvad LED-id. Tööstuslikus tootmises võib näha erinevaid infrapunakiirguse allikaid, näiteks: värvipindade kuivatamisel.

Kunstliku allika silmapaistvaim esindaja Venemaal olid vene ahjud. Peaaegu kõik inimesed on kogenud sellise ahju mõju ja hinnanud ka selle eeliseid. Seetõttu on sellist kiirgust tunda köetavast ahjust või kütteradiaatorist. Praegu on infrapuna kütteseadmed väga populaarsed. Neil on konvektsioonivõimalusega võrreldes eeliste loend, kuna need on säästlikumad.

Koefitsiendi väärtus

Infrapunaspektris on mitut tüüpi koefitsienti, nimelt:

• kiirgus;
• peegelduskoefitsient;
• läbilaskevõime suhe.

Seega on emissioon objektide võime kiirgada nii kiirguse sagedust kui ka kvanti energiat. Võib varieeruda olenevalt materjalist ja selle omadustest, samuti temperatuurist. Koefitsiendil on selline maksimaalne paranemine = 1, kuid tegelikus olukorras on see alati väiksem. Mis puudutab madalat kiirgusvõimet, siis see on varustatud elementidega, millel on läikiv pind, aga ka metallid. Koefitsient sõltub temperatuuri indikaatorid.

Peegeldustegur näitab materjalide võimet kajastada uuringute sagedust. Sõltub materjalide tüübist, omadustest ja temperatuurinäitajatest. Põhimõtteliselt esineb peegeldus poleeritud ja siledatel pindadel.

Läbilaskvus mõõdab objektide võimet juhtida infrapunakiirgust läbi iseenda. Selline koefitsient sõltub otseselt materjali paksusest ja tüübist. Oluline on märkida, et enamikul materjalidel pole sellist tegurit.

Kasutamine meditsiinis

Infrapunavalgusteraapia on muutunud üsna populaarseks kaasaegne maailm. Infrapunakiirguse kasutamine meditsiinis on tingitud sellest, et tehnikal on raviomadusi. Tänu sellele on täheldatud kasulik mõju inimese kehal. Termiline mõju moodustab kudedes keha, regenereerib kudesid ja stimuleerib reparatsiooni, kiirendab füüsikalis-keemilisi reaktsioone.

Lisaks kogeb keha märkimisväärset paranemist, kuna toimuvad järgmised protsessid:

• verevoolu kiirenemine;
• vasodilatatsioon;
• bioloogiliselt aktiivsete ainete tootmine;
• lihaste lõdvestamine;
• suurepärane tuju;
• mugav olek;
• Hea unistus;
• rõhu vähendamine;
• füüsilise, psühho-emotsionaalse ülekoormuse ja nii edasi eemaldamine.

Ravi nähtav mõju ilmneb mõne protseduuriga. Lisaks märgitud funktsioonidele on infrapunaspektril inimkehale põletikuvastane toime, see aitab võidelda infektsioonidega, stimuleerib ja tugevdab immuunsüsteemi.

Sellisel meditsiinilisel ravil on järgmised omadused:

• biostimuleeriv;
• põletikuvastane;
• võõrutus;
• paranenud verevool;
• keha sekundaarsete funktsioonide äratamine.

Infrapuna-valguskiirgusest või õigemini selle ravist on inimorganismile nähtav kasu.

Terapeutilised tehnikad

Ravi on kahte tüüpi, nimelt - üldine, kohalik. Seoses lokaalse kokkupuutega viiakse ravi läbi konkreetse patsiendi kehaosaga. ajal üldteraapia, valgusteraapia kasutamine on mõeldud kogu kehale.

