קרני אינפרא אדום: תכונות, יישומים, השפעה על בני אדם. מקורות לקרינה אינפרא אדומה

בשנת 1800, המדען ויליאם הרשל הכריז על תגליתו בפגישה של החברה המלכותית של לונדון. הוא מדד את הטמפרטורה מחוץ לספקטרום ומצא קרניים בלתי נראות בעלות כוח חימום רב. הניסוי בוצע על ידו בעזרת מסנני אור טלסקופיים. הוא שם לב שהן סופגות את האור והחום של קרני השמש בדרגות שונות.

לאחר 30 שנה, עובדת קיומן של קרניים בלתי נראות הממוקמות מעבר לחלק האדום של ספקטרום השמש הנראה ללא ספק הוכחה. הבקר הצרפתי קרא לקרינה הזו אינפרא אדום.

תכונות של קרינת IR

הספקטרום של קרינת אינפרא אדום מורכב מקווים ורצועות בודדים. אבל זה יכול להיות גם רציף. הכל תלוי במקור של קרני אינפרא אדום. במילים אחרות, מה שחשוב הוא האנרגיה הקינטית או הטמפרטורה של אטום או מולקולה. לכל אלמנט בטבלה המחזורית בתנאים של טמפרטורות שונות יש מאפיינים שונים.

לדוגמה, ספקטרום האינפרא אדום של אטומים נרגשים, עקב המצב היחסי של שאר הצרור, הגרעין - יהיו בעלי ספקטרום IR קוים לחלוטין. והמולקולות הנרגשות מפוספסות, ממוקמות באקראי. הכל תלוי לא רק במנגנון הסופרפוזיציה של הספקטרה הליניארית של כל אטום. אבל גם מהאינטראקציה של האטומים הללו זה עם זה.

ככל שהטמפרטורה עולה, המאפיין הספקטרלי של הגוף משתנה. לפיכך, מוצקים ונוזלים מחוממים פולטים ספקטרום אינפרא אדום רציף. בטמפרטורות מתחת ל-300 מעלות צלזיוס, הקרינה של מוצק מחומם ממוקמת כולה באזור האינפרא אדום. גם המחקר של גלי IR וגם היישום של המאפיינים החשובים ביותר שלהם תלויים בטווח הטמפרטורות.

התכונות העיקריות של קרני אינפרא אדום הן קליטה וחימום נוסף של גופים. עקרון העברת החום על ידי תנורי אינפרא אדום שונה מעקרונות הסעה או הולכת חום. בהיותו בזרם של גזים חמים, חפץ מאבד כמות מסוימת של חום כל עוד הטמפרטורה שלו נמוכה מהטמפרטורה של הגז המחומם.

ולהיפך: אם פולטי אינפרא אדום מקרינים עצם, זה לא אומר שהשטח שלו סופג את הקרינה הזו. זה יכול גם לשקף, לספוג או להעביר קרניים ללא אובדן. כמעט תמיד, העצם המוקרן סופג חלק מהקרינה הזו, מחזיר חלק ומעביר חלק.

לא כל העצמים הזוהרים או הגופים המחוממים פולטים גלי IR. לדוגמה, למנורות פלורסנט או להבה של תנור גז אין קרינה כזו. עיקרון הפעולה של מנורות פלורסנט מבוסס על הזוהר (פוטו-לומינסנציה). הספקטרום שלו הכי קרוב לספקטרום של אור יום, אור לבן. לכן, כמעט ואין בו קרינת IR. ועוצמת הקרינה הגבוהה ביותר מהלהבה של תנור גז נופלת על אורך הגל הכחול. בגופים המחוממים הרשומים, קרינת אינפרא אדום חלשה מאוד.

ישנם גם חומרים שקופים לאור הנראה, אך אינם מסוגלים להעביר קרני אינפרא אדום. לדוגמה, שכבת מים בעובי של כמה סנטימטרים לא תאפשר לקרינת אינפרא אדומה עם אורך גל גדול מ-1 מיקרון לעבור דרכה. יחד עם זאת, אדם יכול להבחין בין חפצים בתחתית בעין בלתי מזוינת.

באזור הבלתי נראה של הספקטרום האלקטרומגנטי, שמתחיל מאחורי אור אדום גלוי ומסתיים לפני קרינת מיקרוגל בין התדרים 10 12 ו-5∙10 14 הרץ (או נמצא בטווח אורך הגל 1-750 ננומטר). השם בא מהמילה הלטינית infra ופירושו "מתחת לאדום".

השימוש בקרני אינפרא אדום הוא מגוון. הם משמשים להמחשת חפצים בחושך או בעשן, לחימום סאונות ולחימום כנפי מטוסים להסרת הקרח, בתקשורת מטווח קצר ובניתוח ספקטרוסקופי של תרכובות אורגניות.

פְּתִיחָה

קרני אינפרא אדום התגלו בשנת 1800 על ידי המוזיקאי הבריטי והאסטרונום החובב ויליאם הרשל יליד גרמניה. באמצעות מנסרה, הוא חילק את אור השמש למרכיבים המרכיבים אותו ורשם עלייה בטמפרטורה מעבר לחלק האדום של הספקטרום באמצעות מדחום.

קרינת IR וחום

קרינה אינפרא אדומה מכונה לעתים קרובות קרינה תרמית. עם זאת, יש לציין שזו רק התוצאה שלה. חום הוא מדד לאנרגיית התרגום (אנרגיית התנועה) של האטומים והמולקולות של חומר. חיישני "טמפרטורה" אינם מודדים למעשה חום, אלא רק הבדלים בקרינת ה-IR של עצמים שונים.

