A vedea lumea prin ochii unui creveți mantis: aproape infraroșu. Radiația infraroșie - influență și aplicare

Radiația infraroșie este partea din spectrul radiației solare care este direct adiacentă părții roșii a spectrului vizibil. Ochiul uman nu poate vedea în această regiune a spectrului, dar putem simți această radiație ca căldură.

Radiația infraroșie are două caracteristici importante: lungimea de undă (frecvența) radiației și intensitatea radiației. În funcție de lungimea de undă, se disting trei regiuni Radiatii infrarosii: aproape (0,75-1,5 microni), mijloc (1,5 - 5,6 microni) și departe (5,6-100 microni). Luand in considerare caracteristici fiziologice medicina umană modernă împarte regiunea infraroșie a spectrului de radiații în 3 intervale:

• lungime de undă 0,75-1,5 microni - radiație care pătrunde adânc în pielea umană (gama IR-A);
• lungime de undă 1,5-5 microni - radiație absorbită de epidermă și stratul de țesut conjunctiv al pielii, gama IR-B);
• lungime de undă mai mare de 5 microni - radiație absorbită pe suprafața pielii (gama IR-C). Mai mult, cea mai mare penetrare se observă în intervalul de la 0,75 la 3 microni și acest interval se numește „fereastră de transparență terapeutică”.

Figura 1 (sursa - Journal of Biomedical Optics 12(4), 044012 iulie/august 2007) prezintă spectrele de absorbție ale radiației IR pentru apă și țesutul organelor umane în funcție de lungimea de undă. Se observă că țesutul corpului uman este format din 98% apă și acest fapt explică asemănarea caracteristicilor de absorbție ale radiației infraroșii în regiunea spectrală de 1,5-10 microni.

Dacă luăm în considerare faptul că apa însăși absoarbe intens radiația infraroșie în intervalul de 1,5-10 microni cu vârfuri la lungimi de undă de 2,93, 4,7 și 6,2 microni (Yukhnevich G.V. Spectroscopie în infraroșu a apei, M, 1973), atunci cea mai eficientă pentru procesele de încălzire și uscare trebuie luați în considerare emițătorii IR care emit în spectrul infraroșu mediu și îndepărtat cu o intensitate maximă a radiației în intervalul de lungimi de undă de 1,5-6,5 μm.

Cantitatea totală de energie emisă pe unitatea de timp de o unitate de suprafață radiantă se numește emisivitatea emițătorului IR E, W / m². Energia radiației depinde de lungimea de undă λ și de temperatura suprafeței radiante și este o caracteristică integrală, deoarece ia în considerare energia de radiație a tuturor lungimilor de undă. Emisivitatea, raportată la intervalul de lungime de undă dλ, se numește intensitatea radiației I, W / (m² ∙ μm).

Integrarea expresiei (1) face posibilă determinarea emisivității (energie specifică de radiație integrată) pe baza spectrului de intensitate a radiației determinat experimental în intervalul de lungimi de undă de la λ1 la λ2:

Figura 2 prezintă spectrele de intensitate a radiației ale emițătorilor IR NOMACON™ IKN-101, obținute la putere electrică nominală diferită a emițătorului 1000 W, 650 W, 400 W și 250 W.

Odată cu creșterea puterii emițătorului și, în consecință, a temperaturii suprafeței emitente, intensitatea radiației crește, iar spectrul radiației se deplasează în regiunea cu lungimi de undă mai scurte (legea deplasării lui Wien). În același timp, vârful intensității radiației (85-90% din spectru) se încadrează în intervalul de lungimi de undă de 1,5-6 μm, ceea ce corespunde fizicii procesului care este optim pentru acest caz. încălzire cu infraroșuși uscare.

