Παλμική υπέρυθρη ακτινοβολία LED. Υπέρυθρες ακτίνες: ιδιότητες, εφαρμογές, επιπτώσεις στον άνθρωπο

> Υπέρυθρα κύματα

Τι υπέρυθρα κύματα: υπέρυθρο μήκος κύματος, υπέρυθρο μήκος κύματος και συχνότητα. Μελετήστε μοτίβα και πηγές υπέρυθρου φάσματος.

υπέρυθρο φως(IR) - ηλεκτρομαγνητικές ακτίνες, οι οποίες ως προς τα μήκη κύματος υπερβαίνουν το ορατό (0,74-1 mm).

Εκμάθηση εργασίας

Κατανοήστε τις τρεις περιοχές του φάσματος IR και περιγράψτε τις διαδικασίες απορρόφησης και εκπομπής από τα μόρια.

Βασικές στιγμές

Το φως IR δέχεται το μεγαλύτερο μέρος της θερμικής ακτινοβολίας που παράγεται από τα σώματα σε θερμοκρασία δωματίου περίπου. Εκπέμπεται και απορροφάται εάν συμβούν αλλαγές στην περιστροφή και τη δόνηση των μορίων.
Το τμήμα IR του φάσματος μπορεί να χωριστεί σε τρεις περιοχές κατά μήκος κύματος: μακρινό υπέρυθρο (300-30 THz), μεσαίο (30-120 THz) και κοντινό (120-400 THz).
Το IR αναφέρεται επίσης ως θερμική ακτινοβολία.
Είναι σημαντικό να κατανοήσουμε την έννοια της εκπομπής για να κατανοήσουμε το IR.
Οι ακτίνες IR μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τον απομακρυσμένο προσδιορισμό της θερμοκρασίας των αντικειμένων (θερμογραφία).

Οροι

Θερμογραφία - απομακρυσμένος υπολογισμός των αλλαγών στη θερμοκρασία του σώματος.
Η θερμική ακτινοβολία είναι η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία που παράγεται από ένα σώμα λόγω της θερμοκρασίας.
Εκπομπή είναι η ικανότητα μιας επιφάνειας να ακτινοβολεί.

υπέρυθρα κύματα

Υπέρυθρο (IR) φως - ηλεκτρομαγνητικές ακτίνες, οι οποίες ως προς τα μήκη κύματος υπερτερούν του ορατού φωτός (0,74-1 mm). Η ζώνη υπερύθρων κυμάτων συγκλίνει με το εύρος συχνοτήτων 300-400 THz και φιλοξενεί μια τεράστια ποσότητα θερμικής ακτινοβολίας. Το φως IR απορροφάται και εκπέμπεται από τα μόρια καθώς αλλάζουν σε περιστροφή και δόνηση.

Εδώ είναι οι κύριες κατηγορίες ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων. Οι διαχωριστικές γραμμές διαφέρουν σε ορισμένα σημεία, ενώ άλλες κατηγορίες μπορεί να επικαλύπτονται. Τα μικροκύματα καταλαμβάνουν το τμήμα υψηλής συχνότητας του τμήματος ραδιοφώνου του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος

Υποκατηγορίες IR Waves

Το υπέρυθρο τμήμα του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος καλύπτει το εύρος από 300 GHz (1 mm) έως 400 THz (750 nm). Υπάρχουν τρεις τύποι υπέρυθρων κυμάτων:

Μακρινό IR: 300 GHz (1 mm) έως 30 THz (10 μm). Το κάτω μέρος μπορεί να ονομαστεί μικροκύματα. Αυτές οι ακτίνες απορροφώνται λόγω της περιστροφής στα μόρια της αέριας φάσης, των μοριακών κινήσεων στα υγρά και των φωτονίων στα στερεά. Το νερό στην ατμόσφαιρα της γης απορροφάται τόσο έντονα που την καθιστά αδιαφανή. Υπάρχουν όμως ορισμένα μήκη κύματος (παράθυρα) που χρησιμοποιούνται για μετάδοση.
Mid-IR: 30 έως 120 THz (10 έως 2,5 μm). Οι πηγές είναι καυτά αντικείμενα. Απορροφάται από δονήσεις μορίων (διάφορα άτομα δονούνται σε θέσεις ισορροπίας). Μερικές φορές αυτό το εύρος αναφέρεται ως δακτυλικό αποτύπωμα επειδή είναι ένα συγκεκριμένο φαινόμενο.
Πλησιέστερο IR: 120 έως 400 THz (2500-750 nm). Αυτές οι φυσικές διεργασίες μοιάζουν με αυτές που συμβαίνουν στο ορατό φως. Οι υψηλότερες συχνότητες μπορούν να βρεθούν με ορισμένους τύπους φωτογραφικών φιλμ και αισθητήρων για υπέρυθρες, φωτογραφία και βίντεο.

Θερμική και θερμική ακτινοβολία

Η υπέρυθρη ακτινοβολία ονομάζεται επίσης θερμική ακτινοβολία. Το IR φως από τον Ήλιο καλύπτει μόνο το 49% της γήινης θέρμανσης και το υπόλοιπο είναι ορατό φως (απορροφάται και αναπηδά σε μεγαλύτερα μήκη κύματος).

Η θερμότητα είναι ενέργεια σε μεταβατική μορφή που ρέει λόγω διαφορών στη θερμοκρασία. Εάν η θερμότητα μεταφέρεται με αγωγιμότητα ή μεταφορά, τότε η ακτινοβολία μπορεί να διαδοθεί στο κενό.

Για να κατανοήσουμε τις ακτίνες IR, η έννοια της εκπομπής πρέπει να εξεταστεί προσεκτικά.

Πηγές κυμάτων υπερύθρων

Οι άνθρωποι και το μεγαλύτερο μέρος του πλανητικού περιβάλλοντος δημιουργούν ακτίνες θερμότητας στα 10 μικρά. Αυτό είναι το όριο που χωρίζει τις μεσαίες και μακρινές περιοχές υπερύθρων. Πολλά αστρονομικά σώματα εκπέμπουν μια ανιχνεύσιμη ποσότητα IR σε μη θερμικά μήκη κύματος.

Οι ακτίνες IR μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τον υπολογισμό της θερμοκρασίας των αντικειμένων σε απόσταση. Αυτή η διαδικασία ονομάζεται θερμογραφία και χρησιμοποιείται πιο ενεργά σε στρατιωτική και βιομηχανική χρήση.

Θερμογραφική εικόνα του σκύλου και της γάτας

Τα κύματα υπερύθρων χρησιμοποιούνται επίσης στη θέρμανση, τις επικοινωνίες, τη μετεωρολογία, τη φασματοσκοπία, την αστρονομία, τη βιολογία και την ιατρική και την ανάλυση τέχνης.

Υπέρυθρη ακτινοβολία- ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία που καταλαμβάνει τη φασματική περιοχή μεταξύ του κόκκινου άκρου του ορατού φωτός (με μήκος κύματος λ = 0,74 microns και συχνότητα 430 THz) και της ραδιοακτινοβολίας μικροκυμάτων (λ ~ 1-2 mm, συχνότητα 300 GHz).

Ολόκληρο το φάσμα της υπέρυθρης ακτινοβολίας χωρίζεται υπό όρους σε τρεις περιοχές:

Το άκρο μεγάλου κύματος αυτού του εύρους διακρίνεται μερικές φορές σε ξεχωριστό εύρος ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων - ακτινοβολία terahertz (ακτινοβολία υποχιλιοστών).