מורים רבים לפיזיקה מייחסים באופן מסורתי את כל הקרינה התרמית של השמש לקרני אינפרא אדום. אבל זה לא כך. עם אור שמש גלוי מגיע 50% מכל החום, וגלים אלקטרומגנטיים בכל תדר בעוצמה מספקת יכולים לגרום לחימום. עם זאת, זה הוגן לומר שבטמפרטורת החדר, עצמים פולטים חום בעיקר ברצועת האינפרא אדום האמצעית.

קרינת IR נספגת ונפלטת על ידי סיבובים ורעידות של אטומים או קבוצות אטומים הקשורים כימית, ומכאן על ידי סוגים רבים של חומרים. לדוגמה, זכוכית לחלון שקופה לאור הנראה סופגת קרינת אינפרא אדום. קרני אינפרא אדום נספגות במידה רבה במים ובאטמוספרה. למרות שהם בלתי נראים לעין, ניתן להרגיש אותם על העור.

כדור הארץ כמקור לקרינה אינפרא אדומה

פני השטח של כוכב הלכת והעננים שלנו סופגים אנרגיית שמש, אשר רובה משתחרר לאטמוספירה בצורה של קרינת אינפרא אדומה. חומרים מסוימים בו, בעיקר אדי מים וטיפות, וכן מתאן, פחמן דו חמצני, תחמוצת חנקן, כלורופלואורופחמנים והקספלואוריד גופרית, סופגים באזור האינפרא אדום של הספקטרום ונפלטים מחדש לכל הכיוונים, כולל לכדור הארץ. לכן, בגלל אפקט החממה, האטמוספרה ופני השטח של כדור הארץ הרבה יותר חמים מאשר אם לא היו חומרים שסופגים קרני אינפרא אדום באוויר.

לקרינה זו תפקיד חשוב בהעברת חום והיא חלק בלתי נפרד ממה שנקרא אפקט החממה. בקנה מידה עולמי, השפעת קרני האינפרה-אדום משתרעת על מאזן הקרינה של כדור הארץ ומשפיעה כמעט על כל הפעילות הביוספרית. כמעט כל עצם על פני הכוכב שלנו פולט קרינה אלקטרומגנטית בעיקר בחלק זה של הספקטרום.

אזורי IR

טווח ה-IR מחולק לרוב לחלקים צרים יותר של הספקטרום. מכון התקנים הגרמני DIN הגדיר את טווחי אורכי הגל האינפרא אדום הבאים:

• קרוב (0.75-1.4 מיקרומטר), בשימוש נפוץ בתקשורת סיבים אופטיים;
• גל קצר (1.4-3 מיקרון), החל ממנו קליטת קרינת IR על ידי מים עולה באופן משמעותי;
• גל בינוני, הנקרא גם ביניים (3-8 מיקרון);
• גל ארוך (8-15 מיקרון);
• רחוק (15-1000 מיקרון).

עם זאת, ערכת סיווג זו אינה בשימוש אוניברסלי. לדוגמה, כמה מחקרים מצביעים על הטווחים הבאים: קרוב (0.75-5 מיקרון), בינוני (5-30 מיקרון) וארוך (30-1000 מיקרון). אורכי גל המשמשים בטלקומוניקציה מחולקים לרצועות נפרדות בשל המגבלות של גלאים, מגברים ומקורות.

הסימון הכללי מוצדק על ידי תגובות אנושיות לקרני אינפרא אדום. אזור האינפרא אדום הקרוב הוא הקרוב ביותר לאורך הגל הנראה לעין האנושית. קרינת אינפרא אדום בינונית ורחוקה מתרחקת בהדרגה מהחלק הגלוי של הספקטרום. הגדרות אחרות עוקבות אחר מנגנונים פיזיקליים שונים (כגון פסגות פליטה וספיגת מים), והחדשות ביותר מבוססות על רגישות הגלאים המשמשים. לדוגמה, חיישני סיליקון קונבנציונליים רגישים באזור של כ-1050 ננומטר, ואינדיום-גליום ארסניד - בטווח שבין 950 ננומטר ל-1700 ו-2200 ננומטר.

גבול ברור בין אינפרא אדום לאור נראה אינו מוגדר. העין האנושית פחות רגישה משמעותית לאור אדום העולה על 700 ננומטר, אולם ניתן לראות אור עז (לייזר) עד כ-780 ננומטר. תחילתו של טווח ה-IR מוגדר באופן שונה בתקנים שונים - איפשהו בין הערכים הללו. בדרך כלל זה 750 ננומטר. לכן, קרני אינפרא אדום גלויות אפשריות בטווח של 750-780 ננומטר.

ייעודים במערכות תקשורת

תקשורת אופטית באזור האינפרא אדום הקרוב מחולקת מבחינה טכנית למספר פסי תדרים. הסיבה לכך היא חומרים סופגים ומשדרים שונים (סיבים) וגלאים. אלו כוללים:

• O-band 1.260-1.360 ננומטר.
• פס אלקטרוני 1.360-1.460 ננומטר.
• S-band 1.460-1.530 ננומטר.
• פס C 1.530-1.565 ננומטר.
• פס L 1.565-1.625 ננומטר.
• U-band 1.625-1.675 ננומטר.

תרמוגרפיה

תרמוגרפיה, או הדמיה תרמית, היא סוג של הדמיה אינפרא אדום של עצמים. מכיוון שכל הגופים מקרינים בטווח ה-IR, ועוצמת הקרינה עולה עם הטמפרטורה, ניתן להשתמש במצלמות מיוחדות עם חיישני IR כדי לזהות אותה ולצלם. במקרה של עצמים חמים מאוד באזור האינפרא אדום הקרוב או הנראה, טכניקה זו נקראת פירומטריה.