Intensitatea radiației infraroșii și, în consecință, energia specifică a radiației scade odată cu creșterea distanței de la sursa de radiație. Figura 3 prezintă curbele modificărilor energiei de radiație specifică a radiatoarelor ceramice NOMACON™ IKN-101 în funcție de distanța dintre suprafața radiantă și punctul de măsurare de-a lungul normalului la suprafața radiantă. Măsurătorile au fost efectuate cu un radiometru selectiv în intervalul de lungimi de undă de 1,5–8 µm, urmat de integrarea spectrelor de intensitate a radiației. După cum se poate observa din grafic, energia specifică de radiație E, W/m² scade invers cu distanța L, m până la sursa de radiație.

Radiația infraroșie este un tip de radiație electromagnetică care se învecinează cu partea roșie a spectrului luminii vizibile pe de o parte și cu microunde pe de altă parte. Lungime de undă - de la 0,74 la 1000-2000 micrometri. Undele infraroșii mai sunt numite și „termice”. Pe baza lungimii de undă, acestea sunt clasificate în trei grupe:

unde scurte (0,74-2,5 micrometri);

undă medie (mai lungă de 2,5, mai scurtă de 50 de micrometri);

undă lungă (mai mult de 50 de micrometri).

Surse de radiație infraroșie

Pe planeta noastră, radiațiile infraroșii nu sunt deloc neobișnuite. Aproape orice căldură este efectul expunerii la razele infraroșii. Nu contează dacă este lumina soarelui, căldura corpului nostru sau căldura care emană aparate de incalzire.

Partea infraroșie a radiației electromagnetice nu încălzește spațiul, ci direct obiectul în sine. Pe acest principiu este construită activitatea lămpilor cu infraroșu. Și Soarele încălzește Pământul în același mod.

Impact asupra organismelor vii

Pe acest moment, știința nu cunoaște fapte confirmate impact negativ razele infraroșii asupra corpului uman. Cu excepția cazului din cauza radiațiilor prea intense, membrana mucoasă a ochilor poate fi deteriorată.

Dar despre beneficii putem vorbi foarte mult timp. În 1996, oamenii de știință din SUA, Japonia și Olanda au confirmat o serie de fapte medicale pozitive. Radiație termala:

distruge unele tipuri de virus hepatitic;

inhibă și încetinește creșterea celulelor canceroase;

are capacitatea de a neutraliza câmpurile electromagnetice dăunătoare și radiațiile. Inclusiv radioactiv;

ajută diabeticii să producă insulină;

poate ajuta la distrofie;

îmbunătățirea stării corpului cu psoriazis.

Mă simt mai bine, organe interneîncepe să lucrezi mai eficient. Nutriția musculară crește, puterea crește semnificativ sistem imunitar. Fapt cunoscut că, în absența radiațiilor infraroșii, corpul îmbătrânește vizibil mai repede.

Razele infraroșii mai sunt numite și „razele vieții”. Sub influența lor s-a născut viața.

Utilizarea razelor infraroșii în viața umană

Lumina infraroșie este utilizată nu mai puțin pe scară largă decât este comună. Probabil că va fi foarte greu să găsești măcar o zonă economie nationala, unde partea infraroșu nu a găsit aplicație undele electromagnetice. Enumerăm cele mai cunoscute domenii de aplicare:

război. Orientarea focoaselor de rachetă sau a dispozitivelor de vedere pe timp de noapte sunt toate rezultatul utilizării radiației infraroșii;

termografia este utilizată pe scară largă în știință pentru a determina părțile supraîncălzite sau suprarăcite ale obiectului studiat. Imaginile în infraroșu sunt, de asemenea, utilizate pe scară largă în astronomie, împreună cu alte tipuri de unde electromagnetice;

încălzitoare de uz casnic. Spre deosebire de convectoare, astfel de dispozitive folosesc energia radiantă pentru a încălzi toate obiectele din cameră. Și mai departe, articolele de interior degajă căldură aerului din jur;

transmisie de date și control de la distanță. Da, toate telecomenzile pentru televizoare, casetofone și aparate de aer condiționat folosesc raze infraroșii;

dezinfecție în industria alimentară

medicament. Tratamentul și prevenirea multor tipuri diferite de boli.

