Impulsno infracrveno LED zračenje. Infracrvene zrake: svojstva, primjena, utjecaj na čovjeka

> Infracrveni talasi

Šta infracrveni talasi: infracrvena talasna dužina, opseg infracrvenih talasnih dužina i frekvencija. Proučavajte obrasce i izvore infracrvenog spektra.

infracrveno svetlo(IR) - elektromagnetne zrake, koje po talasnim dužinama premašuju vidljive (0,74-1 mm).

Zadatak učenja

Razumjeti tri opsega IR spektra i opisati procese apsorpcije i emisije molekula.

Osnovni momenti

IR svjetlo prihvata većinu toplotnog zračenja koje stvaraju tijela na sobnoj temperaturi. Emituje se i apsorbira ako dođe do promjena u rotaciji i vibracijama molekula.
IR dio spektra može se podijeliti u tri regije prema talasnoj dužini: daleki infracrveni (300-30 THz), srednji (30-120 THz) i bliski (120-400 THz).
IR se takođe naziva toplotno zračenje.
Važno je razumjeti koncept emisivnosti da bismo razumjeli IR.
IR zraci se mogu koristiti za daljinsko određivanje temperature objekata (termografija).

Uslovi

Termografija - daljinski proračun promjene tjelesne temperature.
Toplotno zračenje je elektromagnetno zračenje koje tijelo proizvodi zbog temperature.
Emisivnost je sposobnost površine da zrači.

infracrveni talasi

Infracrvena (IR) svjetlost - elektromagnetni zraci, koji su po talasnim dužinama superiorniji od vidljive svjetlosti (0,74-1 mm). Infracrveni talasni opseg konvergira sa frekvencijskim opsegom od 300-400 THz i prihvata ogromnu količinu toplotnog zračenja. IC svjetlost se apsorbira i emituje od strane molekula dok se mijenjaju u rotaciji i vibracijama.

Ovdje su glavne kategorije elektromagnetnih valova. Linije razdvajanja se na nekim mjestima razlikuju, dok se druge kategorije mogu preklapati. Mikrovalne pećnice zauzimaju visokofrekventni dio radio dijela elektromagnetnog spektra

Podkategorije IC talasa

Infracrveni dio elektromagnetnog spektra pokriva opseg od 300 GHz (1 mm) do 400 THz (750 nm). Postoje tri vrste infracrvenih talasa:

Daleki IR: 300 GHz (1 mm) do 30 THz (10 µm). Donji dio se može nazvati mikrovalovima. Ovi zraci se apsorbuju zbog rotacije u molekulima gasne faze, molekularnih kretanja u tečnostima i fotona u čvrstim materijama. Voda u Zemljinoj atmosferi se toliko snažno apsorbuje da je čini neprozirnom. Ali postoje određene talasne dužine (prozori) koje se koriste za prenos.
Srednji IR: 30 do 120 THz (10 do 2,5 µm). Izvori su vrući objekti. Apsorbiran vibracijama molekula (razni atomi vibriraju u ravnotežnim položajima). Ponekad se ovaj raspon naziva otiskom prsta jer je to specifičan fenomen.
Najbliži IR: 120 do 400 THz (2500-750 nm). Ovi fizički procesi nalikuju onima koji se dešavaju u vidljivoj svjetlosti. Najveće frekvencije se mogu naći kod određenih tipova fotografskog filma i senzora za infracrvene, fotografije i video.

Toplota i toplotno zračenje

Infracrveno zračenje se naziva i toplotno zračenje. IR svjetlost od Sunca pokriva samo 49% Zemljinog zagrijavanja, a ostatak je vidljiva svjetlost (apsorbirana i ponovno odbijena na dužim talasnim dužinama).

Toplina je energija u prijelaznom obliku koja teče zbog razlika u temperaturi. Ako se toplina prenosi kondukcijom ili konvekcijom, tada se zračenje može širiti u vakuumu.

Da bismo razumjeli IR zrake, koncept emisivnosti se mora pažljivo razmotriti.

Izvori IR talasa

Ljudi i većina planetarnog okruženja stvaraju toplotne zrake veličine 10 mikrona. Ovo je granica koja razdvaja srednju i daleku infracrvenu regiju. Mnoga astronomska tijela emituju mjerljivu količinu IR na netermalnim talasnim dužinama.

IR zraci se mogu koristiti za izračunavanje temperature objekata na udaljenosti. Ovaj proces se naziva termografija i najaktivnije se koristi u vojnoj i industrijskoj upotrebi.

Termografska slika psa i mačke

IR valovi se također koriste u grijanju, komunikacijama, meteorologiji, spektroskopiji, astronomiji, biologiji i medicini, te umjetničkoj analizi.

Infracrveno zračenje- elektromagnetno zračenje koje zauzima područje spektra između crvenog kraja vidljive svjetlosti (sa talasnom dužinom λ = 0,74 mikrona i frekvencijom od 430 THz) i mikrotalasnog radio zračenja (λ ~ 1-2 mm, frekvencija 300 GHz).

Cijeli raspon infracrvenog zračenja uvjetno je podijeljen u tri područja:

Dugotalasna ivica ovog opsega ponekad se izdvaja u poseban opseg elektromagnetnih talasa - teraherc zračenje (submilimetarsko zračenje).