התרמוגרפיה אינה תלויה בהארת האור הנראה. לכן אפשר "לראות" את הסביבה גם בחושך. בפרט, עצמים חמים, כולל בני אדם וחיות דם חם, בולטים היטב על רקע קר יותר. צילום אינפרא אדום של נוף משפר את העיבוד של אובייקטים בהתבסס על תפוקת החום שלהם: שמיים כחולים ומים נראים כמעט שחורים, בעוד שעלווה ירוקה ועור נראים בהירים.

מבחינה היסטורית, תרמוגרפיה הייתה בשימוש נרחב על ידי הצבא ושירותי הביטחון. בנוסף, הוא מוצא שימושים רבים אחרים. לדוגמה, כבאים משתמשים בו כדי לראות מבעד לעשן, למצוא אנשים ולאתר נקודות חמות בזמן שריפה. תרמוגרפיה יכולה לחשוף גדילה לא תקינה של רקמות ופגמים במערכות ובמעגלים אלקטרוניים עקב ייצור החום המוגבר שלהם. חשמלאים המתחזקים קווי חשמל יכולים לזהות חיבורים וחלקים שהתחממו יתר על המידה, המעידים על תקלה, ולבטל סכנות אפשריות. כאשר בידוד תרמי נכשל, אנשי מקצוע בתחום הבנייה יכולים לראות דליפות חום ולשפר את היעילות של מערכות קירור או חימום. בחלק מכלי רכב יוקרתיים, מותקנים צילומי תמונות תרמיות כדי לסייע לנהג. הדמיה תרמוגרפית יכולה לשמש כדי לנטר תגובות פיזיולוגיות מסוימות בבני אדם ובבעלי חיים בעלי דם חם.

המראה ודרך הפעולה של מצלמה תרמית מודרנית אינם שונים מאלה של מצלמת וידאו קונבנציונלית. היכולת לראות באינפרא אדום היא תכונה כל כך שימושית שהיכולת להקליט תמונות היא לרוב אופציונלית ולא תמיד מקליט זמין.

תמונות אחרות

בצילום IR, הטווח הקרוב לאינפרא אדום נקלט באמצעות מסננים מיוחדים. מצלמות דיגיטליות נוטות לחסום קרינת IR. עם זאת, מצלמות זולות שאין להן מסננים מתאימים מסוגלות "לראות" בטווח הקרוב ל-IR. במקרה זה, אור בלתי נראה בדרך כלל נראה לבן בוהק. הדבר בולט במיוחד בעת צילום ליד עצמים אינפרא אדום מוארים (כגון מנורות), כאשר הרעש שנוצר גורם לתמונה לדהות.

ראוי להזכיר גם הדמיית T-beam, שהיא הדמיה בטווח הטרה-הרץ הרחוק. היעדר מקורות בהירים הופך את התמונות הללו לקשות יותר מבחינה טכנית מרוב טכניקות הדמיה IR אחרות.

לדים ולייזרים

מקורות מעשה ידי אדם לקרינה אינפרא אדומה כוללים, בנוסף לחפצים חמים, נורות לד ולייזרים. הראשונים הם מכשירים אופטו-אלקטרוניים קטנים ולא יקרים העשויים מחומרים מוליכים למחצה כמו גליום ארסניד. הם משמשים כמבודדים אופטיים וכמקורות אור בחלק ממערכות תקשורת סיבים אופטיים. לייזרים IR חזקים שאובים אופטית פועלים על בסיס פחמן דו חמצני ופחמן חד חמצני. הם משמשים כדי ליזום ולשנות תגובות כימיות והפרדת איזוטופים. בנוסף, הם משמשים במערכות לידר לקביעת המרחק לאובייקט. כמו כן, נעשה שימוש במקורות של קרינת אינפרא אדום במדדי טווח של מצלמות אוטומטיות למיקוד עצמי, אזעקות פריצה ומכשירי ראיית לילה אופטיים.

מקלטי IR

גלאי IR כוללים התקנים רגישים לתרמיים כגון גלאי צמד תרמי, בולומטרים (חלקם מקוררים עד קרוב לאפס מוחלט כדי להפחית הפרעות מהגלאי עצמו), תאים פוטו-וולטאיים ופוטו-מוליכים. האחרונים עשויים מחומרים מוליכים למחצה (למשל סיליקון ועופרת גופרית), שמוליכותם החשמלית עולה בחשיפה לקרני אינפרא אדום.

הַסָקָה

קרינת אינפרא אדום משמשת לחימום - למשל, חימום סאונות והסרת הקרח של כנפי מטוסים. בנוסף, הוא משמש יותר ויותר להמסת אספלט במהלך סלילת כבישים חדשים או תיקון אזורים פגומים. ניתן להשתמש בקרינת IR בבישול וחימום מזון.

חיבור

אורכי גל IR משמשים להעברת נתונים למרחקים קצרים, כגון בין ציוד היקפי למחשב ועוזרים דיגיטליים אישיים. מכשירים אלו בדרך כלל עומדים בתקני IrDA.

תקשורת IR משמשת בדרך כלל בתוך הבית באזורים עם צפיפות אוכלוסין גבוהה. זוהי הדרך הנפוצה ביותר לשלוט במכשירים מרחוק. התכונות של קרני אינפרא אדום אינן מאפשרות להן לחדור לקירות, ולכן הן אינן מקיימות אינטראקציה עם מכשירי חשמל בחדרים סמוכים. בנוסף, לייזרים IR משמשים כמקורות אור במערכות תקשורת סיבים אופטיים.