Η υπέρυθρη ακτινοβολία ονομάζεται επίσης «θερμική ακτινοβολία», αφού η υπέρυθρη ακτινοβολία από θερμαινόμενα αντικείμενα γίνεται αντιληπτή από το ανθρώπινο δέρμα ως αίσθηση ζεστασιάς. Σε αυτή την περίπτωση, τα μήκη κύματος που εκπέμπονται από το σώμα εξαρτώνται από τη θερμοκρασία θέρμανσης: όσο υψηλότερη είναι η θερμοκρασία, τόσο μικρότερο είναι το μήκος κύματος και τόσο μεγαλύτερη είναι η ένταση της ακτινοβολίας. Το φάσμα εκπομπής ενός απόλυτα μαύρου σώματος σε σχετικά χαμηλές (έως και αρκετές χιλιάδες Kelvin) θερμοκρασίες βρίσκεται κυρίως σε αυτό το εύρος. Η υπέρυθρη ακτινοβολία εκπέμπεται από διεγερμένα άτομα ή ιόντα.

Εγκυκλοπαιδικό YouTube

1 / 3

✪ 36 Υπέρυθρη και υπεριώδης ακτινοβολία Κλίμακα ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων

✪ Πειράματα στη φυσική. Αντανάκλαση της υπέρυθρης ακτινοβολίας

✪ Ηλεκτρική θέρμανση (υπέρυθρη θέρμανση). Ποιο σύστημα θέρμανσης να επιλέξω;

Υπότιτλοι

Ιστορία ανακάλυψης και γενικά χαρακτηριστικά

Η υπέρυθρη ακτινοβολία ανακαλύφθηκε το 1800 από τον Άγγλο αστρονόμο W. Herschel. Ασχολούμενος με τη μελέτη του Ήλιου, ο Χέρσελ έψαχνε έναν τρόπο να μειώσει τη θέρμανση του οργάνου με το οποίο γίνονταν οι παρατηρήσεις. Χρησιμοποιώντας θερμόμετρα για τον προσδιορισμό των επιδράσεων διαφορετικών τμημάτων του ορατού φάσματος, ο Herschel διαπίστωσε ότι η «μέγιστη θερμότητα» βρίσκεται πίσω από το κορεσμένο κόκκινο χρώμα και, ίσως, «πίσω από την ορατή διάθλαση». Αυτή η μελέτη σηματοδότησε την αρχή της μελέτης της υπέρυθρης ακτινοβολίας.

Παλαιότερα, εργαστηριακές πηγές υπέρυθρης ακτινοβολίας ήταν αποκλειστικά πυρακτωμένα σώματα ή ηλεκτρικές εκκενώσεις σε αέρια. Τώρα, με βάση τα λέιζερ στερεάς κατάστασης και μοριακού αερίου, έχουν δημιουργηθεί σύγχρονες πηγές υπέρυθρης ακτινοβολίας με ρυθμιζόμενη ή σταθερή συχνότητα. Για την καταγραφή της ακτινοβολίας στην εγγύς υπέρυθρη περιοχή (έως ~1,3 μm), χρησιμοποιούνται ειδικές φωτογραφικές πλάκες. Ένα ευρύτερο εύρος ευαισθησίας (έως περίπου 25 μικρά) διαθέτουν οι φωτοηλεκτρικοί ανιχνευτές και οι φωτοαντιστάσεις. Η ακτινοβολία στην μακρινή υπέρυθρη περιοχή καταγράφεται από βολόμετρα - ανιχνευτές ευαίσθητους στη θέρμανση από υπέρυθρη ακτινοβολία.

Ο εξοπλισμός υπερύθρων χρησιμοποιείται ευρέως τόσο στη στρατιωτική τεχνολογία (για παράδειγμα, για καθοδήγηση πυραύλων) όσο και στην πολιτική τεχνολογία (για παράδειγμα, σε συστήματα επικοινωνίας οπτικών ινών). Τα οπτικά στοιχεία στα φασματόμετρα υπερύθρων είναι είτε φακοί και πρίσματα, είτε πλέγματα περίθλασης και κάτοπτρα. Για να αποφευχθεί η απορρόφηση της ακτινοβολίας στον αέρα, τα φασματόμετρα μακράς ακτινοβολίας κατασκευάζονται σε έκδοση κενού.

Δεδομένου ότι τα υπέρυθρα φάσματα σχετίζονται με περιστροφικές και δονητικές κινήσεις σε ένα μόριο, καθώς και με ηλεκτρονικές μεταβάσεις σε άτομα και μόρια, η φασματοσκοπία IR παρέχει σημαντικές πληροφορίες για τη δομή των ατόμων και των μορίων, καθώς και για τη δομή της ζώνης των κρυστάλλων.

Ζώνες υπέρυθρων

Τα αντικείμενα εκπέμπουν συνήθως υπέρυθρη ακτινοβολία σε ολόκληρο το φάσμα μήκους κύματος, αλλά μερικές φορές μόνο μια περιορισμένη περιοχή του φάσματος παρουσιάζει ενδιαφέρον επειδή οι αισθητήρες συνήθως συλλέγουν ακτινοβολία μόνο εντός ενός συγκεκριμένου εύρους ζώνης. Έτσι, η εμβέλεια υπερύθρων συχνά υποδιαιρείται σε μικρότερες περιοχές.

Το συνηθισμένο σχήμα διαίρεσης

Η πιο κοινή διαίρεση σε μικρότερες σειρές είναι η εξής:

Συντομογραφία	Μήκος κύματος	Ενέργεια φωτονίων	Χαρακτηριστικό γνώρισμα
Κοντά στο υπέρυθρο, NIR	0,75-1,4 μm	0,9-1,7 eV	Κοντά στο IR, περιορίζεται στη μία πλευρά από το ορατό φως, από την άλλη - από τη διαφάνεια του νερού, η οποία επιδεινώνεται σημαντικά στα 1,45 μm. Σε αυτό το εύρος λειτουργούν ευρέως διαδεδομένα υπέρυθρα LED και λέιζερ για οπτικές ίνες και αερομεταφερόμενα συστήματα οπτικής επικοινωνίας. Οι βιντεοκάμερες και οι συσκευές νυχτερινής όρασης που βασίζονται σε λυχνίες ενίσχυσης εικόνας είναι επίσης ευαίσθητες σε αυτό το εύρος.
Υπέρυθρες μικρού μήκους κύματος, SWIR	1,4-3 μm	0,4-0,9 eV	Η απορρόφηση της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας από το νερό αυξάνεται σημαντικά στα 1450 nm. Η περιοχή 1530-1560 nm κυριαρχεί στην περιοχή μεγάλων αποστάσεων.
Υπέρυθρο μεσαίου μήκους κύματος, MWIR	3-8 μm	150-400 meV	Σε αυτό το εύρος, τα σώματα που θερμαίνονται σε αρκετές εκατοντάδες βαθμούς Κελσίου αρχίζουν να ακτινοβολούν. Σε αυτό το εύρος, οι θερμικές κεφαλές των συστημάτων αεράμυνας και οι τεχνικές θερμικές συσκευές απεικόνισης είναι ευαίσθητες.
Υπέρυθρο μεγάλο μήκος κύματος, LWIR	8-15 μm	80-150 meV	Σε αυτό το εύρος, σώματα με θερμοκρασίες γύρω στους μηδέν βαθμούς Κελσίου αρχίζουν να ακτινοβολούν. Σε αυτό το εύρος, οι θερμικές συσκευές απεικόνισης για συσκευές νυχτερινής όρασης είναι ευαίσθητες.
Υπέρυθρο, FIR	15 - 1000 μm	1,2-80 meV

Σχέδιο CIE

Διεθνής Επιτροπή Φωτισμού International Commission on Illumination ) συνιστά τη διαίρεση της υπέρυθρης ακτινοβολίας στις ακόλουθες τρεις ομάδες:

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)