Infracrveno zračenje se naziva i "toplinsko zračenje", jer infracrveno zračenje zagrijanih predmeta ljudska koža percipira kao osjećaj topline. U ovom slučaju, talasne dužine koje emituje telo zavise od temperature grejanja: što je temperatura viša, to je talasna dužina kraća i intenzitet zračenja je veći. Spektar emisije apsolutno crnog tijela na relativno niskim (do nekoliko hiljada Kelvina) temperaturama leži uglavnom u ovom rasponu. Infracrveno zračenje emituju pobuđeni atomi ili joni.

Enciklopedijski YouTube

1 / 3

✪ 36 Infracrveno i ultraljubičasto zračenje Skala elektromagnetnih talasa

✪ Eksperimenti u fizici. Refleksija infracrvenog zračenja

✪ Električno grijanje (infracrveno grijanje). Koji sistem grijanja odabrati?

Titlovi

Istorija otkrića i opšte karakteristike

Infracrveno zračenje je 1800. godine otkrio engleski astronom W. Herschel. Baveći se proučavanjem Sunca, Herschel je tražio način da smanji zagrijavanje instrumenta kojim su vršena zapažanja. Koristeći termometre za određivanje efekata različitih dijelova vidljivog spektra, Herschel je otkrio da "maksimalna toplina" leži iza zasićene crvene boje i, možda, "iza vidljive refrakcije". Ovo istraživanje označilo je početak proučavanja infracrvenog zračenja.

Ranije su laboratorijski izvori infracrvenog zračenja bila isključivo užarena tijela ili električna pražnjenja u plinovima. Sada su na bazi čvrstog i molekularnog gasnog lasera stvoreni savremeni izvori infracrvenog zračenja sa podesivom ili fiksnom frekvencijom. Za registrovanje zračenja u bliskom infracrvenom području (do ~1,3 μm) koriste se specijalne fotografske ploče. Širi raspon osjetljivosti (do oko 25 mikrona) posjeduju fotoelektrični detektori i fotootpornici. Zračenje u dalekom infracrvenom području bilježe se bolometrima - detektorima osjetljivim na zagrijavanje infracrvenim zračenjem.

IR oprema se široko koristi kako u vojnoj tehnologiji (na primjer, za navođenje projektila) tako iu civilnoj tehnologiji (na primjer, u optičkim komunikacionim sistemima). Optički elementi u IC spektrometrima su ili sočiva i prizme, ili difrakcijske rešetke i ogledala. Da bi se izbjegla apsorpcija zračenja u zraku, daleko IR spektrometri se proizvode u vakuum verziji.

Pošto su infracrveni spektri povezani sa rotacionim i vibracionim kretanjima u molekulu, kao i sa elektronskim prelazima u atomima i molekulima, IR spektroskopija daje važne informacije o strukturi atoma i molekula, kao i o pojasnoj strukturi kristala.

Infracrveni pojasevi

Objekti obično emituju infracrveno zračenje kroz čitav spektar talasnih dužina, ali ponekad je samo ograničeno područje spektra od interesa jer senzori obično prikupljaju zračenje samo unutar određenog opsega. Stoga se infracrveni opseg često dijeli na manje opsege.

Uobičajena shema podjele

Najčešća podjela na manje opsege je sljedeća:

Skraćenica	Talasna dužina	Energija fotona	Karakteristično
Bliski infracrveni, NIR	0,75-1,4 µm	0,9-1,7 eV	Bliski IR, ograničen s jedne strane vidljivim svjetlom, s druge - prozirnošću vode, koja se značajno pogoršava na 1,45 µm. Široko rasprostranjene infracrvene LED diode i laseri za optičke komunikacione sisteme sa vlaknima i vazdušnim putem rade u ovom opsegu. U ovom opsegu su osetljive i video kamere i uređaji za noćno osmatranje zasnovani na cevima za pojačavanje slike.
Kratkotalasna infracrvena, SWIR	1,4-3 µm	0,4-0,9 eV	Apsorpcija elektromagnetnog zračenja vodom značajno se povećava na 1450 nm. Opseg 1530-1560 nm dominira u području velikih udaljenosti.
Srednjotalasna infracrvena, MWIR	3-8 µm	150-400 meV	U tom opsegu, tijela zagrijana na nekoliko stotina stepeni Celzijusa počinju da zrače. U ovom opsegu su osetljive termalne glave-homing sistema protivvazdušne odbrane i tehnički termoviziji.
Dugotalasna infracrvena, LWIR	8-15 µm	80-150 meV	U ovom rasponu, tijela sa temperaturom oko nula stepeni Celzijusa počinju da zrače. U ovom rasponu su osjetljivi termoviziri za uređaje za noćno gledanje.
Daleko infracrveno, FIR	15 - 1000 µm	1,2-80 meV

CIE shema

Međunarodna komisija za rasvjetu International Commission on Illumination ) preporučuje podjelu infracrvenog zračenja u sljedeće tri grupe:

IR-A: 700 nm - 1400 nm (0,7 µm - 1,4 µm)
IR-B: 1400 nm - 3000 nm (1,4 µm - 3 µm)
IR-C: 3000 nm - 1 mm (3 µm - 1000 µm)