ספקטרוסקופיה

ספקטרוסקופיה של קרינה אינפרא אדום היא טכנולוגיה המשמשת לקביעת המבנים וההרכבים של תרכובות אורגניות (בעיקר) על ידי בחינת העברת קרינת אינפרא אדום דרך דגימות. הוא מבוסס על התכונות של חומרים לקלוט חלק מהתדרים שלו, התלויים במתיחה ובכיפוף בתוך המולקולות של הדגימה.

מאפייני הקליטה והפליטה באינפרא אדום של מולקולות וחומרים מספקים מידע חשוב על הגודל, הצורה והקשר הכימי של מולקולות, אטומים ויונים במוצקים. האנרגיות של סיבוב ורטט מקומתות בכל המערכות. קרינת IR של אנרגיה hν, הנפלטת או נספגת על ידי מולקולה או חומר נתון, היא מדד להפרש של כמה מצבי אנרגיה פנימיים. הם, בתורם, נקבעים על ידי משקל אטומי וקשרים מולקולריים. מסיבה זו, ספקטרוסקופיה אינפרא אדום היא כלי רב עוצמה לקביעת המבנה הפנימי של מולקולות וחומרים, או, כאשר מידע כזה כבר ידוע ומסומן בטבלה, כמויותיהם. טכניקות ספקטרוסקופיה אינפראולוגיות משמשות לעתים קרובות כדי לקבוע את ההרכב, ולפיכך את מקורם וגילם, של דגימות ארכיאולוגיות, כמו גם כדי לזהות זיופים של אמנות ופריטים אחרים, כאשר צופים באור גלוי, דומים למקורות.

היתרונות והנזקים של קרני אינפרא אדום

קרינה אינפרא אדום גלית ארוכה משמשת ברפואה למטרות:

• נורמליזציה של לחץ הדם על ידי גירוי זרימת הדם;
• ניקוי הגוף ממלחים של מתכות כבדות ורעלים;
• לשפר את זרימת הדם של המוח והזיכרון;
• נורמליזציה של רמות הורמונליות;
• שמירה על איזון מים-מלח;
• הגבלת התפשטות פטריות וחיידקים;
• הַרדָמָה;
• להקל על דלקת;
• חיזוק חסינות.

יחד עם זאת, קרינה אינפרא אדומה עלולה להזיק במקרה של מחלות מוגלתיות חריפות, דימומים, דלקות חריפות, מחלות דם וגידולים ממאירים. חשיפה ממושכת בלתי מבוקרת מובילה לאדמומיות של העור, כוויות, דרמטיטיס, מכת חום. קרני אינפרא אדום עם גלים קצרים מסוכנות לעיניים - עלולים להתפתח פוטופוביה, קטרקט ולקות ראייה. לכן, יש להשתמש רק במקורות של קרינה ארוכת גלים לחימום.

קרינת אינפרא אדומה היא החלק של ספקטרום קרינת השמש שנמצא בסמוך ישירות לחלק האדום של הספקטרום הנראה לעין. העין האנושית אינה מסוגלת לראות באזור זה של הספקטרום, אך אנו יכולים להרגיש את הקרינה הזו כחום.

לקרינה אינפרא אדומה שני מאפיינים חשובים: אורך הגל (תדירות) הקרינה ועוצמת הקרינה. בהתאם לאורך הגל, נבדלים שלושה אזורים של קרינת אינפרא אדום: קרוב (0.75-1.5 מיקרומטר), אמצעי (1.5 - 5.6 מיקרון) ורחוק (5.6-100 מיקרון). בהתחשב במאפיינים הפיזיולוגיים של אדם, הרפואה המודרנית מחלקת את אזור האינפרא אדום של ספקטרום הקרינה ל-3 טווחים:

• אורך גל 0.75-1.5 מיקרון - קרינה חודרת לעומק עור האדם (טווח IR-A);
• אורך גל 1.5-5 מיקרון - קרינה הנספגת על ידי האפידרמיס ושכבת רקמת החיבור של העור, טווח IR-B);
• אורך גל יותר מ-5 מיקרון - קרינה הנספגת על פני העור (טווח IR-C). יתרה מכך, החדירה הגדולה ביותר נצפית בטווח שבין 0.75 ל-3 מיקרון וטווח זה נקרא "חלון השקיפות הטיפולית".

איור 1 (מקור - Journal of Biomedical Optics 12(4), 044012 יולי/אוגוסט 2007) מציג את ספקטרום הקליטה של ​​קרינת IR עבור מים ורקמות של איברים אנושיים בהתאם לאורך הגל. יש לציין כי רקמת גוף האדם מורכבת מ-98% מים ועובדה זו מסבירה את הדמיון בין מאפייני הספיגה של קרינת אינפרא אדום באזור הספקטרלי של 1.5-10 מיקרון.

אם ניקח בחשבון את העובדה שהמים עצמם סופגים באופן אינטנסיבי קרינת אינפרא אדום בטווח של 1.5-10 מיקרון עם פסגות באורכי גל של 2.93, 4.7 ו-6.2 מיקרון (Yukhnevich G.V. Infrared spectroscopy of water, M, 1973), אז היעיל ביותר לתהליכי חימום וייבוש יש להתייחס לפולטות IR הפולטות בספקטרום האינפרא אדום האמצעי והרחוק עם שיא עוצמת הקרינה בטווח אורכי גל של 1.5-6.5 מיקרומטר.