Σχήμα ISO 20473

θερμική ακτινοβολία

Η θερμική ακτινοβολία ή ακτινοβολία είναι η μεταφορά ενέργειας από το ένα σώμα στο άλλο με τη μορφή ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων που εκπέμπονται από σώματα λόγω της εσωτερικής τους ενέργειας. Η θερμική ακτινοβολία είναι κυρίως στην υπέρυθρη περιοχή του φάσματος από 0,74 μικρά έως 1000 μικρά. Ένα ιδιαίτερο χαρακτηριστικό της ακτινοβολούμενης μεταφοράς θερμότητας είναι ότι μπορεί να πραγματοποιηθεί μεταξύ σωμάτων που βρίσκονται όχι μόνο σε οποιοδήποτε μέσο, αλλά και στο κενό. Ένα παράδειγμα θερμικής ακτινοβολίας είναι το φως από έναν λαμπτήρα πυρακτώσεως. Η ισχύς θερμικής ακτινοβολίας ενός αντικειμένου που πληροί τα κριτήρια ενός απόλυτα μαύρου σώματος περιγράφεται από τον νόμο Stefan-Boltzmann. Η αναλογία της ακτινοβολίας και της απορροφητικής ικανότητας των σωμάτων περιγράφεται από τον νόμο-ακτινοβολία-Kirchhoff. Η θερμική ακτινοβολία είναι ένας από τους τρεις βασικούς τύπους μεταφοράς θερμικής ενέργειας (εκτός από τη θερμική αγωγιμότητα και τη συναγωγή). Η ακτινοβολία ισορροπίας είναι η θερμική ακτινοβολία που βρίσκεται σε θερμοδυναμική ισορροπία με την ύλη.

Εφαρμογή

Συσκευή νυχτερινής όρασης

Υπάρχουν διάφοροι τρόποι οπτικοποίησης μιας αόρατης υπέρυθρης εικόνας:

Οι σύγχρονες βιντεοκάμερες ημιαγωγών είναι ευαίσθητες στο κοντινό υπέρυθρο. Για την αποφυγή χρωματικών σφαλμάτων, οι συνηθισμένες οικιακές βιντεοκάμερες είναι εξοπλισμένες με ειδικό φίλτρο που κόβει την εικόνα υπερύθρων. Οι κάμερες για συστήματα ασφαλείας, κατά κανόνα, δεν διαθέτουν τέτοιο φίλτρο. Ωστόσο, τη νύχτα δεν υπάρχουν φυσικές πηγές σχεδόν υπερύθρων, επομένως χωρίς τεχνητό φωτισμό (για παράδειγμα, υπέρυθρες λυχνίες LED), τέτοιες κάμερες δεν θα δείχνουν τίποτα.
Σωλήνας ενίσχυσης εικόνας - μια φωτοηλεκτρονική συσκευή κενού που ενισχύει το φως στο ορατό φάσμα και κοντά στο υπέρυθρο. Έχει υψηλή ευαισθησία και μπορεί να δώσει εικόνα σε πολύ χαμηλό φωτισμό. Είναι ιστορικά οι πρώτες συσκευές νυχτερινής όρασης, που χρησιμοποιούνται ευρέως και επί του παρόντος σε φθηνές συσκευές νυχτερινής όρασης. Δεδομένου ότι λειτουργούν μόνο στο κοντινό IR, απαιτούν φωτισμό, όπως οι βιντεοκάμερες ημιαγωγών.
Βολόμετρο - θερμικός αισθητήρας. Τα βολόμετρα για τεχνικά συστήματα όρασης και συσκευές νυχτερινής όρασης είναι ευαίσθητα στο εύρος μήκους κύματος των 3..14 microns (mid-IR), που αντιστοιχεί στην ακτινοβολία σωμάτων που θερμαίνονται από 500 έως -50 βαθμούς Κελσίου. Έτσι, οι βολομετρικές συσκευές δεν απαιτούν εξωτερικό φωτισμό, καταγράφοντας την ακτινοβολία των ίδιων των αντικειμένων και δημιουργώντας μια εικόνα της διαφοράς θερμοκρασίας.

θερμογραφία

Η υπέρυθρη θερμογραφία, η θερμική εικόνα ή το θερμικό βίντεο, είναι ένας επιστημονικός τρόπος λήψης ενός θερμογράμματος - μια εικόνα σε υπέρυθρες ακτίνες που δείχνει μια εικόνα της κατανομής των πεδίων θερμοκρασίας. Οι θερμογραφικές κάμερες ή οι θερμικές συσκευές απεικόνισης ανιχνεύουν ακτινοβολία στο υπέρυθρο εύρος του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος (περίπου 900-14000 νανόμετρα ή 0,9-14 μm) και, με βάση αυτή την ακτινοβολία, δημιουργούν εικόνες που σας επιτρέπουν να προσδιορίσετε υπερθερμασμένα ή υπερψυκτικά μέρη. Δεδομένου ότι η υπέρυθρη ακτινοβολία εκπέμπεται από όλα τα αντικείμενα που έχουν θερμοκρασία, σύμφωνα με τον τύπο του Planck για την ακτινοβολία μαύρου σώματος, η θερμογραφία σας επιτρέπει να «δείτε» το περιβάλλον με ή χωρίς ορατό φως. Η ποσότητα της ακτινοβολίας που εκπέμπεται από ένα αντικείμενο αυξάνεται καθώς αυξάνεται η θερμοκρασία του, επομένως η θερμογραφία μας επιτρέπει να δούμε διαφορές στη θερμοκρασία. Όταν κοιτάμε μέσα από ένα θερμικό σύστημα απεικόνισης, τα θερμά αντικείμενα φαίνονται καλύτερα από αυτά που έχουν ψυχθεί σε θερμοκρασία περιβάλλοντος. οι άνθρωποι και τα θερμόαιμα ζώα είναι πιο εύκολα ορατοί στο περιβάλλον, τόσο την ημέρα όσο και τη νύχτα. Ως αποτέλεσμα, η προώθηση της χρήσης της θερμογραφίας μπορεί να αποδοθεί στις στρατιωτικές υπηρεσίες και τις υπηρεσίες ασφαλείας.

υπέρυθρη εστίαση

Υπέρυθρη κεφαλή υποδοχής - μια κεφαλή υποδοχής που λειτουργεί με βάση την αρχή της σύλληψης υπέρυθρων κυμάτων που εκπέμπονται από έναν συλλαμβανόμενο στόχο. Είναι μια οπτικο-ηλεκτρονική συσκευή που έχει σχεδιαστεί για να αναγνωρίζει έναν στόχο στο περιβάλλον φόντο και να εκδίδει σήμα σύλληψης σε μια συσκευή αυτόματης παρατήρησης (APU), καθώς και να μετράει και να εκπέμπει ένα σήμα της γωνιακής ταχύτητας της οπτικής γωνίας στο αυτόματος πιλότος.

Υπέρυθρη θερμάστρα

Μεταφορά δεδομένων

Η εξάπλωση των υπέρυθρων LED, των λέιζερ και των φωτοδιόδων κατέστησε δυνατή τη δημιουργία μιας ασύρματης μεθόδου οπτικής μετάδοσης δεδομένων βάσει αυτών. Στην τεχνολογία υπολογιστών, χρησιμοποιείται συνήθως για τη σύνδεση υπολογιστών με περιφερειακές συσκευές (διεπαφή IrDA). Σε αντίθεση με το ραδιοφωνικό κανάλι, το κανάλι υπερύθρων δεν είναι ευαίσθητο στις ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές και αυτό του επιτρέπει να χρησιμοποιείται σε βιομηχανικές συνθήκες. Τα μειονεκτήματα του καναλιού υπερύθρων περιλαμβάνουν την ανάγκη για οπτικά παράθυρα στον εξοπλισμό, τον σωστό σχετικό προσανατολισμό των συσκευών, τους χαμηλούς ρυθμούς μετάδοσης (συνήθως δεν υπερβαίνουν τα 5-10 Mbps, αλλά είναι δυνατοί σημαντικά υψηλότεροι ρυθμοί κατά τη χρήση λέιζερ υπερύθρων). Επιπλέον, δεν διασφαλίζεται το απόρρητο της μεταφοράς πληροφοριών. Σε συνθήκες οπτικής επαφής, ένα κανάλι υπερύθρων μπορεί να παρέχει επικοινωνία σε αποστάσεις πολλών χιλιομέτρων, αλλά είναι πιο βολικό για τη σύνδεση υπολογιστών που βρίσκονται στο ίδιο δωμάτιο, όπου οι αντανακλάσεις από τους τοίχους του δωματίου παρέχουν μια σταθερή και αξιόπιστη σύνδεση. Ο πιο φυσικός τύπος τοπολογίας εδώ είναι το "bus" (δηλαδή, το μεταδιδόμενο σήμα λαμβάνεται ταυτόχρονα από όλους τους συνδρομητές). Το υπέρυθρο κανάλι δεν μπορούσε να χρησιμοποιηθεί ευρέως, αντικαταστάθηκε από το ραδιοφωνικό κανάλι.