ISO 20473 šema

termičko zračenje

Toplotno zračenje ili zračenje je prijenos energije s jednog tijela na drugo u obliku elektromagnetnih valova koje emituju tijela zbog svoje unutrašnje energije. Toplotno zračenje je uglavnom u infracrvenom području spektra od 0,74 mikrona do 1000 mikrona. Posebnost prijenosa topline zračenja je da se može provoditi između tijela koja se nalaze ne samo u bilo kojem mediju, već iu vakuumu. Primjer toplotnog zračenja je svjetlost žarulje sa žarnom niti. Snaga toplotnog zračenja objekta koji ispunjava kriterijume apsolutno crnog tela opisuje se Stefan-Bolcmanovim zakonom. Odnos radijacionih i apsorpcionih sposobnosti tela opisuje se zakonom zračenje Kirchhoff. Toplotno zračenje je jedan od tri osnovna tipa prenosa toplotne energije (pored toplotne provodljivosti i konvekcije). Ravnotežno zračenje je toplotno zračenje koje je u termodinamičkoj ravnoteži sa materijom.

Aplikacija

Uređaj za noćno osmatranje

Postoji nekoliko načina za vizualizaciju nevidljive infracrvene slike:

Moderne poluprovodničke video kamere su osjetljive na blisku infracrvenu vezu. Kako bi se izbjegle greške u boji, obične kućne video kamere opremljene su posebnim filterom koji odsijeca IC sliku. Kamere za sigurnosne sisteme, po pravilu, nemaju takav filter. Međutim, noću nema prirodnih izvora bliskog IR, tako da bez umjetnog osvjetljenja (na primjer, infracrvene LED diode), takve kamere neće pokazati ništa.
Cijev za pojačavanje slike - vakuum fotoelektronski uređaj koji pojačava svjetlost u vidljivom spektru i bliskom infracrvenom spektru. Ima visoku osjetljivost i može dati sliku pri vrlo slabom svjetlu. Istorijski su to prvi uređaji za noćno gledanje, široko korišteni i trenutno u jeftinim uređajima za noćno osmatranje. Budući da rade samo u bliskom IC-u, njima je, kao i poluprovodničkim video kamerama, potrebna rasvjeta.
Bolometar - termalni senzor. Bolometri za tehničke sisteme vida i uređaje za noćno osmatranje su osetljivi u opsegu talasnih dužina od 3..14 mikrona (srednja IR), što odgovara zračenju tela zagrejanih od 500 do -50 stepeni Celzijusa. Dakle, bolometrijski uređaji ne zahtijevaju vanjsko osvjetljenje, registrirajući zračenje samih objekata i stvarajući sliku temperaturne razlike.

termografija

Infracrvena termografija, termalna slika ili termalni video, naučni je način dobijanja termograma – slike u infracrvenim zracima koja prikazuje sliku distribucije temperaturnih polja. Termografske kamere ili termalni snimači detektuju zračenje u infracrvenom opsegu elektromagnetnog spektra (otprilike 900-14000 nanometara ili 0,9-14 µm) i na osnovu tog zračenja kreiraju slike koje vam omogućavaju da odredite pregrejana ili prehlađena mesta. Budući da infracrveno zračenje emituju svi objekti koji imaju temperaturu, prema Planckovoj formuli za zračenje crnog tijela, termografija vam omogućava da "vidite" okolinu sa ili bez vidljive svjetlosti. Količina zračenja koju emituje objekat raste kako njegova temperatura raste, tako da nam termografija omogućava da vidimo razlike u temperaturi. Kada gledamo kroz termovizir, topli objekti se vide bolje od onih ohlađenih na temperaturu okoline; ljudi i toplokrvne životinje su lakše vidljivi u okruženju, kako danju tako i noću. Kao rezultat toga, promocija upotrebe termografije može se pripisati vojsci i službama sigurnosti.

infracrveno navođenje

Infracrvena glava za navođenje - glava za navođenje koja radi na principu hvatanja infracrvenih talasa koje emituje uhvaćeni cilj. To je optičko-elektronski uređaj dizajniran za identifikaciju mete u odnosu na okolnu pozadinu i izdavanje signala za hvatanje automatskom nišanskom uređaju (APU), kao i za mjerenje i izdavanje signala ugaone brzine linije nišana prema autopilot.

Infracrveni grijač

Prijenos podataka

Širenje infracrvenih LED dioda, lasera i fotodioda omogućilo je stvaranje bežične optičke metode prijenosa podataka na temelju njih. U računarskoj tehnici najčešće se koristi za povezivanje računara sa perifernim uređajima (IrDA interfejs).Za razliku od radio kanala, infracrveni kanal je neosetljiv na elektromagnetne smetnje, što mu omogućava da se koristi u industrijskim uslovima. Nedostaci infracrvenog kanala uključuju potrebu za optičkim prozorima na opremi, ispravnu relativnu orijentaciju uređaja, niske brzine prijenosa (obično ne prelaze 5-10 Mbps, ali su moguće znatno veće brzine kada se koriste infracrveni laseri). Osim toga, nije osigurana tajnost prijenosa informacija. U uslovima pravocrtne vidljivosti, infracrveni kanal može da obezbedi komunikaciju na udaljenosti od nekoliko kilometara, ali je najpogodniji za povezivanje računara koji se nalaze u istoj prostoriji, gde refleksije sa zidova prostorije obezbeđuju stabilnu i pouzdanu vezu. Najprirodnija vrsta topologije ovdje je "sabirnica" (to jest, svi pretplatnici istovremeno primaju preneseni signal). Infracrveni kanal nije mogao biti široko korišten, zamijenjen je radio kanalom.