כמות האנרגיה הכוללת הנפלטת ליחידת זמן על ידי יחידה של המשטח המקרין נקראת הפליטה של ​​פולט ה-IR E, W/m². אנרגיית הקרינה תלויה באורך הגל λ ובטמפרטורת המשטח המקרין והיא מאפיין אינטגרלי, שכן היא לוקחת בחשבון את אנרגיית הקרינה של כל אורכי הגל. הפליטה, המתייחסת למרווח אורך הגל dλ, נקראת עוצמת הקרינה I, W / (m² ∙ μm).

אינטגרציה של ביטוי (1) מאפשרת לקבוע את הפליטה (אנרגיית קרינה משולבת ספציפית) בהתבסס על ספקטרום עוצמת הקרינה שנקבע בניסוי בטווח אורך הגל מ-λ1 עד λ2:

איור 2 מציג את ספקטרום עוצמת הקרינה של פולטי IR NOMACON™ IKN-101, המתקבלים בהספק חשמלי נומינלי שונה של הפולט 1000 W, 650 W, 400 W ו-250 W.

עם עלייה בעוצמת הפולט ובהתאם גם טמפרטורת המשטח הפולט, עוצמת הקרינה עולה, וספקטרום הקרינה עובר לאזור של אורכי גל קצרים יותר (חוק העקירה של ויאן). במקרה זה, שיא עוצמת הקרינה (85-90% מהספקטרום) נופל בטווח אורך הגל של 1.5-6 מיקרומטר, המתאים לפיזיקה האופטימלית של תהליך החימום והייבוש באינפרא אדום למקרה זה.

עוצמת הקרינה האינפרא-אדום ובהתאם לכך האנרגיה הספציפית של הקרינה יורדת עם הגדלת המרחק ממקור הקרינה. איור 3 מציג את עקומות השינויים באנרגיית הקרינה הספציפית של רדיאטורים קרמיים NOMACON™ IKN-101 בהתאם למרחק בין המשטח המקרין לנקודת המדידה לאורך הנורמלי למשטח המקרין. המדידות בוצעו עם רדיומטר סלקטיבי בטווח אורכי גל של 1.5-8 מיקרומטר, ולאחר מכן שילוב של ספקטרום עוצמת הקרינה. כפי שניתן לראות מהגרף, אנרגיית הקרינה הספציפית E, W/m² יורדת הפוך למרחק L, m ממקור הקרינה.

האור הוא המפתח לקיומם של אורגניזמים חיים על פני כדור הארץ. ישנם מספר עצום של תהליכים שיכולים להתרחש עקב השפעת קרינת אינפרא אדום. בנוסף, הוא משמש למטרות רפואיות. מאז המאה ה-20, טיפול באור הפך למרכיב משמעותי ברפואה המסורתית.

תכונות של קרינה

פוטותרפיה הוא מדור מיוחד בפיזיותרפיה החוקר את ההשפעות של גל אור על גוף האדם. צוין כי לגלים יש טווח שונה, ולכן הם משפיעים על גוף האדם בדרכים שונות. חשוב לציין שלקרינה יש את עומק החדירה הגדול ביותר. לגבי אפקט פני השטח, אולטרה סגול יש את זה.

לספקטרום האינפרא אדום (ספקטרום הקרינה) יש אורך גל מתאים, כלומר 780 ננומטר. עד 10000 ננומטר. באשר לפיזיותרפיה, אורך גל משמש לטיפול באדם, שנע בספקטרום מ-780 ננומטר. עד 1400 ננומטר. טווח זה של קרינת אינפרא אדום נחשב לנורמה לטיפול. במילים פשוטות, מוחל אורך הגל המתאים, כלומר קצר יותר, המסוגל לחדור שלושה סנטימטרים לתוך העור. בנוסף, נלקחת בחשבון האנרגיה המיוחדת של הקוונטים, תדירות הקרינה.

על פי מחקרים רבים, נמצא שאור, גלי רדיו, קרני אינפרא אדום, הם מאותו אופי, שכן מדובר בסוגים של גלים אלקטרומגנטיים המקיפים אנשים בכל מקום. גלים אלה מפעילים טלוויזיות, טלפונים ניידים ומכשירי רדיו. במילים פשוטות, גלים מאפשרים לאדם לראות את העולם סביבם.

לספקטרום האינפרא אדום יש תדר מקביל, שאורך הגל שלו הוא 7-14 מיקרון, בעל השפעה ייחודית על גוף האדם. חלק זה של הספקטרום מתאים לקרינה של גוף האדם.

באשר לאובייקטים של הקוונטים, למולקולות אין את היכולת להתנודד באופן שרירותי. לכל מולקולה קוונטית יש סט מסוים של אנרגיה, תדרי קרינה, שנאגרים ברגע התנודה. עם זאת, יש לקחת בחשבון שמולקולות האוויר מצוידות במערך נרחב של תדרים כאלה, כך שהאטמוספירה מסוגלת לספוג קרינה במגוון ספקטרום.

מקורות קרינה

השמש היא המקור העיקרי ל-IR.

בזכותו ניתן לחמם חפצים לטמפרטורה מסוימת. כתוצאה מכך, אנרגיה תרמית נפלטת בספקטרום של גלים אלה. ואז האנרגיה מגיעה לחפצים. תהליך העברת האנרגיה התרמית מתבצע מחפצים בעלי טמפרטורה גבוהה לנמוכה יותר. במצב זה, לאובייקטים תכונות קרינה שונות התלויות במספר גופים.

מקורות של קרינת אינפרא אדום נמצאים בכל מקום, מצוידים באלמנטים כגון נוריות LED. כל הטלוויזיות המודרניות מצוידות בשלט רחוק, שכן היא פועלת בתדר המתאים של ספקטרום האינפרא אדום. הם כוללים נוריות LED. ניתן לראות מקורות שונים לקרינת אינפרא אדום בייצור תעשייתי, למשל: בייבוש משטחי צבע.