Protseduur viiakse läbi kaks korda päevas, seansi kestus varieerub vahemikus 15-30 minutit. Üldine ravikuur sisaldab vähemalt viit kuni kakskümmend protseduuri. Veenduge, et teil oleks näopiirkonna infrapunakaitse valmis. Silmadele on ette nähtud spetsiaalsed prillid, vatt või papppadjad. Pärast seanssi on nahk kaetud erüteemiga, nimelt hägusate piiridega punetusega. Erüteem kaob tund pärast protseduuri.

Ravi näidustused ja vastunäidustused

IC-l on peamised näidustused meditsiinis kasutamiseks:

• ENT organite haigused;
• neuralgia ja neuriit;
• lihas-skeleti süsteemi mõjutavad haigused;
• silmade ja liigeste patoloogia;
• põletikulised protsessid;
• haavad;
• põletused, haavandid, dermatoosid ja armid;
• bronhiaalastma;
• põiepõletik;
• urolitiaas;
• osteokondroos;
• koletsüstiit ilma kivideta;
• artriit;
• gastroduodeniit kroonilises vormis;
• kopsupõletik.

Valgusravi on positiivseid tulemusi. Välja arvatud terapeutiline toime, IR võib olla inimkehale ohtlik. See on tingitud asjaolust, et on teatud vastunäidustusi, mille järgimata jätmine võib olla tervisele kahjulik.

Kui teil on järgmised vaevused, siis sarnane ravi kahjustab:

• raseduse periood;
• verehaigused;
• individuaalne sallimatus;
• kroonilised haigused ägedas staadiumis;
• mädased protsessid;
• aktiivne tuberkuloos;
• verejooksu eelsoodumus;
• kasvajad.

Neid vastunäidustusi tuleks arvesse võtta, et mitte kahjustada oma tervist. Liiga suur kiirgusintensiivsus võib põhjustada suurt kahju.

Mis puudutab IR-i kahjustusi meditsiinis ja tööl, võib tekkida põletus ja tugev punetus. nahka. Mõnel juhul on inimestel tekkinud näol kasvajad, kuna nad on selle kiirgusega pikalt kokku puutunud. Infrapunakiirguse märkimisväärse kahjustuse tagajärjeks võib olla dermatiit, lisaks võib tekkida kuumarabandus.

Infrapunakiired on silmadele üsna ohtlikud, eriti vahemikus kuni 1,5 mikronit. Pikaajalisel kokkupuutel on märkimisväärne kahju, kuna ilmnevad fotofoobia, katarakt ja nägemishäired. IR pikaajaline mõju on väga ohtlik mitte ainult inimestele, vaid ka taimedele. Optilisi seadmeid kasutades võite proovida nägemisprobleemi parandada.

Mõju taimedele

Kõik teavad, et infrapunakiirgusel on kasulik mõju taimede kasvule ja arengule. Näiteks kui varustate kasvuhoone infrapuna küttekehaga, näete vapustavat tulemust. Kuumutamine toimub infrapunaspektris, kus täheldatakse teatud sagedust ja laine on 50 000 nm. kuni 2 000 000 nm.

Neid on piisavalt Huvitavaid fakte, mille järgi saad teada, et kõik taimed, elusorganismid, on päikesevalgusest mõjutatud. Päikese kiirgusel on spetsiifiline ulatus, mis koosneb 290 nm. – 3000 nm. Lihtsamalt öeldes mängib kiirgusenergia iga taime elus olulist rolli.

Arvestades huvitavaid ja informatiivseid fakte, saab kindlaks teha, et taimed vajavad valgust ja päikeseenergiat, kuna nad vastutavad klorofülli ja kloroplastide moodustumise eest. Valguse kiirus mõjutab venitamist, rakkude päritolu ja kasvuprotsesse, vilja kandmise ja õitsemise aega.

Mikrolaineahju eripära

majapidamine mikrolaineahjud varustatud mikrolainetega, mis on veidi alla gamma- ja röntgenikiirgus. Sellised ahjud võivad provotseerida ioniseeriv toime millega kaasneb oht inimese tervis. Mikrolained asuvad infrapuna- ja raadiolainete vahelises pilus, mistõttu sellised ahjud ei suuda ioniseerida molekule, aatomeid. Funktsionaalsed mikrolaineahjud ei mõjuta inimesi, kuna need imenduvad toidu sisse, tekitades soojust.