Η θερμική ακτινοβολία χρησιμοποιείται επίσης για τη λήψη προειδοποιητικών σημάτων.

Τηλεχειριστήριο

Οι υπέρυθρες δίοδοι και οι φωτοδίοδοι χρησιμοποιούνται ευρέως σε πίνακες τηλεχειρισμού, συστήματα αυτοματισμού, συστήματα ασφαλείας, ορισμένα κινητά τηλέφωνα (θύρα υπερύθρων) κ.λπ. Οι υπέρυθρες ακτίνες δεν αποσπούν την προσοχή του ατόμου λόγω της αορατότητάς τους.

Είναι ενδιαφέρον ότι η υπέρυθρη ακτινοβολία ενός οικιακού τηλεχειριστηρίου καταγράφεται εύκολα χρησιμοποιώντας μια ψηφιακή κάμερα.

Το φάρμακο

Η πιο ευρέως χρησιμοποιούμενη υπέρυθρη ακτινοβολία στην ιατρική βρίσκεται σε διάφορους αισθητήρες ροής αίματος (PPG).

Οι ευρέως διαδεδομένοι μετρητές παλμών (HR, HR - Heart Rate) και κορεσμού οξυγόνου αίματος (Sp02) χρησιμοποιούν πράσινες (για παλμούς) και κόκκινες και υπέρυθρες (για SpO2) ακτινοβολίες LED.

Η υπέρυθρη ακτινοβολία λέιζερ χρησιμοποιείται στην τεχνική DLS (Digital Light Scattering) για τον προσδιορισμό του παλμού και των χαρακτηριστικών ροής αίματος.

Οι υπέρυθρες ακτίνες χρησιμοποιούνται στη φυσιοθεραπεία.

Επίδραση της υπέρυθρης ακτινοβολίας μακρών κυμάτων:

Διέγερση και βελτίωση της κυκλοφορίας του αίματος Όταν εκτίθεται στο δέρμα σε υπέρυθρη ακτινοβολία μεγάλου κύματος, οι υποδοχείς του δέρματος ερεθίζονται και, λόγω της αντίδρασης του υποθαλάμου, χαλαρώνουν οι λείοι μύες των αιμοφόρων αγγείων, με αποτέλεσμα τα αγγεία να διαστέλλονται.
Βελτίωση των μεταβολικών διεργασιών. Η θερμική επίδραση της υπέρυθρης ακτινοβολίας διεγείρει τη δραστηριότητα σε κυτταρικό επίπεδο, βελτιώνει τις διαδικασίες νευρορύθμισης και μεταβολισμού.

Αποστείρωση τροφίμων

Με τη βοήθεια της υπέρυθρης ακτινοβολίας, τα τρόφιμα αποστειρώνονται με σκοπό την απολύμανση.

βιομηχανία τροφίμων

Ένα χαρακτηριστικό της χρήσης υπέρυθρης ακτινοβολίας στη βιομηχανία τροφίμων είναι η δυνατότητα διείσδυσης ενός ηλεκτρομαγνητικού κύματος σε τέτοια τριχοειδή πορώδη προϊόντα όπως δημητριακά, δημητριακά, αλεύρι κ.λπ. σε βάθος έως και 7 mm. Αυτή η τιμή εξαρτάται από τη φύση της επιφάνειας, τη δομή, τις ιδιότητες του υλικού και την απόκριση συχνότητας της ακτινοβολίας. Ένα ηλεκτρομαγνητικό κύμα συγκεκριμένου εύρους συχνοτήτων δεν έχει μόνο θερμική, αλλά και βιολογική επίδραση στο προϊόν, βοηθά στην επιτάχυνση των βιοχημικών μετασχηματισμών σε βιολογικά πολυμερή (

Το υπέρυθρο φως είναι οπτικά απρόσιτο για την ανθρώπινη όραση. Εν τω μεταξύ, τα μακρά υπέρυθρα κύματα γίνονται αντιληπτά από το ανθρώπινο σώμα ως θερμότητα. Το υπέρυθρο φως έχει κάποιες ιδιότητες του ορατού φωτός. Η ακτινοβολία αυτής της μορφής προσφέρεται για εστίαση, αντανακλάται και πολώνεται. Θεωρητικά, το φως IR ερμηνεύεται περισσότερο ως υπέρυθρη ακτινοβολία (IR). Το Space IR καταλαμβάνει το φασματικό εύρος της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας 700 nm - 1 mm. Τα κύματα υπερύθρων είναι μακρύτερα από το ορατό φως και μικρότερα από τα ραδιοκύματα. Αντίστοιχα, οι συχνότητες υπερύθρων είναι υψηλότερες από τις συχνότητες μικροκυμάτων και χαμηλότερες από τις συχνότητες του ορατού φωτός. Η συχνότητα IR περιορίζεται στο εύρος των 300 GHz - 400 THz.

Τα υπέρυθρα κύματα ανακαλύφθηκαν από τον Βρετανό αστρονόμο William Herschel. Η ανακάλυψη καταγράφηκε το 1800. Χρησιμοποιώντας γυάλινα πρίσματα στα πειράματά του, ο επιστήμονας διερεύνησε με αυτόν τον τρόπο τη δυνατότητα διαίρεσης του ηλιακού φωτός σε ξεχωριστά συστατικά.

Όταν ο William Herschel έπρεπε να μετρήσει τη θερμοκρασία μεμονωμένων λουλουδιών, ανακάλυψε έναν παράγοντα στην αύξηση της θερμοκρασίας όταν περνούσε από τις ακόλουθες σειρές διαδοχικά:

βιολέτα,
μπλε,
χόρτα,
ΚΡΟΚΟΣ ΑΥΓΟΥ,
πορτοκάλι,
το κόκκινο.

Εύρος κυμάτων και συχνότητας ακτινοβολίας IR

Με βάση το μήκος κύματος, οι επιστήμονες διαιρούν υπό όρους την υπέρυθρη ακτινοβολία σε πολλά φασματικά μέρη. Ωστόσο, δεν υπάρχει ενιαίος ορισμός των ορίων κάθε επιμέρους τμήματος.

Κλίμακα ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας: 1 - ραδιοκύματα. 2 - φούρνοι μικροκυμάτων. 3 - Κύματα υπερύθρων. 4 - ορατό φως. 5 - υπεριώδες? 6 - ακτίνες Χ. 7 - ακτίνες γάμμα. B είναι το εύρος μήκους κύματος. E - ενέργεια

Θεωρητικά, ορίζονται τρεις περιοχές κυμάτων:

Κοντά
Μέση τιμή
Περαιτέρω

Η εγγύς υπέρυθρη περιοχή χαρακτηρίζεται από μήκη κύματος κοντά στο τέλος του φάσματος του ορατού φωτός. Το κατά προσέγγιση υπολογισμένο τμήμα κύματος υποδεικνύεται εδώ με το μήκος: 750 - 1300 nm (0,75 - 1,3 μικρά). Η συχνότητα ακτινοβολίας είναι περίπου 215-400 Hz. Η μικρή εμβέλεια υπερύθρων θα εκπέμπει ελάχιστη θερμότητα.