הנציג הבולט ביותר של מקור מלאכותי ברוסיה היה תנורים רוסיים. כמעט כל האנשים חוו את ההשפעה של תנור כזה, וגם העריכו את היתרונות שלו. לכן ניתן להרגיש קרינה כזו מתנור מחומם או רדיאטור חימום. כיום, תנורי אינפרא אדום פופולריים מאוד. יש להם רשימה של יתרונות בהשוואה לאפשרות ההסעה, שכן הם חסכוניים יותר.

ערך מקדם

בספקטרום האינפרא אדום, ישנם מספר סוגים של המקדם, כלומר:

• קְרִינָה;
• מקדם השתקפות;
• יחס תפוקה.

אז, הפליטה היא היכולת של עצמים להקרין את תדירות הקרינה, כמו גם את האנרגיה של הקוונטים. עשוי להשתנות בהתאם לחומר ותכונותיו, כמו גם לטמפרטורה. למקדם יש ריפוי מקסימלי כזה = 1, אבל במצב אמיתי הוא תמיד פחות. באשר ליכולת הנמוכה של קרינה, אז הוא ניחן באלמנטים בעלי משטח מבריק, כמו גם מתכות. המקדם תלוי במחווני טמפרטורה.

מקדם ההחזר נותן אינדיקציה ליכולת החומרים לשקף את תדירות הבדיקות. תלוי בסוג החומרים, המאפיינים ומחווני הטמפרטורה. בעיקרון, השתקפות קיימת על משטחים מלוטשים וחלקים.

שידור מודד את יכולתם של עצמים להוביל קרינה אינפרא אדומה דרכו. מקדם כזה תלוי ישירות בעובי ובסוג החומר. חשוב לציין שלרוב החומרים אין גורם כזה.

שימוש ברפואה

טיפול באור אינפרא אדום הפך פופולרי למדי ב עולם מודרני. השימוש בקרינת אינפרא אדום ברפואה נובע מכך שלטכניקה יש סגולות ריפוי. בשל כך, יש השפעה מועילה על גוף האדם. השפעה תרמית יוצרת גוף ברקמות, מחדשת רקמות ומעוררת תיקון, מאיצה תגובות פיזיקוכימיות.

בנוסף, הגוף חווה שיפורים משמעותיים, כאשר התהליכים הבאים מתרחשים:

• האצת זרימת הדם;
• הרחבת כלי דם;
• ייצור של חומרים פעילים ביולוגית;
• הרפיית שרירים;
• מצב רוח נהדר;
• מצב נוח;
• חלום טוב;
• הפחתת לחץ;
• הסרת עומס יתר פיזי, פסיכו-רגשי וכן הלאה.

ההשפעה הנראית לעין של הטיפול מתרחשת תוך מספר הליכים. בנוסף לפונקציות המצוינות, לספקטרום האינפרא אדום יש השפעה אנטי דלקתית על גוף האדם, מסייע להילחם בזיהום, ממריץ ומחזק את המערכת החיסונית.

לטיפול כזה ברפואה יש את התכונות הבאות:

• ביולוגיסטימולציה;
• אנטי דלקתי;
• ניקוי רעלים;
• זרימת דם משופרת;
• התעוררות של הפונקציות המשניות של הגוף.

לקרינת אור אינפרא אדום, או ליתר דיוק לטיפול בה, יש יתרון גלוי לגוף האדם.

טכניקות טיפוליות

הטיפול הוא משני סוגים, כלומר - כללי, מקומי. בכל הנוגע לחשיפה מקומית, הטיפול מתבצע בחלק מסוים בגופו של המטופל. במהלך הטיפול הכללי, השימוש בטיפול באור מיועד לכל הגוף.

ההליך מתבצע פעמיים ביום, משך הפגישה נע בין 15-30 דקות. קורס הטיפול הכללי מכיל לפחות חמישה עד עשרים פרוצדורות. ודא שיש לך הגנת אינפרא אדום עבור אזור הפנים מוכן. משקפיים מיוחדים, צמר גפן או רפידות קרטון מיועדות לעיניים. לאחר הפגישה, העור מכוסה באדמית, כלומר, אדמומיות עם גבולות מטושטשים. האריתמה נעלמת שעה לאחר ההליך.

אינדיקציות והתוויות נגד לטיפול

ל-IC יש את האינדיקציות העיקריות לשימוש ברפואה:

• מחלות של איברי אף אוזן גרון;
• נוירלגיה ודלקת עצבים;
• מחלות המשפיעות על מערכת השרירים והשלד;
• פתולוגיה של העיניים והמפרקים;
• תהליכים דלקתיים;
• פצעים;
• כוויות, כיבים, דרמטוזות וצלקות;
• אסטמה של הסימפונות;
• דַלֶקֶת שַׁלפּוּחִית הַשֶׁתֶן;
• אורוליתיאזיס;
• אוסטאוכונדרוזיס;
• דלקת כיס המרה ללא אבנים;
• דַלֶקֶת פּרָקִים;
• gastroduodenitis בצורה כרונית;
• דלקת ריאות.

לטיפול קל יש תוצאות חיוביות. בנוסף להשפעה הטיפולית, IR יכול להיות מסוכן לגוף האדם. זאת בשל העובדה כי יש התוויות נגד מסוימות, לא להתבונן אשר יכול להזיק לבריאות.