Razele infraroșii reprezintă o parte relativ mică a radiației electromagnetice. Fiind mod natural transfer de căldură, nimeni nu se poate descurca fără el proces de viață pe planeta noastră.

Radiatii infrarosii- radiația electromagnetică, ocupând regiunea spectrală dintre capătul roșu al luminii vizibile (cu lungimea de undă de λ = 0,74 µm) și radiația cu microunde (λ ~ 1-2 mm).

Proprietățile optice ale substanțelor din radiația infraroșie diferă semnificativ de proprietățile lor în radiația vizibilă. De exemplu, un strat de apă de câțiva centimetri este opac la radiația infraroșie cu λ = 1 µm. Radiația infraroșie constituie cea mai mare parte din radiația lămpilor incandescente, lămpilor cu descărcare în gaz, aproximativ 50% din radiația Soarelui; Unele lasere emit radiații infraroșii. Pentru a-l înregistra, se folosesc receptoare termice și fotoelectrice, precum și materiale fotografice speciale.

Acum întreaga gamă de radiații infraroșii este împărțită în trei componente:

• regiunea undelor scurte: λ = 0,74-2,5 um;
• regiunea undelor medii: λ = 2,5-50 µm;
• regiunea undelor lungi: λ = 50-2000 um;

Recent, marginea lungimii de undă a acestui interval a fost distinsă într-o gamă separată, independentă de unde electromagnetice - radiații terahertzi(radiatie submilimetrica).

Radiația infraroșie este numită și radiație „termică”, deoarece radiația infraroșie de la obiectele încălzite este percepută de pielea umană ca o senzație de căldură. În acest caz, lungimile de undă emise de corp depind de temperatura de încălzire: cu cât temperatura este mai mare, cu atât lungimea de undă este mai mică și intensitatea radiației este mai mare. Spectrul de radiații al unui corp absolut negru la temperaturi relativ scăzute (până la câteva mii de Kelvin) se află în principal în acest interval. Radiația infraroșie este emisă de atomi sau ioni excitați.

Istoria descoperirii și caracteristicile generale

Radiația infraroșie a fost descoperită în 1800 de astronomul englez W. Herschel. Fiind angajat în studiul Soarelui, Herschel căuta o modalitate de a reduce încălzirea instrumentului cu care se făceau observațiile. Folosind termometre pentru a determina efectele diferitelor părți ale spectrului vizibil, Herschel a descoperit că „căldura maximă” se află în spatele culorii roșii saturate și, poate, „în spatele refracției vizibile”. Acest studiu a marcat începutul studiului radiațiilor infraroșii.

Anterior, doar corpurile incandescente sau descărcările electrice din gaze serveau ca surse de laborator de radiații infraroșii. Acum, pe baza laserelor cu stare solidă și cu gaz molecular, au fost create surse moderne de radiație infraroșie cu frecvență reglabilă sau fixă. Pentru a înregistra radiația în regiunea infraroșu apropiat (până la ~1,3 μm), sunt utilizate plăci fotografice speciale. Un domeniu de sensibilitate mai larg (până la aproximativ 25 de microni) este posedat de detectoarele fotoelectrice și fotorezistoare. Radiația în regiunea infraroșu îndepărtat este înregistrată de bolometre - detectoare sensibile la încălzirea prin radiație infraroșie.

Echipamentele IR sunt utilizate pe scară largă atât în ​​tehnologia militară (de exemplu, pentru ghidarea rachetelor), cât și în tehnologia civilă (de exemplu, în sistemele de comunicații cu fibră optică). Elementele optice din spectrometrele IR sunt fie lentile și prisme, fie rețele de difracție și oglinzi. Pentru a evita absorbția radiațiilor în aer, spectrometrele IR departe sunt fabricate într-o versiune în vid.

Deoarece spectrele infraroșu sunt asociate cu mișcările de rotație și vibrație dintr-o moleculă, precum și cu tranzițiile electronice în atomi și molecule, spectroscopia IR face posibilă obținerea Informații importante asupra structurii atomilor și moleculelor, precum și asupra structurii benzilor cristalelor.