Toplotno zračenje se također koristi za primanje signala upozorenja.

Daljinski upravljač

Infracrvene diode i fotodiode se široko koriste u daljinskim upravljačkim panelima, sistemima automatizacije, sigurnosnim sistemima, nekim mobilnim telefonima (infracrveni port) itd. Infracrveni zraci ne odvlače pažnju osobe zbog svoje nevidljivosti.

Zanimljivo je da se infracrveno zračenje kućnog daljinskog upravljača lako hvata digitalnom kamerom.

Lek

Infracrveno zračenje koje se najčešće koristi u medicini nalazi se u različitim senzorima krvotoka (PPG).

Široko rasprostranjeni mjerači pulsa (HR, HR - puls) i zasićenosti krvi kisikom (Sp02) koriste zelene (za puls) i crvene i infracrvene (za SpO2) LED diode zračenja.

Infracrveno lasersko zračenje se koristi u tehnici DLS (Digital Light Scattering) za određivanje brzine pulsa i karakteristika protoka krvi.

Infracrveni zraci se koriste u fizioterapiji.

Uticaj dugotalasnog infracrvenog zračenja:

Stimulacija i poboljšanje cirkulacije Pri izlaganju kože dugotalasnom infracrvenom zračenju dolazi do iritacije kožnih receptora i usled reakcije hipotalamusa glatki mišići krvnih sudova se opuštaju, usled čega se žile šire.
Poboljšanje metaboličkih procesa. Toplotni efekat infracrvenog zračenja stimuliše aktivnost na ćelijskom nivou, poboljšava procese neuroregulacije i metabolizma.

Sterilizacija hrane

Uz pomoć infracrvenog zračenja, prehrambeni proizvodi se sterilišu u svrhu dezinfekcije.

prehrambena industrija

Značajka upotrebe infracrvenog zračenja u prehrambenoj industriji je mogućnost prodora elektromagnetnog talasa u kapilarno-porozne proizvode kao što su žitarice, žitarice, brašno itd. do dubine do 7 mm. Ova vrijednost ovisi o prirodi površine, strukturi, svojstvima materijala i frekvencijskom odzivu zračenja. Elektromagnetski val određenog frekvencijskog raspona ima ne samo toplinski, već i biološki učinak na proizvod, pomaže ubrzanju biokemijskih transformacija u biološkim polimerima (

Infracrveno svjetlo je vizualno nedostupno ljudskom vidu. U međuvremenu, duge infracrvene talase ljudsko telo doživljava kao toplotu. Infracrveno svjetlo ima neka svojstva vidljive svjetlosti. Zračenje ovog oblika podložno je fokusiranju, reflektira se i polarizira. Teoretski, IR svjetlost se više tumači kao infracrveno zračenje (IR). Svemirski IR zauzima spektralni opseg elektromagnetnog zračenja 700 nm - 1 mm. IR talasi su duži od vidljive svetlosti i kraći od radio talasa. U skladu s tim, IR frekvencije su veće od frekvencija mikrovalova i niže od frekvencija vidljive svjetlosti. IR frekvencija je ograničena na opseg od 300 GHz - 400 THz.

Infracrvene talase otkrio je britanski astronom William Herschel. Otkriće je registrovano 1800. Koristeći staklene prizme u svojim eksperimentima, naučnik je na ovaj način istražio mogućnost podjele sunčeve svjetlosti na zasebne komponente.

Kada je William Herschel morao izmjeriti temperaturu pojedinih cvjetova, otkrio je faktor u povećanju temperature pri prolasku kroz sljedeće nizove uzastopce:

ljubičasta,
plava,
zelje,
žumanjak,
narandžasta,
crvena.

Talasni i frekvencijski opseg IC zračenja

Na osnovu talasne dužine, naučnici uslovno dele infracrveno zračenje na nekoliko spektralnih delova. Međutim, ne postoji jedinstvena definicija granica svakog pojedinačnog dijela.

Skala elektromagnetnog zračenja: 1 - radio talasi; 2 - mikrovalne pećnice; 3 - IC talasi; 4 - vidljivo svjetlo; 5 - ultraljubičasto; 6 - rendgenski zraci; 7 - gama zraci; B je opseg talasnih dužina; E - energija

Teoretski, označena su tri talasna opsega:

Near
Prosjek
Dalje

Bliski infracrveni opseg je označen talasnim dužinama blizu kraja spektra vidljive svetlosti. Približni izračunati segment talasa je ovde označen dužinom: 750 - 1300 nm (0,75 - 1,3 mikrona). Frekvencija zračenja je približno 215-400 Hz. Kratki IR domet će emitovati minimalnu toplotu.