אם יש את המחלות הבאות, אז טיפול כזה יהיה מזיק:

• תקופת ההריון;
• מחלות דם;
• אי סובלנות אינדיבידואלית;
• מחלות כרוניות בשלב החריף;
• תהליכים מוגלתיים;
• שחפת פעילה;
• נטייה לדימום;
• ניאופלזמות.

יש לקחת בחשבון התוויות נגד אלה כדי לא לפגוע בבריאות שלך. עוצמת קרינה גבוהה מדי עלולה לגרום לנזק רב.

באשר לפגיעה של IR ברפואה ובעבודה, עלולה להיווצר כוויה ואדמומיות קשה של העור. במקרים מסוימים, אנשים פיתחו גידולים בפנים, שכן הם היו במגע עם קרינה זו במשך זמן רב. נזק משמעותי מקרינת אינפרא אדום עלול לגרום לדרמטיטיס, ויש גם מכת חום.

קרני אינפרא אדום מסוכנות למדי לעיניים, במיוחד בטווח של עד 1.5 מיקרון. לחשיפה ממושכת יש נזק משמעותי, שכן מופיעות פוטופוביה, קטרקט, בעיות ראייה. השפעה ארוכת טווח של IR מסוכנת מאוד לא רק עבור אנשים, אלא עבור צמחים. באמצעות מכשירים אופטיים, אתה יכול לנסות לתקן את הבעיה עם הראייה.

השפעה על צמחים

כולם יודעים של-IR יש השפעה מועילה על הצמיחה וההתפתחות של צמחים. לדוגמה, אם אתה מצייד חממה בתנור אינפרא אדום, אתה יכול לראות תוצאה מהממת. החימום מתבצע בספקטרום האינפרא אדום, שבו נצפה תדר מסוים, והגל שווה ל-50,000 ננומטר. עד 2,000,000 ננומטר.

ישנן עובדות מעניינות למדי לפיהן ניתן לגלות שכל הצמחים, היצורים החיים, מושפעים מאור השמש. לקרינת השמש יש טווח ספציפי, המורכב מ-290 ננומטר. - 3000 ננומטר. במילים פשוטות, אנרגיה קורנת ממלאת תפקיד חשוב בחייו של כל צמח.

בהינתן עובדות מעניינות ואינפורמטיביות, ניתן לקבוע שצמחים זקוקים לאור ואנרגיה סולארית, שכן הם אחראים ליצירת כלורופיל וכלורופלסטים. מהירות האור משפיעה על מתיחה, מקור התאים ותהליכי גדילה, עיתוי הפירות והפריחה.

הפרטים של תנור המיקרוגל

תנורי מיקרוגל ביתיים מצוידים במיקרוגלים הנמוכים מעט מקרני גמא ורנטגן. תנורים כאלה מסוגלים לעורר אפקט מייננן המהווה סכנה לבריאות האדם. גלי מיקרו ממוקמים בפער בין אינפרא אדום לגלי רדיו, ולכן תנורים כאלה אינם יכולים ליינן מולקולות, אטומים. תנורי מיקרוגל פונקציונליים אינם משפיעים על אנשים, מכיוון שהם נספגים במזון ומייצרים חום.

תנורי מיקרוגל אינם יכולים לפלוט חלקיקים רדיואקטיביים, ולכן אין להם השפעה רדיואקטיבית על מזון ואורגניזמים חיים. לכן אל תדאג שתנורי מיקרוגל עלולים להזיק לבריאות שלך!

ויליאם הרשל הבחין לראשונה שמעבר לקצה האדום של ספקטרום השמש המתקבל באמצעות מנסרה, יש קרינה בלתי נראית שגורמת למדחום להתחמם. קרינה זו נקראה מאוחר יותר תרמית או אינפרא אדום.

קרינת אינפרא אדום קרובה דומה מאוד לאור הנראה ומתגלה על ידי אותם מכשירים. ב-IR האמצעי והרחוק משתמשים בבולוממטרים לציון שינויים.

בטווח ה-IR האמצעי, כדור הארץ כולו וכל העצמים עליו, אפילו קרח, זורחים. בשל כך, כדור הארץ אינו מתחמם יתר על המידה על ידי חום השמש. אבל לא כל קרינת אינפרא אדום עוברת דרך האטמוספירה. יש רק חלונות בודדים של שקיפות, שאר הקרינה נספגת בפחמן דו חמצני, אדי מים, מתאן, אוזון וגזי חממה אחרים שמונעים מכדור הארץ להתקרר במהירות.

עקב קליטה באטמוספירה וקרינה תרמית של עצמים, טלסקופים אינפרא אדום בינוני ורחוק נלקחים לחלל ומתקררים לטמפרטורת חנקן נוזלי או אפילו הליום.

טווח האינפרא אדום הוא אחד המעניינים ביותר עבור אסטרונומים. הוא זורח באבק קוסמי, שחשוב להיווצרות כוכבים ולהתפתחות הגלקסיות. קרינת IR עוברת דרך ענני אבק קוסמי טוב יותר מקרינה נראית ומאפשרת לראות עצמים שאינם נגישים לתצפית בחלקים אחרים של הספקטרום.

מקורות

קטע של אחד מהשדות העמוקים של האבל. בשנת 1995, טלסקופ חלל צבר אור שהגיע מחלק אחד של השמים במשך 10 ימים. זה איפשר לראות גלקסיות חלשות ביותר, שהמרחק אליהן הוא עד 13 מיליארד שנות אור (פחות ממיליארד שנים מהמפץ הגדול). האור הנראה מאובייקטים מרוחקים כל כך חווה הסטה לאדום משמעותית והופך לאינפרא אדום.