Μέσο εύρος υπερύθρων (ενδιάμεσο), καλύπτει μήκη κύματος 1300-3000 nm (1,3 - 3 μικρά). Οι συχνότητες μετρώνται εδώ στην περιοχή 20-215 THz. Το επίπεδο της ακτινοβολούμενης θερμότητας είναι σχετικά χαμηλό.

Η μακρινή εμβέλεια υπερύθρων είναι πιο κοντά στην περιοχή των μικροκυμάτων. Ευθυγράμμιση: 3-1000 microns. Εύρος συχνοτήτων 0,3-20 THz. Αυτή η ομάδα αποτελείται από μικρά μήκη κύματος στο μέγιστο διάστημα συχνότητας. Εδώ εκπέμπεται η μέγιστη θερμότητα.

Εφαρμογή υπέρυθρης ακτινοβολίας

Οι ακτίνες IR έχουν χρησιμοποιηθεί σε διάφορους τομείς. Μεταξύ των πιο διάσημων συσκευών είναι οι θερμικές συσκευές απεικόνισης, ο εξοπλισμός νυχτερινής όρασης κ.λπ. Εξοπλισμός επικοινωνίας και δικτύου Η λυχνία υπερύθρων χρησιμοποιείται τόσο σε ενσύρματες όσο και σε ασύρματες λειτουργίες.

Ένα παράδειγμα λειτουργίας μιας ηλεκτρονικής συσκευής - μιας θερμικής απεικόνισης, η αρχή της οποίας βασίζεται στη χρήση υπέρυθρης ακτινοβολίας. Και αυτό είναι μόνο ένα παράδειγμα από πολλά άλλα.

Τα τηλεχειριστήρια είναι εξοπλισμένα με σύστημα επικοινωνίας IR μικρής εμβέλειας, όπου το σήμα μεταδίδεται μέσω IR LED. Παράδειγμα: κοινές οικιακές συσκευές - τηλεοράσεις, κλιματιστικά, συσκευές αναπαραγωγής. Το υπέρυθρο φως μεταδίδει δεδομένα μέσω συστημάτων καλωδίων οπτικών ινών.

Επιπλέον, η υπέρυθρη ακτινοβολία χρησιμοποιείται ενεργά από την ερευνητική αστρονομία για τη μελέτη του διαστήματος. Χάρη στην υπέρυθρη ακτινοβολία είναι δυνατός ο εντοπισμός διαστημικών αντικειμένων που είναι αόρατα στο ανθρώπινο μάτι.

Ελάχιστα γνωστά γεγονότα για το IR φως

Τα ανθρώπινα μάτια πραγματικά δεν μπορούν να δουν τις υπέρυθρες ακτίνες. Αλλά το δέρμα του ανθρώπινου σώματος είναι σε θέση να τα «βλέπει», να αντιδρά στα φωτόνια και όχι μόνο στη θερμική ακτινοβολία.

Η επιφάνεια του δέρματος στην πραγματικότητα λειτουργεί ως «βολβός του ματιού». Εάν βγαίνετε έξω μια ηλιόλουστη μέρα, κλείσετε τα μάτια σας και τεντώσετε τις παλάμες σας μέχρι τον ουρανό, μπορείτε εύκολα να βρείτε τη θέση του ήλιου.

Το χειμώνα, σε ένα δωμάτιο όπου η θερμοκρασία του αέρα είναι 21-22ºС, ντυμένος ζεστά (πουλόβερ, παντελόνι). Το καλοκαίρι, στο ίδιο δωμάτιο, στην ίδια θερμοκρασία, οι άνθρωποι νιώθουν επίσης άνετα, αλλά με πιο ελαφριά ρούχα (σορτς, μπλουζάκι).

Είναι εύκολο να εξηγηθεί αυτό το φαινόμενο: παρά την ίδια θερμοκρασία αέρα, οι τοίχοι και η οροφή του δωματίου το καλοκαίρι εκπέμπουν περισσότερα κύματα υπερύθρων που μεταφέρονται από το ηλιακό φως (FIR - Far Infrared). Ως εκ τούτου, το ανθρώπινο σώμα στην ίδια θερμοκρασία, το καλοκαίρι αντιλαμβάνεται περισσότερη ζέστη.

Η θερμότητα υπερύθρων αναπαράγεται από οποιονδήποτε ζωντανό οργανισμό και άψυχο αντικείμενο. Στην οθόνη του θερμοεικονογράφου, αυτή η στιγμή σημειώνεται περισσότερο από ξεκάθαρα.

Ζεύγη ανθρώπων που κοιμούνται στο ίδιο κρεβάτι είναι ακούσια πομποί και δέκτες κυμάτων FIR σε σχέση μεταξύ τους. Εάν ένα άτομο είναι μόνο του στο κρεβάτι, ενεργεί ως πομπός των κυμάτων FIR, αλλά δεν λαμβάνει πλέον τα ίδια κύματα σε αντάλλαγμα.

Όταν οι άνθρωποι μιλούν μεταξύ τους, στέλνουν και λαμβάνουν ακούσια δονήσεις κυμάτων FIR μεταξύ τους. Οι φιλικές (αγάπης) αγκαλιές ενεργοποιούν επίσης τη μετάδοση της ακτινοβολίας FIR μεταξύ των ανθρώπων.

Πώς αντιλαμβάνεται η φύση το υπέρυθρο φως;

Οι άνθρωποι δεν μπορούν να δουν το υπέρυθρο φως, αλλά τα φίδια της οικογένειας των οχιών ή οι κροταλίες (όπως οι κροταλίες) έχουν αισθητηριακές «λάκκους» που χρησιμοποιούνται για την απεικόνιση του υπέρυθρου φωτός.

Αυτή η ιδιότητα επιτρέπει στα φίδια να ανιχνεύουν θερμόαιμα ζώα στο απόλυτο σκοτάδι. Τα φίδια με δύο αισθητηριακές κοιλότητες πιστεύεται ότι έχουν κάποια υπέρυθρη αντίληψη βάθους.

Ιδιότητες του φιδιού IR: 1, 2 - ευαίσθητες ζώνες της αισθητήριας κοιλότητας. 3 - κοιλότητα μεμβράνης. 4 - εσωτερική κοιλότητα. 5 - ίνα MG; 6 - εξωτερική κοιλότητα

Τα ψάρια χρησιμοποιούν με επιτυχία το φως εγγύς υπέρυθρο (NIR) για να αιχμαλωτίσουν τη λεία και να πλοηγηθούν σε υδάτινες περιοχές. Αυτή η αίσθηση του NIR βοηθά τα ψάρια να πλοηγούνται με ακρίβεια σε συνθήκες χαμηλού φωτισμού, στο σκοτάδι ή σε θολό νερό.

Η υπέρυθρη ακτινοβολία παίζει σημαντικό ρόλο στη διαμόρφωση του καιρού και του κλίματος της Γης, όπως και το ηλιακό φως. Η συνολική μάζα του ηλιακού φωτός που απορροφάται από τη Γη, σε ίση ποσότητα ακτινοβολίας υπερύθρων, πρέπει να ταξιδέψει από τη Γη πίσω στο διάστημα. Διαφορετικά, η υπερθέρμανση του πλανήτη ή η παγκόσμια ψύξη είναι αναπόφευκτη.

Υπάρχει ένας προφανής λόγος για τον οποίο ο αέρας ψύχεται γρήγορα σε μια ξηρή νύχτα. Το χαμηλό επίπεδο υγρασίας και η απουσία νεφών στον ουρανό ανοίγουν έναν ελεύθερο δρόμο για υπέρυθρη ακτινοβολία. Οι υπέρυθρες ακτίνες εισέρχονται στο διάστημα πιο γρήγορα και, κατά συνέπεια, απομακρύνουν τη θερμότητα πιο γρήγορα.