Aplicație

Medicament

Razele infrarosii sunt folosite in fizioterapie.

Telecomandă

Diodele și fotodiodele cu infraroșu sunt utilizate pe scară largă în telecomenzi, sisteme de automatizare, sisteme de securitate, niste telefoane mobile(port infrarosu), etc. Razele infrarosii nu distrage atentia unei persoane datorita invizibilitatii lor.

Interesant este că radiația infraroșie a unei telecomenzi de uz casnic este ușor de captată folosind o cameră digitală.

La pictură

Emițătorii de infraroșu sunt utilizați în industrie pentru uscarea suprafețelor vopsea. Metoda de uscare cu infraroșu are avantaje semnificative față de metoda tradițională, prin convecție. În primul rând, acesta este, desigur, un efect economic. Viteza și energia cheltuită cu uscare cu infraroșu este mai mică decât cele cu metode tradiționale.

Sterilizarea alimentelor

Sterilizat folosind radiații infraroșii Produse alimentareîn scopul dezinfectării.

Agent anticoroziv

Razele infraroșii sunt utilizate pentru a preveni coroziunea suprafețelor lăcuite.

industria alimentară

O caracteristică a utilizării radiației infraroșii în industria alimentară este posibilitatea pătrunderii undei electromagnetice în astfel de produse capilare-poroase precum cereale, cereale, făină etc., la o adâncime de până la 7 mm. Această valoare depinde de natura suprafeței, structura, proprietățile materialului și răspunsul în frecvență al radiației. O undă electromagnetică dintr-un anumit interval de frecvență are nu numai un efect termic, ci și biologic asupra produsului, ajută la accelerarea transformărilor biochimice în polimerii biologici (amidon, proteine, lipide). Transportoarele de uscare pe benzi transportoare pot fi utilizate cu succes la depunerea cerealelor în grânare și în industria de măcinare a făinii.

În plus, radiația infraroșie este utilizată pe scară largă pentru încălzirea încăperilor și a spațiilor exterioare. Încălzitoarele cu infraroșu sunt folosite pentru a organiza încălzirea suplimentară sau principală în spații (case, apartamente, birouri etc.), precum și pentru încălzirea locală a spațiului exterior (cafenele stradale, foișoare, verande).

Dezavantajul este neuniformitatea semnificativ mai mare a încălzirii, care este complet inacceptabilă într-o serie de procese tehnologice.

Verificarea banilor pentru autenticitate

Emițătorul infraroșu este folosit în dispozitivele de verificare a banilor. Aplicate facturii ca unul dintre elementele de securitate, cernelurile metamerice speciale pot fi văzute doar în intervalul infraroșu. Detectoarele de monedă cu infraroșu sunt cele mai fără erori dispozitive pentru verificarea autenticității banilor. Aplicarea etichetelor cu infraroșu pe bancnote, spre deosebire de cele ultraviolete, este costisitoare pentru falsificatori și, prin urmare, neprofitabilă din punct de vedere economic. Prin urmare, detectoarele de bancnote cu emițător IR încorporat, astăzi, sunt cele mai multe protecţie fiabilă din falsuri.

pericol pentru sanatate

Radiația infraroșie puternică în zonele cu căldură ridicată poate fi periculoasă pentru ochi. Este cel mai periculos atunci când radiația nu este însoțită de lumină vizibilă. În astfel de locuri este necesar să purtați ochelari de protecție speciali pentru ochi.

Vezi si

Alte metode de transfer de căldură

Metode de înregistrare (înregistrare) a spectrelor IR.

Note

Legături

Traducere de Dmitri Viktorov

Abreviere: radiație IR
Definiție: radiații invizibile cu lungimi de undă de la aproximativ 750 nm până la 1 mm.

Radiatii infrarosii- aceasta este radiația cu o lungime de undă mai mare de 700 - 800 nm, limita superioară a intervalului de lungimi de undă vizibile. Această limită nu determină modul în care sensibilitatea ochiului la radiatii vizibileîn această regiune spectrală.