התצפיות בוצעו באזור רחוק ממישור הגלקסיה, שבו נראים מעט כוכבים יחסית. לכן, רוב העצמים הרשומים הם גלקסיות בשלבי אבולוציה שונים.

הגלקסיה הספירלית הענקית, המכונה גם M104, ממוקמת בצביר הגלקסיות בקבוצת הכוכבים בתולה והיא נראית לנו כמעט בקצה. יש לו בליטה מרכזית ענקית (עיבוי כדורי במרכז הגלקסיה) והוא מכיל כ-800 מיליארד כוכבים - פי 2-3 משביל החלב.

במרכז הגלקסיה נמצא חור שחור סופר מסיבי בעל מסה של כמיליארד מסות שמש. זה נקבע לפי מהירויות הכוכבים ליד מרכז הגלקסיה. באינפרא אדום, טבעת של גז ואבק נראית בבירור בגלקסיה, שבה כוכבים נולדים באופן פעיל.

מקלטים

קוטר המראה הראשית 85 ס"מעשוי בריליום ומקורר לטמפרטורה של 5.5 לכדי להפחית את קרינת האינפרה האדומה של המראה עצמה.

הטלסקופ שוגר באוגוסט 2003 במסגרת התוכנית ארבעה מצפי כוכבים גדולים של נאס"אלְרַבּוֹת:

• מצפה הכוכבים של קומפטון גמא (1991–2000, 20 keV-30 GeV), ראה שמיים 100 MeV קרני גמא,
• מצפה רנטגן "צ'נדרה" (1999, 100 eV-10 keV),
• טלסקופ החלל האבל (1990, 100–2100 נ"מ),
• טלסקופ אינפרא אדום שפיצר (2003, 3–180 מיקרון).

צפוי שאורך חייו של טלסקופ שפיצר יהיה כ-5 שנים. הטלסקופ קיבל את שמו לכבודו של האסטרופיזיקאי לימן שפיצר (1914-97), שב-1946, הרבה לפני שיגור הלוויין הראשון, פרסם את המאמר "יתרונות לאסטרונומיה של מצפה כוכבים מחוץ לכדור הארץ", וכעבור 30 שנה שכנע את נאס"א. והקונגרס האמריקני להתחיל בפיתוח טלסקופ חלל "האבל.

סקרי שמיים

ליד שמים אינפרא אדום 1-4 מיקרוןובטווח האינפרא אדום האמצעי 25 מיקרון(COBE/DIRBE)

בטווח האינפרה-אדום הקרוב, הגלקסי נראה אפילו יותר בבירור מאשר בגלוי.

אבל בטווח ה-IR האמצעי, הגלקסי בקושי נראה. התצפיות מפריעות מאוד על ידי אבק במערכת השמש. הוא ממוקם לאורך מישור האקליפטיקה, הנוטה למישור הגלקסיה בזווית של כ-50 מעלות.

שני הסקרים הושגו על ידי מכשיר ה-DIRBE (ניסוי רקע אינפרא אדום מפוזר) על סיפון הלוויין COBE (קוסמי רקע סייר). ניסוי זה, שהחל ב-1989, יצר מפות בהירות שמים אינפרא אדום מלאות שנעו בין 1.25 ל-240 מיקרון.

יישום Earth

המכשיר מבוסס על ממיר אלקטרוני-אופטי (IOC), המאפשר להגביר באופן משמעותי (מפי 100 עד 50 אלף) אור נראה חלש או אינפרא אדום.

העדשה יוצרת תמונה על הפוטוקטודה, שממנה, כמו במקרה של PMT, נפלטים אלקטרונים. אז הם מואצים על ידי מתח גבוה (10-20 kV), ממוקדים על ידי אופטיקה אלקטרונית (שדה אלקטרומגנטי בתצורה שנבחרה במיוחד) ונופלים על מסך פלורסנט בדומה לטלוויזיה. על זה, התמונה נראית דרך העיניות.

תאוצת הפוטואלקטרונים מאפשרת בתנאי תאורה חלשים להשתמש ממש בכל קוונטי אור כדי לקבל תמונה, אולם בחושך מוחלט נדרשת תאורה. כדי לא למסור נוכחות של משקיף, זרקור קרוב ל-IR (760-3000 נ"מ).

ישנם גם מכשירים הלוכדים את הקרינה התרמית של עצמים בטווח ה-IR האמצעי (8-14 מיקרון). מכשירים כאלה נקראים תמונות תרמיות, הם מאפשרים לך להבחין באדם, בעל חיים או מנוע מחומם בשל הניגודיות התרמית שלהם עם הרקע שמסביב.

כל האנרגיה הנצרכת על ידי דוד חשמלי מומרת בסופו של דבר לחום. חלק ניכר מהחום נישא באוויר שבא במגע עם המשטח החם, מתרחב ועולה, כך שבעיקר התקרה מחוממת.

כדי להימנע מכך, תנורי חימום מצוידים במאווררים המכוונים אוויר חם, למשל, לרגליים של אדם ועוזרים לערבב את האוויר בחדר. אבל יש דרך נוספת להעביר חום לחפצים שמסביב: קרינת האינפרא אדום של המחמם. הוא חזק יותר, ככל שהמשטח חם יותר והשטח שלו גדול יותר.

כדי להגדיל את השטח, רדיאטורים עשויים שטוח. עם זאת, טמפרטורת פני השטח לא יכולה להיות גבוהה. בדגמים אחרים של תנורי חימום משתמשים בספירלה מחוממת לכמה מאות מעלות (חום אדום) ורפלקטור מתכת קעור היוצר זרם מכוון של קרינת אינפרא אדום.