Ένα σημαντικό μέρος αυτού που έρχεται στη Γη είναι το υπέρυθρο φως. Κάθε φυσικός οργανισμός ή αντικείμενο έχει θερμοκρασία, που σημαίνει ότι απελευθερώνει υπέρυθρη ενέργεια. Ακόμη και αντικείμενα που είναι a priori κρύα (όπως τα παγάκια) εκπέμπουν υπέρυθρο φως.

Τεχνικό δυναμικό της υπέρυθρης ζώνης

Οι τεχνικές δυνατότητες των ακτίνων IR είναι απεριόριστες. Πολλά παραδείγματα. Η υπέρυθρη παρακολούθηση (homing) χρησιμοποιείται σε συστήματα παθητικού ελέγχου πυραύλων. Στην περίπτωση αυτή χρησιμοποιείται ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία από τον στόχο, που λαμβάνεται στο υπέρυθρο τμήμα του φάσματος.

Συστήματα παρακολούθησης στόχων: 1, 4 - θάλαμος καύσης. 2, 6 - σχετικά μεγάλη εξάτμιση φλόγας. 5 - ψυχρή ροή που παρακάμπτει τον θερμό θάλαμο. 3, 7 - εκχωρήθηκε σημαντική υπογραφή IR

Οι καιρικοί δορυφόροι εξοπλισμένοι με ραδιόμετρα σάρωσης παράγουν θερμικές εικόνες, οι οποίες στη συνέχεια επιτρέπουν αναλυτικές μεθόδους για τον προσδιορισμό των υψών και των τύπων των νεφών, τον υπολογισμό της θερμοκρασίας της ξηράς και των επιφανειακών υδάτων και τον προσδιορισμό των χαρακτηριστικών της επιφάνειας των ωκεανών.

Η υπέρυθρη ακτινοβολία είναι ο πιο συνηθισμένος τρόπος για τον απομακρυσμένο έλεγχο διαφόρων συσκευών. Με βάση την τεχνολογία FIR, αναπτύσσονται και παράγονται πολλά προϊόντα. Οι Ιάπωνες διέπρεψαν εδώ. Ακολουθούν μερικά μόνο παραδείγματα δημοφιλή στην Ιαπωνία και σε όλο τον κόσμο:

ειδικά μαξιλαράκια και θερμάστρες FIR.
Πλάκες FIR για να διατηρούνται φρέσκα τα ψάρια και τα λαχανικά για μεγάλο χρονικό διάστημα.
Κεραμικό χαρτί και κεραμικά FIR?
υφασμάτινα γάντια FIR, μπουφάν, καθίσματα αυτοκινήτου.
Στεγνωτήρας FIR κομμωτηρίου, που μειώνει τη ζημιά στα μαλλιά.

Η υπέρυθρη ανακλαστικότητα (συντήρηση τέχνης) χρησιμοποιείται για τη μελέτη ζωγραφικής, βοηθώντας στην αποκάλυψη των υποκείμενων στρωμάτων χωρίς να καταστρέφεται η δομή. Αυτή η τεχνική βοηθά στην αποκάλυψη των λεπτομερειών που κρύβονται κάτω από το σχέδιο του καλλιτέχνη.

Με αυτόν τον τρόπο προσδιορίζεται αν ο σημερινός πίνακας είναι ένα πρωτότυπο έργο τέχνης ή απλώς ένα αντίγραφο επαγγελματικά φτιαγμένο. Καθορίζονται επίσης οι αλλαγές που σχετίζονται με τις εργασίες αποκατάστασης σε έργα τέχνης.

Ακτίνες IR: επιπτώσεις στην ανθρώπινη υγεία

Οι ευεργετικές επιδράσεις του ηλιακού φωτός στην ανθρώπινη υγεία έχουν αποδειχθεί επιστημονικά. Ωστόσο, η υπερβολική έκθεση στην ηλιακή ακτινοβολία είναι δυνητικά επικίνδυνη. Το ηλιακό φως περιέχει υπεριώδεις ακτίνες, η δράση των οποίων καίει το δέρμα του ανθρώπινου σώματος.

Οι υπέρυθρες σάουνες μαζικής χρήσης είναι ευρέως διαδεδομένες στην Ιαπωνία και την Κίνα. Και η τάση προς την ανάπτυξη αυτής της μεθόδου θεραπείας μόνο εντείνεται.

Εν τω μεταξύ, το πολύ υπέρυθρο παρέχει όλα τα οφέλη για την υγεία του φυσικού ηλιακού φωτός. Αυτό εξαλείφει εντελώς τις επικίνδυνες επιπτώσεις της ηλιακής ακτινοβολίας.

Με την εφαρμογή της τεχνολογίας αναπαραγωγής ακτίνας υπερύθρων, επιτυγχάνεται πλήρης έλεγχος θερμοκρασίας (), απεριόριστο ηλιακό φως. Αλλά αυτά δεν είναι όλα γνωστά γεγονότα σχετικά με τα οφέλη της υπέρυθρης ακτινοβολίας:

Οι μακρινές υπέρυθρες ακτίνες ενισχύουν το καρδιαγγειακό σύστημα, σταθεροποιούν τον καρδιακό ρυθμό, αυξάνουν την καρδιακή παροχή, ενώ μειώνουν τη διαστολική αρτηριακή πίεση.
Η διέγερση της καρδιαγγειακής λειτουργίας με μακρινό υπέρυθρο φως είναι ένας ιδανικός τρόπος διατήρησης ενός φυσιολογικού καρδιαγγειακού συστήματος. Υπάρχει μια εμπειρία Αμερικανών αστροναυτών κατά τη διάρκεια μιας μεγάλης διαστημικής πτήσης.
Οι μακρινές υπέρυθρες ακτίνες IR με θερμοκρασίες πάνω από 40°C αποδυναμώνουν και τελικά σκοτώνουν τα καρκινικά κύτταρα. Το γεγονός αυτό επιβεβαιώνεται από την Αμερικανική Αντικαρκινική Εταιρεία και το Εθνικό Ινστιτούτο Καρκίνου.
Οι υπέρυθρες σάουνες χρησιμοποιούνται συχνά στην Ιαπωνία και την Κορέα (θεραπεία υπερθερμίας ή θεραπεία με Waon) για τη θεραπεία καρδιαγγειακών παθήσεων, ιδιαίτερα της χρόνιας καρδιακής ανεπάρκειας και της περιφερικής αρτηριακής νόσου.
Ερευνητικά αποτελέσματα που δημοσιεύθηκαν στο περιοδικό Neuropsychiatric Disease and Treatment δείχνουν τις υπέρυθρες ακτίνες ως μια «ιατρική ανακάλυψη» στη θεραπεία της τραυματικής εγκεφαλικής βλάβης.
Η υπέρυθρη σάουνα θεωρείται επτά φορές πιο αποτελεσματική στην απομάκρυνση των βαρέων μετάλλων, της χοληστερόλης, του αλκοόλ, της νικοτίνης, της αμμωνίας, του θειικού οξέος και άλλων τοξινών από το σώμα.
Τέλος, η θεραπεία FIR στην Ιαπωνία και την Κίνα βρέθηκε στην κορυφή μεταξύ των αποτελεσματικών τρόπων θεραπείας του άσθματος, της βρογχίτιδας, του κρυολογήματος, της γρίπης, της ιγμορίτιδας. Σημειώνεται ότι η θεραπεία FIR αφαιρεί φλεγμονές, πρήξιμο, μπλοκαρίσματα βλεννογόνων.