Srednji IR opseg (srednji), pokriva talasne dužine od 1300-3000 nm (1,3 - 3 mikrona). Frekvencije se ovdje mjere u rasponu od 20-215 THz. Nivo zračene toplote je relativno nizak.

Daleki infracrveni opseg je najbliži mikrotalasnom dometu. Poravnanje: 3-1000 mikrona. Frekvencijski opseg 0,3-20 THz. Ovu grupu čine kratke talasne dužine na maksimalnom frekvencijskom intervalu. Ovdje se emituje maksimum topline.

Primena infracrvenog zračenja

IR zraci se koriste u raznim oblastima. Među najpoznatijim uređajima su termoviziri, oprema za noćno osmatranje itd. Komunikacijska i mrežna oprema IR svjetlo se koristi iu žičanim i bežičnim operacijama.

Primjer rada elektroničkog uređaja - termovizira, čiji se princip temelji na korištenju infracrvenog zračenja. A ovo je samo jedan primjer od mnogih drugih.

Daljinski upravljači su opremljeni IC komunikacijskim sistemom kratkog dometa, gdje se signal prenosi preko IR LED dioda. Primjer: uobičajeni kućni aparati - televizori, klima uređaji, plejeri. Infracrveno svetlo prenosi podatke preko sistema optičkih kablova.

Osim toga, infracrveno zračenje aktivno koristi istraživačka astronomija za proučavanje svemira. Zahvaljujući infracrvenom zračenju moguće je otkriti svemirske objekte koji su nevidljivi ljudskom oku.

Malo poznate činjenice o IC svjetlu

Ljudske oči zaista ne mogu vidjeti infracrvene zrake. Ali koža ljudskog tijela je sposobna da ih "vidi", reaguje na fotone, a ne samo na toplotno zračenje.

Površina kože zapravo djeluje kao "očna jabučica". Ako po sunčanom danu izađete napolje, zatvorite oči i ispružite dlanove prema nebu, lako ćete pronaći lokaciju sunca.

Zimi u prostoriji u kojoj je temperatura vazduha 21-22ºS, toplo obučeni (džemper, pantalone). Ljeti, u istoj prostoriji, na istoj temperaturi, ljudi se također osjećaju ugodno, ali u svjetlijoj odjeći (šorc, majica).

Lako je objasniti ovaj fenomen: uprkos istoj temperaturi vazduha, zidovi i plafon prostorije ljeti emituju više daleko IR talasa koje nosi sunčeva svetlost (FIR - Far Infrared). Stoga, ljudsko tijelo na istoj temperaturi, ljeti percipira više topline.

IR toplinu reprodukuje bilo koji živi organizam i neživi predmet. Na ekranu termovizira ovaj trenutak je više nego jasno zabilježen.

Parovi ljudi koji spavaju u istom krevetu su nehotice predajnici i prijemnici FIR talasa u odnosu jedan na drugog. Ako je osoba sama u krevetu, djeluje kao predajnik FIR valova, ali više ne prima iste valove zauzvrat.

Kada ljudi razgovaraju jedni s drugima, oni nehotice šalju i primaju FIR talasne vibracije jedni od drugih. Prijateljski (ljubavni) zagrljaji također aktiviraju prijenos FIR zračenja između ljudi.

Kako priroda percipira infracrveno svjetlo?

Ljudi ne mogu vidjeti infracrveno svjetlo, ali zmije iz porodice poskoka ili zvečarke (kao što su zvečarke) imaju senzorne "jame" koje se koriste za slikanje infracrvene svjetlosti.

Ovo svojstvo omogućava zmijama da otkriju toplokrvne životinje u potpunom mraku. Smatra se da zmije sa dvije senzorne jame imaju određenu infracrvenu percepciju dubine.

Osobine IR zmije: 1, 2 - osetljive zone senzorne šupljine; 3 - membranska šupljina; 4 - unutrašnja šupljina; 5 - MG vlakno; 6 - vanjska šupljina

Ribe uspješno koriste blisko infracrveno (NIR) svjetlo za hvatanje plijena i navigaciju u vodenim područjima. Ovaj osjećaj NIR-a pomaže ribama da se precizno snalaze u uvjetima slabog osvjetljenja, u mraku ili u mutnoj vodi.

Infracrveno zračenje igra važnu ulogu u oblikovanju vremena i klime na Zemlji, baš kao i sunčeva svjetlost. Ukupna masa sunčeve svetlosti koju apsorbuje Zemlja, u jednakoj količini IR zračenja, mora da putuje sa Zemlje nazad u svemir. U suprotnom, globalno zagrijavanje ili globalno zahlađenje je neizbježno.

Postoji očigledan razlog zašto se vazduh brzo hladi tokom sušne noći. Nizak nivo vlažnosti i odsustvo oblaka na nebu otvaraju slobodan put infracrvenom zračenju. Infracrvene zrake brže ulaze u svemir i, shodno tome, brže odvode toplinu.

Značajan dio onoga što dolazi na Zemlju je infracrvena svjetlost. Svaki prirodni organizam ili predmet ima temperaturu, što znači da oslobađa infracrvenu energiju. Čak i predmeti koji su a priori hladni (kao što su kockice leda) emituju infracrveno svjetlo.

