Инфракрасное излучениеВ начале XIX века английский астроном Фредерик Уильям Гершель (1738—1822) занимался изучением Солнца. В процессе исследований он заметил, что инструменты, которыми он пользовался, нагревались. Учёный задался вопросом, почему они нагреваются, после чего пришёл к выводу, что всякие предметы под воздействием солнечных лучей нагреваются. Таким образом, научные труды английского астронома дали миру очень важное открытие — инфракрасное излучение.

Классификация ИК лучей

Инфракрасное излучение — это передача энергии с помощью электромагнитных волн. Оно приходится на участок спектра 0.74—1 тыс. мкм. Обмен тепла между телами осуществляется не только в какой-то среде, но и в вакууме.

Учёные выяснили, что ИК лучи различаются длиной электромагнитной волны, которая измеряется в микрометрах. Один мкм равен одной миллионной доле метра. В зависимости от длины волны инфракрасного излучения выделяются три диапазона:

  1. Ближний — от 0,78 до 3 мкм.
  2. Средний — от 3 до 50 мкм.
  3. Дальний — от 50 до 1 тыс. мкм.

Источники и видимость излучения

Земля и облака получают от Солнца как видимую, так и невидимую радиацию. Затем трансформируют энергию и направляют её снова в атмосферу. Диоксид углерода, метан, азот и капли воды поглощают это излучение и передают его по всем направлениям, включая Землю. Этот процесс напоминает парниковый эффект, при котором атмосфера и поверхность Земли находятся в нагретом состоянии.

Основные источники излучения

Кроме естественного источника — Солнца, существует много искусственных источников. Это баллистические ракеты и космические объекты, самолёты и надводные корабли.

В ИК излучении оптические свойства веществ очень сильно отличаются от свойств в видимом излучении. Зрение людей и устроено так, что ни те, ни другие не способны видеть в инфракрасном диапазоне. Однако некоторые животные наделены этой способностью. Например, змеи. Они способны видеть свою теплокровную добычу ночью и успешно на неё охотиться.

А удав обыкновенный одновременно видит и в нормальном оптическом, и инфракрасном диапазонах. Пранья отлично видит под водой и успешно охотится на теплокровных животных, зашедших в воду. Среди насекомых таким зрением обладают комары. Это даёт им возможность безошибочно определять наиболее насыщенные кровью участки тела добычи.

Читайте также:  Отрыжка у новорожденных после кормления: причины и лечение

Области применения

ИК аппаратура широко применяется в гражданской промышленности и военной технике. Оптическими элементами ИК спектрометров являются дифракционные решётки, линзы, призмы и зеркала. Чтобы излучение не поглощалось воздухом, некоторые спектрометры производят в вакууме. Другие сферы, в которых могут применяться ИК лучи

  1. Молекулярная физика. С помощью ИК спектроскопии появилась возможность лучше изучить строение молекул и структуру кристаллов.
  2. Термография. Это изображения в ультракрасных лучах, которые показывают распределение температуры. Специальные камеры и тепловизоры способны обнаружить в диапазоне от 900 до 14 тыс. нанометров (одна миллиардная часть метра) и по этому излучению воссоздают изображения, с помощью которых легко определить переохлаждённые или перегретые места. Поскольку инфракрасное излучение испускается всяким имеющим температуру объектом, термография может видеть окружающую среду и без подсветки. Чем выше температура объекта, тем больше ультракрасное излучение, которое этот объект испускает. Поэтому благодаря термографии стало возможным видеть разность температур.
  3. Свойства инфракрасных лучейИнфракрасный обогреватель. Этот домашний прибор отдаёт тепло излучением. Он используется для отопления домов, квартир, офисов. Энергия лучей нагревает окружающие поверхности, которые отдают тепло воздуху. ИК обогреватели дают возможность для местного обогрева. То есть обогревается не всё помещение, а лишь те площади, которые необходимы. Это экономически выгодно, поскольку тепло не расходуется зря, как это бывает в случае с конвекционным обогревом. Ещё одно преимущество в том, что тепловой эффект чувствуется сразу после включения прибора, при конвекции предварительно разогревается всё помещение сразу.
  4. Инфракрасная астрономия. Это раздел науки, находящийся на стыке астрономии и астрофизики, который исследует космические объекты. ИК излучение изучается в диапазоне от 0,74 до 2 тыс. мкм электромагнитных волн. Научные работы Уильяма Гершеля в 1830 годы дали толчок для развития инфракрасной астрономии.
  5. Инфракрасный излучатель применяют при сушке лакокрасочных поверхностей в промышленности. Высокая скорость высыхания и малые затраты энергии при сушке — экономическое преимущество перед конвекционным методом.
  6. Пищевая промышленность. Электромагнитная волна проникает в продукты на глубину до 7 мм, оказывает биологическое и термическое воздействие на продукт и обеспечивает стерилизацию с целью дезинфекции. Глубина проникновения электромагнитной волны зависит от таких факторов, как характер поверхности, структура и свойства материала. А также от частотной характеристики излучения. Недостатком является неравномерный нагрев, что в некоторых технологических процессах может оказаться неприемлемо.
  7. Благодаря ультракрасному излучателю можно проверять денежные купюры на подлинность. На купюру наносят специальные метамерные краски особого цвета, которые можно увидеть только в инфракрасном диапазоне. ИК детекторы — самые безошибочные приборы, применяемые с этой целью.
  8. Передача данных. Благодаря фотодиодам, лазерам и светодиодам, удалось создать беспроводной метод передачи данных. Обычно используется в компьютерной технике. По причине отсутствия чувствительности ИК канала к различным помехам, включая и электромагнитные, он успешно используется в производственных условиях. Недостатки ИК канала — это низкая скорость передачи данных, всего 5—10 Мбит/с.
  9. Приборы ночного видения.
Читайте также:  Гипоаллергенные породы: на каких кошек не бывает аллергии