Mikrolaineahjud ei saa eraldada radioaktiivseid osakesi, mistõttu neil ei ole radioaktiivset mõju toidule ja elusorganismidele. Seetõttu ei tasu muretseda, et mikrolaineahjud võivad tervist kahjustada!

William Herschel märkas esmalt, et prismaga saadud Päikese spektri punasest servast kaugemal on nähtamatu kiirgus, mis põhjustab termomeetri kuumenemise. Seda kiirgust nimetati hiljem termiliseks või infrapunaseks.

Lähi-infrapunakiirgus on väga sarnane nähtavale valgusele ja seda tuvastavad samad instrumendid. Keskmises ja kaugemas IR-s kasutatakse muutuste näitamiseks bolomeetreid.

IR keskmises vahemikus särab kogu planeet Maa ja kõik sellel asuvad objektid, isegi jää. Tänu sellele ei kuumene Maa päikesesoojus üle. Kuid mitte kogu infrapunakiirgus ei läbi atmosfääri. Läbipaistvusaknaid on vaid üksikud, ülejäänud kiirgust neelavad süsihappegaas, veeaur, metaan, osoon ja muud kasvuhoonegaasid, mis takistavad Maa kiiret jahtumist.

Atmosfääris neeldumise ja objektide soojuskiirguse tõttu viiakse keskmise ja kauge infrapuna teleskoobid kosmosesse ja jahutatakse temperatuurini. vedel lämmastik või isegi heeliumi.

Infrapuna ulatus on astronoomide jaoks üks huvitavamaid. See särab kosmilise tolmuga, mis on oluline tähtede tekkeks ja galaktikate arenguks. IR-kiirgus läbib kosmilise tolmu pilvi paremini kui nähtav kiirgus ja võimaldab näha spektri muudes osades objekte, mis on vaatluseks kättesaamatud.

Allikad

Fragment ühest niinimetatud Hubble'i süvaväljast. 1995. aastal kogus kosmoseteleskoop 10 päeva jooksul ühest taevaosast tulevat valgust. See võimaldas näha äärmiselt nõrku galaktikaid, mille kaugus on kuni 13 miljardit valgusaastat (vähem kui miljard aastat Suurest Paugust). Selliste kaugete objektide nähtav valgus kogeb olulist punanihet ja muutub infrapunaseks.

Vaatlused viidi läbi galaktika tasapinnast kaugel asuvas piirkonnas, kus on näha suhteliselt vähe tähti. Seetõttu on enamik registreeritud objekte galaktikad erinevad etapid evolutsioon.

Hiiglaslik spiraalgalaktika, mida nimetatakse ka M104-ks, asub galaktikate parves Neitsi tähtkujus ja on meile nähtav peaaegu servapidi. Sellel on tohutu keskne kühm (sfääriline paksenemine galaktika keskel) ja see sisaldab umbes 800 miljardit tähte – 2–3 korda rohkem kui Linnutee.

Galaktika keskmes on supermassiivne must auk, mille mass on umbes miljard päikesemassi. See määratakse galaktika keskme lähedal asuvate tähtede kiiruste järgi. Infrapunas on galaktikas selgelt nähtav gaasi- ja tolmurõngas, milles tähed aktiivselt sünnivad.

Vastuvõtjad

Põhipeegli läbimõõt 85 cm valmistatud berülliumist ja jahutatud temperatuurini 5,5 TO peegli enda infrapunakiirguse vähendamiseks.