Tehnički potencijal infracrvene zone

Tehnički potencijal IR zraka je neograničen. Puno primjera. Infracrveno praćenje (homing) se koristi u pasivnim sistemima upravljanja projektilima. U ovom slučaju se koristi elektromagnetno zračenje mete, primljeno u infracrvenom dijelu spektra.

Sistemi za praćenje cilja: 1, 4 - komora za sagorevanje; 2, 6 - relativno dugačak izduv plamena; 5 - hladni tok zaobilazeći vruću komoru; 3, 7 - dodijeljen važan IR potpis

Vremenski sateliti opremljeni skenirajućim radiometrima proizvode termalne slike, koje zatim omogućavaju analitičkim metodama za određivanje visine i vrste oblaka, izračunavanje temperature kopna i površinske vode i određivanje karakteristika površine okeana.

Infracrveno zračenje je najčešći način daljinskog upravljanja raznim uređajima. Na osnovu FIR tehnologije razvijaju se i proizvode mnogi proizvodi. Japanci su tu briljirali. Evo samo nekoliko primjera popularnih u Japanu i širom svijeta:

specijalni jastučići i grijači FIR;
FIR ploče za dugotrajno očuvanje svježine ribe i povrća;
keramički papir i keramika FIR;
FIR rukavice, jakne, autosjedalice;
frizerski FIR-fen, koji smanjuje oštećenje kose;

Infracrvena reflektografija (očuvanje umjetnosti) koristi se za proučavanje slika, pomažući da se otkriju osnovni slojevi bez uništavanja strukture. Ova tehnika pomaže da se otkriju detalji skriveni ispod crteža umjetnika.

Na taj način se utvrđuje da li je sadašnja slika originalno umjetničko djelo ili samo profesionalno izrađena kopija. Utvrđuju se i promjene vezane za restauratorske radove na umjetničkim djelima.

IR zraci: uticaj na zdravlje ljudi

Naučno je dokazano blagotvorno djelovanje sunčeve svjetlosti na zdravlje ljudi. Međutim, prekomjerno izlaganje sunčevom zračenju je potencijalno opasno. Sunčeva svjetlost sadrži ultraljubičaste zrake, čije djelovanje opeče kožu ljudskog tijela.

Infracrvene saune masovne upotrebe rasprostranjene su u Japanu i Kini. A trend razvoja ove metode liječenja se samo pojačava.

U međuvremenu, daleko infracrveno pruža sve zdravstvene prednosti prirodne sunčeve svjetlosti. Time se u potpunosti eliminišu opasni efekti sunčevog zračenja.

Primjenom tehnologije reprodukcije IR zraka, potpuna kontrola temperature (), postiže se neograničena sunčeva svjetlost. Ali ovo nisu sve poznate činjenice o prednostima infracrvenog zračenja:

Daleki infracrveni zraci jačaju kardiovaskularni sistem, stabilizuju rad srca, povećavaju minutni volumen srca, dok smanjuju dijastolni krvni pritisak.
Stimulacija kardiovaskularne funkcije dalekom infracrvenom svjetlošću je idealan način za održavanje normalnog kardiovaskularnog sistema. Postoji iskustvo američkih astronauta tokom dugog svemirskog leta.
Daleki infracrveni IR zraci sa temperaturama iznad 40°C slabe i na kraju ubijaju ćelije raka. Ovu činjenicu potvrđuju Američko udruženje za rak i Nacionalni institut za rak.
Infracrvene saune se često koriste u Japanu i Koreji (terapija hipertermije ili Waon terapija) za liječenje kardiovaskularnih bolesti, posebno kronične srčane insuficijencije i bolesti perifernih arterija.
Rezultati istraživanja objavljeni u časopisu Neuropsychiatric Disease and Treatment pokazuju infracrvene zrake kao "medicinski napredak" u liječenju traumatskih ozljeda mozga.
Smatra se da je infracrvena sauna sedam puta efikasnija u uklanjanju teških metala, holesterola, alkohola, nikotina, amonijaka, sumporne kiseline i drugih toksina iz organizma.
Konačno, FIR-terapija u Japanu i Kini došla je na vrh među efikasnim načinima lečenja astme, bronhitisa, prehlade, gripa, sinusitisa. Primjećuje se da FIR-terapija uklanja upale, otekline, začepljenja sluzokože.

Infracrveno svjetlo i vijek trajanja od 200 godina

Infracrveno zračenje je vrsta elektromagnetnog zračenja koje graniči sa crvenim dijelom spektra vidljive svjetlosti s jedne strane i mikrovalovima s druge strane. Talasna dužina - od 0,74 do 1000-2000 mikrometara. Infracrveni talasi se takođe nazivaju "termalnim". Na osnovu talasne dužine, dele se u tri grupe:

kratkotalasni (0,74-2,5 mikrometara);

srednji talas (duži od 2,5, kraći od 50 mikrometara);

dugotalasni (više od 50 mikrometara).

Izvori infracrvenog zračenja

Na našoj planeti infracrveno zračenje nije neuobičajeno. Skoro svaka toplota je posledica izlaganja infracrvenim zracima. Nije važno šta je: sunčeva svetlost, toplota naših tela ili toplota koja dolazi od uređaja za grejanje.