Chiar dacă sensibilitatea ochiului la radiațiile vizibile, de exemplu la 700 nm, este deja foarte slabă, radiațiile de la unele diode laser cu o lungime de undă peste 750 nm pot fi încă văzute dacă această radiație este suficient de intensă. O astfel de radiație poate fi dăunătoare pentru ochi, chiar dacă nu este percepută ca fiind foarte luminoasă. Limita superioară a regiunii infraroșii a spectrului în termeni de lungime de undă nu este, de asemenea, clar definită, de obicei în jur de 1 µm.

Ca să „vezi” lumină infraroșie, se folosesc aparate de vedere pe timp de noapte.

Pentru zonele din spectrul infraroșu, se utilizează următoarea clasificare:

• - infraroșu apropiat (numit și IR-A) este ~ de la 700 la 1400 nm. Laserele care emit în acest interval de lungimi de undă sunt deosebit de periculoase pentru ochi, deoarece radiația infraroșie apropiată este transmisă și focalizată pe retina sensibilă în același mod ca și lumina vizibila, în același timp nu provoacă un reflex de clipire de protecție. Este necesară o protecție adecvată a ochilor.
• - infraroșu cu unde scurte (IR-B) se extinde de la 1,4 până la 3 µm. Această gamă este relativ sigură pentru ochi, deoarece o astfel de radiație va fi absorbită de substanța ochiului înainte de a ajunge la retină. Amplificatoarele cu fibră dopată cu erbiu pentru comunicațiile cu fibră optică funcționează în această gamă.
• - raza infrarosu a undei medii (IR-C) de la 3 până la 8 µm. Atmosfera se confruntă cu o absorbție puternică în acest interval. Există multe linii de absorbție, de exemplu pentru dioxid de carbon (CO2) și vapori de apă (H2O). Multe gaze au linii puternice și caracteristice de absorbție mid-IR, ceea ce face ca această regiune a spectrului să fie de interes pentru spectroscopia gazelor extrem de sensibile.
• - IR cu undă lungă variază de la 8 până la 15 µm, urmând infraroșul îndepărtat, care se extinde până la 1 mm, în literatură începe uneori încă de la 8 µm. Regiunea IR cu undă lungă a spectrului este utilizată pentru imagini termice.

Cu toate acestea, trebuie remarcat faptul că definițiile acestor termeni variază semnificativ în literatură. Majoritatea ochelarilor sunt transparente la radiația infraroșu apropiat, dar absorb puternic radiația cu lungimi de undă lungi, în timp ce fotonii acestei radiații pot fi transformați direct în fononi. Pentru sticla de silice utilizată în fibrele de silice, o absorbție puternică are loc după 2 µm.

Radiația infraroșie se mai numește și radiație termică, deoarece radiația termică de la corpurile încălzite este în mare parte în regiunea infraroșii. Chiar și la temperatura camerei și mai jos, corpurile emit cantități semnificative de radiații în infraroșu mediu și îndepărtat, care pot fi folosite pentru imagini termice.
De exemplu, imaginile cu infraroșu ale unei case încălzite iarna pot dezvălui scurgeri de căldură (de exemplu la ferestre, acoperiș sau în pereții prost izolați din spatele caloriferelor) și astfel pot ajuta la luarea unor măsuri eficiente de îmbunătățire.

Conform materialelor portalului de Internet

> Unde infraroșii

Ce s-a întâmplat unde infraroșii: lungime de undă în infraroșu, interval unde infraroșii si frecventa. Studiați modelele și sursele de spectru infraroșu.

lumină infraroșie(IR) - raze electromagnetice, care din punct de vedere al lungimilor de undă depășesc vizibilul (0,74-1 mm).

Sarcina de invatare

• Înțelegeți cele trei intervale ale spectrului IR și descrieți procesele de absorbție și emisie de către molecule.