Невидимые лучи можно увидеть несколькими способами:

  • Современные полупроводниковые видеокамеры очень чувствительны в ближнем ИК. В обычные бытовые видеокамеры вмонтируются специальные фильтры, которые отсекают ИК изображение. Камеры же для охранных систем такого фильтра не имеют. Но в темноте эти камеры не работают и приходится осуществлять искусственную подсветку.
  • Электронно-оптический преобразователь. Этот прибор значительно усиливает видимость оптического диапазона. Высокочувствителен, при плохой освещённости даёт хорошее изображение. Очень старый прибор, но он используется и по сей день.
  • Болометр — тепловой сенсор. Он чувствителен в диапазоне от 3 до 14 мкм. Болометрические приборы внешнего освещения не требуют, регистрируют излучения предметов и создают картинку разности температур.

Использование в медицине

Человеческий глаз не способен видеть инфракрасные лучи. Однако всякий человек чувствует тепло и воспринимает кожей высокую температуру. ИК лучи бывают коротковолновыми, средневолновыми и длинноволновыми. Длины волн напрямую зависят от температуры нагревания. Чем горячее предмет, тем интенсивнее излучение и короче длина волны.

Длина волны инфракрасного излучения

Действие этого излучения сперва изучалось на животных. С помощью научных экспериментов с животными было обнаружено улучшение обменных процессов вследствие активизации кровотока. Было доказано, что радиация снимает болевые ощущения, оказывает противовоспалительное действие, а также улучшает циркуляцию крови.

Читайте также:  Отравляющие вещества преимущественно удушающего действия

ИК излучение повышает иммунитет, сводит к минимуму влияние гамма-излучения и ядохимикатов, приводит к быстрейшему выздоровлению при простудных болезнях.

Датчики потока крови, измерители частоты пульса, измерители насыщения крови кислородом и другие медицинские приборы работают при помощи ИК излучения. Длинноволновое излучение, активно применяющееся в физиотерапии, стимулирует и улучшает кровообращение. При тепловом воздействии стимулируется активность клеток.

Полезное влияние на организм

Инфракрасное излучение, польза и вред для человека, плюсы и минусы, как влияет на здоровье — этими вопросами, то есть свойствами инфракрасного излучения, учёные занимаются ещё со времён Гершеля.

Длинноволновое излучение невредно для человеческого организма. Оно укрепляет иммунную систему, нормализует артериальное давление, улучшает мозговое кровообращение. И ещё даёт обезболивающий и противовоспалительный эффект, нормализует гормональный фон, очищает организм. Инфракрасный свет применяется при лечении многих заболеваний.

Отопление с использованием ИК излучения укрепляет иммунную систему и уничтожает бактерии. Благодаря усилению циркуляции крови, улучшается состояние кожи. Профилактикой обострений аллергии является ионизирование воздуха.

Опасность для здоровья

Излучения с широким спектром действия может привести к перегреву организма и покраснению кожи. Сильное излучение вредно, оно опасно для глаз, поскольку может воздействовать на слизистую оболочку, высушивая её. В подобных ситуациях защитные очки необходимы. Прежде чем пользоваться лучами в лечебных целях, необходимо учесть все существующие противопоказания, иначе организму можно нанести вред, в том числе в виде злокачественных новообразований, системных заболеваний крови, кровотечений.

Облучение и его влияние на организм человека

Облучение широким спектром может привести к ожогу. При длительном воздействии появляется опухоль на лице, дерматит, может случиться и тепловой удар. Инфракрасные лучи в интервале 0,76—1,5 мкм очень опасны для глаз. Длительное воздействие излучения опасно возможным появлением катаракты, светобоязни, а также другими проявлениями нарушений зрения.

Поэтому нельзя долго находиться возле коротковолновых обогревателей. И вообще, эти обогреватели следует эксплуатировать для уличного обогрева. В офисе или квартире надо пользоваться безобидными длинноволновыми ИК обогревателями.