Infracrveni dio elektromagnetnog zračenja ne zagrijava prostor, već direktno sam objekt. Na ovom principu je izgrađen rad infracrvenih lampi. I Sunce grije Zemlju na isti način.

Uticaj na žive organizme

U ovom trenutku nauka ne poznaje potvrđene činjenice o negativnom uticaju infracrvenih zraka na ljudski organizam. Osim ako zbog preintenzivnog zračenja može doći do oštećenja sluznice očiju.

Ali o prednostima možemo pričati jako dugo. Još 1996. godine naučnici iz SAD-a, Japana i Holandije potvrdili su niz pozitivnih medicinskih činjenica. toplotno zračenje:

uništava neke vrste virusa hepatitisa;

inhibira i usporava rast ćelija raka;

ima sposobnost neutralizacije štetnih elektromagnetnih polja i zračenja. Uključujući radioaktivne;

pomaže dijabetičarima u proizvodnji inzulina;

može pomoći kod distrofije;

poboljšanje stanja organizma kod psorijaze.

Kako se zdravstveno stanje poboljša, unutrašnji organi počinju da rade efikasnije. Povećava se ishrana mišića, jako se povećava snaga imunog sistema. Poznata je činjenica da u nedostatku infracrvenog zračenja tijelo osetno brže stari.

Infracrveni zraci se takođe nazivaju "zraci života". Pod njihovim uticajem je rođen život.

Upotreba infracrvenih zraka u ljudskom životu

Infracrveno svjetlo se koristi ne manje nego što je uobičajeno. Možda će biti vrlo teško pronaći barem jedno područje nacionalne ekonomije u kojem infracrveni dio elektromagnetnih valova nije našao primjenu. Navodimo najpoznatija područja primjene:

ratovanje. Navođenje bojevih glava projektila ili uređaja za noćno osmatranje rezultat je upotrebe infracrvenog zračenja;

termografija se široko koristi u nauci za određivanje pregrijanih ili prehlađenih dijelova objekta koji se proučava. Infracrvene slike se takođe široko koriste u astronomiji, zajedno sa drugim vrstama elektromagnetnih talasa;

grijalice za domaćinstvo. Za razliku od konvektora, takvi uređaji koriste energiju zračenja za zagrijavanje svih predmeta u prostoriji. I već dalje, unutrašnji predmeti odaju toplinu okolnom zraku;

prijenos podataka i daljinsko upravljanje. Da, svi daljinski upravljači za televizore, kasetofone i klima uređaje koriste infracrvene zrake;

dezinfekcija u prehrambenoj industriji

lijek. Liječenje i prevencija raznih vrsta bolesti.

Infracrvene zrake su relativno mali dio elektromagnetnog zračenja. Budući da je prirodan način prijenosa topline, ni jedan životni proces na našoj planeti ne može bez njega.

INFRACRVENO ZRAČENJE (IR zračenje, IR zraci), elektromagnetno zračenje sa talasnim dužinama λ od oko 0,74 mikrona do oko 1-2 mm, odnosno zračenje koje zauzima područje spektra između crvenog kraja vidljivog zračenja i kratkotalasnog (submilimetarskog) radio zračenja. Infracrveno zračenje se odnosi na optičko zračenje, ali za razliku od vidljivog zračenja, ljudsko oko ga ne percipira. U interakciji s površinom tijela, zagrijava ih, pa se često naziva toplinskim zračenjem. Uobičajeno, oblast infracrvenog zračenja se deli na blisku (λ = 0,74-2,5 mikrona), srednju (2,5-50 mikrona) i daleku (50-2000 mikrona). Infracrveno zračenje otkrili su W. Herschel (1800) i nezavisno W. Wollaston (1802).

Infracrveni spektri mogu biti linijski (atomski spektri), kontinuirani (spektri kondenzirane materije) ili prugasti (molekularni spektri). Optička svojstva (transmisija, refleksija, refrakcija itd.) tvari u infracrvenom zračenju po pravilu se značajno razlikuju od odgovarajućih svojstava vidljivog ili ultraljubičastog zračenja. Mnoge supstance koje su prozirne za vidljivu svetlost neprozirne su za infracrveno zračenje određenih talasnih dužina, i obrnuto. Tako je sloj vode debeo nekoliko centimetara neproziran za infracrveno zračenje sa λ > 1 µm, pa se voda često koristi kao filter za zaštitu od toplote. Ploče od Ge i Si, neprozirne za vidljivo zračenje, prozirne su za infracrveno zračenje određenih talasnih dužina, crni papir je providan u dalekom infracrvenom području (takve supstance se koriste kao svetlosni filteri kada emituju infracrveno zračenje).

Reflektivnost većine metala u infracrvenom zračenju je mnogo veća nego u vidljivom zračenju i raste sa povećanjem talasne dužine (vidi Metalna optika). Dakle, refleksija Al, Au, Ag, Cu površina infracrvenog zračenja sa λ = 10 μm dostiže 98%. Tečne i čvrste nemetalne supstance imaju selektivnu (u zavisnosti od talasne dužine) refleksiju infracrvenog zračenja, čiji položaj maksimuma zavisi od njihovog hemijskog sastava.