Momente de bază

• Lumina IR conține aproximativ cea mai mare parte a radiațiilor termice generate de corpuri temperatura camerei. Este emis și absorbit dacă apar modificări în rotația și vibrația moleculelor.
• Partea IR a spectrului poate fi împărțită în trei regiuni după lungime de undă: infraroșu îndepărtat (300-30 THz), mijloc (30-120 THz) și aproape (120-400 THz).
• IR se mai numește și radiație termică.
• Este important să înțelegem conceptul de emisivitate pentru a înțelege IR.
• Razele IR pot fi folosite pentru a determina de la distanță temperatura obiectelor (termografie).

Termeni

• Termografie - calculul de la distanță al modificărilor temperaturii corpului.
• Radiație termala - radiatie electromagnetica creat de organism din cauza temperaturii.
• Emisivitatea este capacitatea unei suprafețe de a radia.

unde infraroșii

Lumina infrarosu (IR) - raze electromagnetice, care din punct de vedere al lungimilor de unda sunt superioare luminii vizibile (0,74-1 mm). Banda de unde infraroșii converge cu intervalul de frecvență de 300-400 THz și găzduiește o cantitate imensă de radiație termică. Lumina IR este absorbită și emisă de molecule pe măsură ce se schimbă în rotație și vibrație.

Iată principalele categorii de unde electromagnetice. Liniile de separare diferă în unele locuri, în timp ce alte categorii se pot suprapune. Microundele ocupă secțiunea de înaltă frecvență a secțiunii radio a spectrului electromagnetic

Subcategorii de unde IR

Partea infraroșu a spectrului electromagnetic acoperă intervalul de la 300 GHz (1 mm) la 400 THz (750 nm). Există trei tipuri de unde infraroșii:

• Far IR: 300 GHz (1 mm) până la 30 THz (10 µm). partea inferioară pot fi numite cuptor cu microunde. Aceste raze sunt absorbite datorită rotației moleculelor în fază gazoasă, mișcărilor moleculare în lichide și fotonilor în solide. Apa din atmosfera pământului este atât de puternic absorbită încât o face opaca. Dar există anumite lungimi de undă (ferestre) folosite pentru transmisie.
• Mid-IR: 30 până la 120 THz (10 până la 2,5 µm). Sursele sunt obiecte fierbinți. Absorbit de vibrațiile moleculelor (diferiți atomi vibrează în poziții de echilibru). Uneori, acest interval este denumit amprentă deoarece este un fenomen specific.
• Cel mai apropiat IR: 120 până la 400 THz (2500-750 nm). Aceste procese fizice seamănă cu cele care apar în lumina vizibilă. Cele mai înalte frecvențe pot fi găsite cu anumite tipuri de filme fotografice și senzori pentru infraroșu, fotografie și video.

Căldura și radiația termică

Radiația infraroșie se mai numește și radiație termică. Lumina IR de la Soare acoperă doar 49% din încălzirea Pământului, iar restul este lumină vizibilă (absorbită și respinsă la lungimi de undă mai mari).

Căldura este energie într-o formă de tranziție care curge din cauza diferențelor de temperatură. Dacă căldura este transferată prin conducție sau convecție, atunci radiația se poate propaga în vid.

Pentru a înțelege razele IR, conceptul de emisivitate trebuie luat în considerare cu atenție.

Surse de unde IR

Oamenii și cea mai mare parte a mediului planetar creează raze de căldură la 10 microni. Aceasta este granița care separă regiunile infraroșii medii și îndepărtate. Multe corpuri astronomice emit o cantitate detectabilă de IR la lungimi de undă non-termice.

Razele IR pot fi folosite pentru a calcula temperatura obiectelor aflate la distanță. Acest proces se numește termografie și este utilizat cel mai activ în uz militar și industrial.

Imagine termografică a câinelui și a pisicii

Undele IR sunt, de asemenea, folosite în încălzire, comunicații, meteorologie, spectroscopie, astronomie, biologie și medicină și analiză de artă.