Teleskoop käivitati programmi raames 2003. aasta augustis neli suurt NASA vaatluskeskust kaasa arvatud:

• Comptoni Gamma Observatoorium (1991–2000, 20 keV-30 GeV), vaata 100 MeV gammakiirguse taevast,
• Röntgeni vaatluskeskus "Chandra" (1999, 100 eV-10 keV),
• Hubble'i kosmoseteleskoop (1990, 100–2100 nm),
• Spitzeri infrapunateleskoop (2003, 3–180 mikronit).

Eeldatakse, et Spitzeri teleskoobi eluiga on umbes 5 aastat. Teleskoop sai oma nime astrofüüsik Lyman Spitzeri (1914-97) auks, kes 1946. aastal, ammu enne esimese satelliidi starti, avaldas artikli "Maavälise observatooriumi astronoomia eelised" ja 30 aastat hiljem veenis NASA. ja USA Kongress, et alustada kosmoseteleskoobi "Hubble" väljatöötamist.

taevauuringud

Infrapunataeva lähistel 1–4 mikronit ja keskmises infrapuna vahemikus 25 mikronit(COBE/DIRBE)

Lähis-infrapuna vahemikus on Galaxy näha isegi selgemalt kui nähtaval.

Kuid keskmises IR-vahemikus on Galaxy vaevu nähtav. Vaatlusi takistab oluliselt sisse sattunud tolm Päikesesüsteem. See asub piki ekliptika tasapinda, mis on Galaktika tasapinna suhtes umbes 50-kraadise nurga all.

Mõlemad uuringud saadi COBE (Cosmic Background Explorer) satelliidi pardal oleva instrumendiga DIRBE (Diffuse Infrared Background Experiment). See 1989. aastal alanud katse andis täielikud infrapunataeva heleduse kaardid vahemikus 1,25 kuni 240 mikronit.

Maa rakendus

Seade põhineb elektronoptilisel muunduril (IOC), mis võimaldab oluliselt (100-50 tuhat korda) võimendada nõrka nähtavat või infrapunavalgust.

Objektiiv loob fotokatoodile pildi, millelt nagu PMT puhul elektronid välja löövad. Seejärel kiirendab neid kõrgepinge (10–20 kV), on fokuseeritud elektroonilise optikaga (spetsiaalselt valitud konfiguratsiooniga elektromagnetväli) ja langevad televiisoriga sarnasele fluorestsentsekraanile. Sellel vaadatakse pilti läbi okulaaride.

Fotoelektronide kiirendus võimaldab vähese valgusega tingimustes kasutada kujutise saamiseks sõna otseses mõttes iga valguskvanti, kuid täielik pimedus vajalik taustvalgustus. Et mitte välja anda vaatleja kohalolekut, on lähi-IR prožektor (760–3000 nm).

On ka seadmeid, mis püüavad kinni objektide enda soojuskiirguse keskmises IR vahemikus (8–14 mikronit). Selliseid seadmeid nimetatakse termokaamerateks, need võimaldavad märgata inimest, looma või kuumutatud mootorit tänu nende termilisele kontrastile ümbritseva taustaga.

Kogu elektrikerise tarbitav energia muundatakse lõpuks soojuseks. Märkimisväärse osa soojusest kannab ära kuuma pinnaga kokkupuutuv õhk, paisub ja tõuseb üles, nii et peamiselt soojendatakse lage.

Selle vältimiseks on küttekehad varustatud ventilaatoritega, mis suunavad sooja õhu näiteks inimese jalgadele ja aitavad ruumis õhku segada. Kuid on veel üks viis soojuse ülekandmiseks ümbritsevatele objektidele: küttekeha infrapunakiirgus. See on seda tugevam, seda kuumem on pind ja seda suurem on selle pindala.

Pindala suurendamiseks tehakse radiaatorid lamedaks. Pinna temperatuur ei saa aga olla kõrge. Teistes kütteseadmete mudelites kasutatakse mitmesaja kraadini kuumutatud spiraali (punane kuumus) ja nõgusat metallist reflektorit, mis tekitab infrapunakiirguse suunatud voo.