Prolazeći kroz Zemljinu atmosferu, infracrveno zračenje je oslabljeno zbog raspršivanja i apsorpcije atoma i molekula zraka. Dušik i kiseonik ne apsorbuju infracrveno zračenje i slabe ga samo kao rezultat rasejanja, što je mnogo manje za infracrveno zračenje nego za vidljivu svetlost. Molekuli H 2 O, O 2 , O 3 itd., prisutni u atmosferi, selektivno (selektivno) apsorbuju infracrveno zračenje, a posebno se jako apsorbuje infracrveno zračenje vodene pare. H 2 O apsorpcione trake se uočavaju u čitavom IR području spektra, a CO 2 trake - u njegovom srednjem dijelu. U površinskim slojevima atmosfere postoji samo mali broj "providnih prozora" za infracrveno zračenje. Prisustvo čestica dima, prašine, malih kapi vode u atmosferi dovodi do dodatnog slabljenja infracrvenog zračenja kao rezultat njegovog raspršivanja na tim česticama. Pri malim veličinama čestica, infracrveno zračenje se raspršuje manje od vidljivog zračenja, koje se koristi u infracrvenoj fotografiji.

Izvori infracrvenog zračenja. Snažan prirodni izvor infracrvenog zračenja je Sunce, oko 50% njegovog zračenja leži u infracrvenom području. Infracrveno zračenje čini 70 do 80% energije zračenja žarulja sa žarnom niti; emituje ga električni luk i razne lampe na gasno pražnjenje, sve vrste električnih grejača. U naučnim istraživanjima izvori infracrvenog zračenja su lampe od volframove trake, Nernst igla, globus, živine lampe visokog pritiska, itd. Zračenje nekih vrsta lasera takođe leži u IC oblasti spektra (npr. talasna dužina lasera neodimijum stakla je 1,06 μm, helijum-neonskih lasera - 1,15 i 3,39 mikrona, CO 2 lasera - 10,6 mikrona).

Prijemnici infracrvenog zračenja zasnivaju se na pretvaranju energije zračenja u druge vrste energije dostupne za mjerenje. U termičkim prijemnicima apsorbovano infracrveno zračenje uzrokuje povećanje temperature elementa osjetljivog na temperaturu, što se bilježi. U fotoelektričnim prijemnicima, apsorpcija infracrvenog zračenja dovodi do pojave ili promjene jačine električne struje ili napona. Fotoelektrični prijemnici (za razliku od termalnih) su selektivni, odnosno osjetljivi su samo na zračenje iz određenog područja spektra. Fotoregistracija infracrvenog zračenja vrši se uz pomoć posebnih fotografskih emulzija, međutim, one su osjetljive na nju samo za valne duljine do 1,2 mikrona.

Upotreba infracrvenog zračenja. IC zračenje se široko koristi u naučnim istraživanjima i za rešavanje različitih praktičnih problema. Emisioni i apsorpcioni spektri molekula i čvrstih materija leže u IR području, proučavaju se u infracrvenoj spektroskopiji, u strukturnim problemima, a koriste se i u kvalitativnoj i kvantitativnoj spektralnoj analizi. U dalekom IR području leži zračenje koje se javlja tokom prijelaza između Zeemanovih podnivoa atoma, IR spektri atoma omogućavaju proučavanje strukture njihovih elektronskih ljuski. Fotografije istog objekta snimljene u vidljivom i infracrvenom opsegu, zbog razlike u koeficijentima refleksije, transmisije i rasejanja, mogu značajno da variraju; U IC fotografiji možete vidjeti detalje koji nisu vidljivi na normalnoj fotografiji.

U industriji se infracrveno zračenje koristi za sušenje i zagrijavanje materijala i proizvoda, u svakodnevnom životu - za grijanje prostora. Na osnovu fotokatoda osjetljivih na infracrveno zračenje stvoreni su elektronsko-optički pretvarači u kojima se infracrvena slika objekta, nevidljiva oku, pretvara u vidljivu. Na osnovu ovakvih pretvarača izgrađeni su različiti uređaji za noćno gledanje (dvogledi, nišani itd.) koji omogućavaju otkrivanje objekata u potpunom mraku, posmatranje i nišanjenje, zračeći ih infracrvenim zračenjem iz posebnih izvora. Uz pomoć visokoosjetljivih prijemnika infracrvenog zračenja vrši se termalno određivanje smjera objekata vlastitim infracrvenim zračenjem i kreiraju se sistemi za navođenje projektila i projektila na cilj. IR lokatori i IR daljinomjeri vam omogućavaju da u mraku otkrijete objekte čija je temperatura viša od temperature okoline i izmjerite udaljenost do njih. Snažno zračenje infracrvenih lasera koristi se u naučnim istraživanjima, kao i za zemaljske i svemirske komunikacije, za lasersko sondiranje atmosfere itd. Infracrveno zračenje se koristi za reprodukciju standarda brojila.

Lit.: Schreiber G. Infracrvene zrake u elektronici. M., 2003; Tarasov VV, Yakushenkov Yu. G. Infracrveni sistemi tipa "gledanja". M., 2004.