Υπέρυθρο φως και διάρκεια ζωής 200 χρόνια

Η υπέρυθρη ακτινοβολία είναι ένας τύπος ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας που συνορεύει με το κόκκινο τμήμα του φάσματος του ορατού φωτός στη μία πλευρά και τα μικροκύματα από την άλλη. Μήκος κύματος - από 0,74 έως 1000-2000 μικρόμετρα. Τα υπέρυθρα κύματα ονομάζονται επίσης «θερμικά». Ανάλογα με το μήκος κύματος χωρίζονται σε τρεις ομάδες:

βραχέων κυμάτων (0,74-2,5 μικρόμετρα);

μεσαίο κύμα (μεγαλύτερο από 2,5, μικρότερο από 50 μικρόμετρα).

μακρύ κύμα (πάνω από 50 μικρόμετρα).

Πηγές υπέρυθρης ακτινοβολίας

Στον πλανήτη μας, η υπέρυθρη ακτινοβολία δεν είναι καθόλου ασυνήθιστη. Σχεδόν οποιαδήποτε θερμότητα είναι η επίδραση της έκθεσης σε υπέρυθρες ακτίνες. Δεν έχει σημασία τι είναι: το φως του ήλιου, η θερμότητα του σώματός μας ή η θερμότητα που προέρχεται από τις συσκευές θέρμανσης.

Το υπέρυθρο τμήμα της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας δεν θερμαίνει το χώρο, αλλά απευθείας το ίδιο το αντικείμενο. Σε αυτήν την αρχή βασίζεται το έργο των υπέρυθρων λαμπτήρων. Και ο Ήλιος θερμαίνει τη Γη με τον ίδιο τρόπο.

Επίδραση στους ζωντανούς οργανισμούς

Προς το παρόν, η επιστήμη δεν γνωρίζει τα επιβεβαιωμένα γεγονότα της αρνητικής επίδρασης των υπέρυθρων ακτίνων στο ανθρώπινο σώμα. Εκτός εάν λόγω πολύ έντονης ακτινοβολίας, μπορεί να καταστραφεί η βλεννογόνος μεμβράνη των ματιών.

Αλλά μπορούμε να μιλάμε για τα οφέλη για πολύ καιρό. Το 1996, επιστήμονες από τις ΗΠΑ, την Ιαπωνία και την Ολλανδία επιβεβαίωσαν μια σειρά από θετικά ιατρικά στοιχεία. Θερμική ακτινοβολία:

καταστρέφει ορισμένους τύπους ιού ηπατίτιδας.

αναστέλλει και επιβραδύνει την ανάπτυξη των καρκινικών κυττάρων.

έχει την ικανότητα να εξουδετερώνει τα επιβλαβή ηλεκτρομαγνητικά πεδία και την ακτινοβολία. Συμπεριλαμβανομένων των ραδιενεργών?

βοηθά τους διαβητικούς να παράγουν ινσουλίνη.

μπορεί να βοηθήσει με τη δυστροφία.

βελτίωση της κατάστασης του σώματος με ψωρίαση.

Κάτω από την κατάσταση της υγείας βελτιώνεται, τα εσωτερικά όργανα αρχίζουν να λειτουργούν πιο αποτελεσματικά. Η διατροφή των μυών αυξάνεται, η δύναμη του ανοσοποιητικού συστήματος αυξάνεται πολύ. Είναι γνωστό ότι ελλείψει υπέρυθρης ακτινοβολίας, το σώμα γερνά αισθητά πιο γρήγορα.

Οι υπέρυθρες ακτίνες ονομάζονται επίσης «ακτίνες της ζωής». Υπό την επιρροή τους γεννήθηκε η ζωή.

Η χρήση των υπέρυθρων ακτίνων στην ανθρώπινη ζωή

Το υπέρυθρο φως χρησιμοποιείται όχι λιγότερο ευρέως από ό,τι συνηθίζεται. Ίσως θα είναι πολύ δύσκολο να βρεθεί τουλάχιστον ένας τομέας της εθνικής οικονομίας όπου το υπέρυθρο τμήμα των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων δεν έχει βρει εφαρμογή. Παραθέτουμε τους πιο γνωστούς τομείς εφαρμογής:

πόλεμος. Οι κεφαλές πυραύλων ή οι συσκευές νυχτερινής όρασης είναι αποτέλεσμα της χρήσης υπέρυθρης ακτινοβολίας.

Η θερμογραφία χρησιμοποιείται ευρέως στην επιστήμη για τον προσδιορισμό των υπερθερμανθέντων ή υπερψυκτών τμημάτων του υπό μελέτη αντικειμένου. Οι υπέρυθρες εικόνες χρησιμοποιούνται επίσης ευρέως στην αστρονομία, μαζί με άλλους τύπους ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων.

οικιακές θερμάστρες. Σε αντίθεση με τα convectors, τέτοιες συσκευές χρησιμοποιούν ενέργεια ακτινοβολίας για να θερμάνουν όλα τα αντικείμενα στο δωμάτιο. Και ήδη περαιτέρω, τα εσωτερικά αντικείμενα εκπέμπουν θερμότητα στον περιβάλλοντα αέρα.

μετάδοση δεδομένων και τηλεχειριστήριο. Ναι, όλα τα τηλεχειριστήρια για τηλεοράσεις, μαγνητόφωνα και κλιματιστικά χρησιμοποιούν υπέρυθρες ακτίνες.

απολύμανση στη βιομηχανία τροφίμων

το φάρμακο. Θεραπεία και πρόληψη πολλών διαφορετικών τύπων ασθενειών.

Οι υπέρυθρες ακτίνες είναι ένα σχετικά μικρό μέρος της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας. Δεδομένου ότι είναι ένας φυσικός τρόπος μεταφοράς θερμότητας, καμία διαδικασία ζωής στον πλανήτη μας δεν μπορεί να κάνει χωρίς αυτόν.

ΥΠΕΡΥΘΡΗ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ (IR ακτινοβολία, ακτίνες IR), ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία με μήκη κύματος λ από περίπου 0,74 microns έως περίπου 1-2 mm, δηλαδή ακτινοβολία που καταλαμβάνει τη φασματική περιοχή μεταξύ του κόκκινου άκρου της ορατής ακτινοβολίας και της ραδιοακτινοβολίας βραχέων κυμάτων (υποχιλιοστών). Η υπέρυθρη ακτινοβολία αναφέρεται στην οπτική ακτινοβολία, αλλά σε αντίθεση με την ορατή ακτινοβολία, δεν γίνεται αντιληπτή από το ανθρώπινο μάτι. Αλληλεπιδρώντας με την επιφάνεια των σωμάτων, τα θερμαίνει, γι' αυτό συχνά ονομάζεται θερμική ακτινοβολία. Συμβατικά, η περιοχή της υπέρυθρης ακτινοβολίας χωρίζεται σε κοντινή (λ = 0,74-2,5 μικρά), μεσαία (2,5-50 μικρά) και μακριά (50-2000 μικρά). Η υπέρυθρη ακτινοβολία ανακαλύφθηκε από τον W. Herschel (1800) και ανεξάρτητα από τον W. Wollaston (1802).

Τα υπέρυθρα φάσματα μπορεί να είναι ευθύγραμμα (ατομικά φάσματα), συνεχή (φάσματα συμπυκνωμένης ύλης) ή ριγέ (μοριακά φάσματα). Οι οπτικές ιδιότητες (μετάδοση, ανάκλαση, διάθλαση κ.λπ.) των ουσιών στην υπέρυθρη ακτινοβολία, κατά κανόνα, διαφέρουν σημαντικά από τις αντίστοιχες ιδιότητες στην ορατή ή υπεριώδη ακτινοβολία. Πολλές ουσίες που είναι διαφανείς στο ορατό φως είναι αδιαφανείς στην υπέρυθρη ακτινοβολία ορισμένων μηκών κύματος και αντίστροφα. Έτσι, ένα στρώμα νερού πάχους πολλών εκατοστών είναι αδιαφανές στην υπέρυθρη ακτινοβολία με λ > 1 μm, επομένως το νερό χρησιμοποιείται συχνά ως φίλτρο θερμικής θωράκισης. Οι πλάκες Ge και Si, αδιαφανείς στην ορατή ακτινοβολία, είναι διαφανείς στην υπέρυθρη ακτινοβολία ορισμένων μηκών κύματος, το μαύρο χαρτί είναι διαφανές στην μακρινή υπέρυθρη περιοχή (τέτοιες ουσίες χρησιμοποιούνται ως φίλτρα φωτός όταν εκπέμπουν υπέρυθρη ακτινοβολία).

Η ανακλαστικότητα των περισσότερων μετάλλων στην υπέρυθρη ακτινοβολία είναι πολύ μεγαλύτερη από ό,τι στην ορατή ακτινοβολία και αυξάνεται με την αύξηση του μήκους κύματος (βλ. Οπτική μετάλλων). Έτσι, η ανάκλαση των επιφανειών Al, Au, Ag, Cu της υπέρυθρης ακτινοβολίας με λ = 10 μm φτάνει το 98%. Οι υγρές και στερεές μη μεταλλικές ουσίες έχουν επιλεκτική (ανάλογα με το μήκος κύματος) ανάκλαση της υπέρυθρης ακτινοβολίας, η θέση των μεγίστων της οποίας εξαρτάται από τη χημική τους σύσταση.

Περνώντας από την ατμόσφαιρα της γης, η υπέρυθρη ακτινοβολία εξασθενεί λόγω της σκέδασης και της απορρόφησης από τα άτομα και τα μόρια του αέρα. Το άζωτο και το οξυγόνο δεν απορροφούν την υπέρυθρη ακτινοβολία και την αποδυναμώνουν μόνο ως αποτέλεσμα της σκέδασης, η οποία είναι πολύ μικρότερη για την υπέρυθρη ακτινοβολία παρά για το ορατό φως. Τα μόρια H 2 O , O 2 , O 3 , κ.λπ., που υπάρχουν στην ατμόσφαιρα, απορροφούν επιλεκτικά (επιλεκτικά) την υπέρυθρη ακτινοβολία και η υπέρυθρη ακτινοβολία των υδρατμών απορροφάται ιδιαίτερα έντονα. Ζώνες απορρόφησης H 2 O παρατηρούνται σε ολόκληρη την περιοχή IR του φάσματος και ζώνες CO 2 - στο μεσαίο τμήμα της. Στα επιφανειακά στρώματα της ατμόσφαιρας υπάρχει μόνο ένας μικρός αριθμός «παραθύρων διαφάνειας» για υπέρυθρη ακτινοβολία. Η παρουσία στην ατμόσφαιρα σωματιδίων καπνού, σκόνης, μικρών σταγόνων νερού οδηγεί σε μια πρόσθετη εξασθένηση της υπέρυθρης ακτινοβολίας ως αποτέλεσμα της διασποράς της σε αυτά τα σωματίδια. Σε μικρά μεγέθη σωματιδίων, η υπέρυθρη ακτινοβολία διασκορπίζεται λιγότερο από την ορατή ακτινοβολία, η οποία χρησιμοποιείται στην υπέρυθρη φωτογραφία.

Πηγές υπέρυθρης ακτινοβολίας.Μια ισχυρή φυσική πηγή υπέρυθρης ακτινοβολίας είναι ο Ήλιος, περίπου το 50% της ακτινοβολίας του βρίσκεται στην υπέρυθρη περιοχή. Η υπέρυθρη ακτινοβολία αντιπροσωπεύει το 70 έως 80% της ενέργειας ακτινοβολίας των λαμπτήρων πυρακτώσεως. εκπέμπεται από ηλεκτρικό τόξο και διάφορους λαμπτήρες εκκένωσης αερίου, παντός τύπου ηλεκτρικούς θερμοσίφωνες χώρου. Στην επιστημονική έρευνα, οι πηγές υπέρυθρης ακτινοβολίας είναι λαμπτήρες ταινίας βολφραμίου, μια ακίδα Nernst, μια σφαίρα, λαμπτήρες υδραργύρου υψηλής πίεσης κ.λπ. Η ακτινοβολία ορισμένων τύπων λέιζερ βρίσκεται επίσης στην περιοχή υπερύθρων του φάσματος (για παράδειγμα, το μήκος κύματος των λέιζερ γυαλιού νεοδυμίου είναι 1,06 μm, τα λέιζερ ηλίου-νέον - 1,15 και 3,39 μικρά, τα λέιζερ CO 2 - 10,6 μικρά).

Οι δέκτες υπέρυθρης ακτινοβολίας βασίζονται στη μετατροπή της ενέργειας ακτινοβολίας σε άλλους τύπους ενέργειας που είναι διαθέσιμοι για μέτρηση. Στους θερμικούς δέκτες, η απορροφούμενη υπέρυθρη ακτινοβολία προκαλεί αύξηση της θερμοκρασίας του ευαίσθητου στη θερμοκρασία στοιχείου, η οποία καταγράφεται. Στους φωτοηλεκτρικούς δέκτες, η απορρόφηση της υπέρυθρης ακτινοβολίας οδηγεί στην εμφάνιση ή την αλλαγή της ισχύος ενός ηλεκτρικού ρεύματος ή τάσης. Οι φωτοηλεκτρικοί δέκτες (σε αντίθεση με τους θερμικούς) είναι επιλεκτικοί, δηλαδή είναι ευαίσθητοι μόνο στην ακτινοβολία από μια συγκεκριμένη περιοχή του φάσματος. Η καταγραφή φωτογραφίας της υπέρυθρης ακτινοβολίας πραγματοποιείται με τη βοήθεια ειδικών φωτογραφικών γαλακτωμάτων, ωστόσο, είναι ευαίσθητα σε αυτήν μόνο για μήκη κύματος έως 1,2 μικρά.

Η χρήση υπέρυθρης ακτινοβολίας.Η ακτινοβολία υπερύθρων χρησιμοποιείται ευρέως στην επιστημονική έρευνα και για την επίλυση διαφόρων πρακτικών προβλημάτων. Τα φάσματα εκπομπής και απορρόφησης των μορίων και των στερεών βρίσκονται στην περιοχή IR, μελετώνται στην υπέρυθρη φασματοσκοπία, σε δομικά προβλήματα και χρησιμοποιούνται επίσης σε ποιοτική και ποσοτική φασματική ανάλυση. Στην μακρινή περιοχή IR βρίσκεται η ακτινοβολία που εμφανίζεται κατά τη διάρκεια μεταβάσεων μεταξύ των υποεπιπέδων ατόμων Zeeman, τα φάσματα IR των ατόμων καθιστούν δυνατή τη μελέτη της δομής των ηλεκτρονίων τους. Οι φωτογραφίες του ίδιου αντικειμένου που λαμβάνονται στο ορατό και υπέρυθρο εύρος, λόγω της διαφοράς στους συντελεστές ανάκλασης, μετάδοσης και διασποράς, μπορεί να διαφέρουν σημαντικά. Στη φωτογραφία υπερύθρων, μπορείτε να δείτε λεπτομέρειες που δεν είναι ορατές στην κανονική φωτογραφία.

Στη βιομηχανία, η υπέρυθρη ακτινοβολία χρησιμοποιείται για ξήρανση και θέρμανση υλικών και προϊόντων, στην καθημερινή ζωή - για θέρμανση χώρου. Με βάση φωτοκαθόδους ευαίσθητες στην υπέρυθρη ακτινοβολία, έχουν δημιουργηθεί ηλεκτρονικοί-οπτικοί μετατροπείς, στους οποίους η υπέρυθρη εικόνα ενός αντικειμένου, αόρατου στο μάτι, μετατρέπεται σε ορατή. Με βάση τέτοιους μετατροπείς, κατασκευάστηκαν διάφορες συσκευές νυχτερινής όρασης (διόπτρες, σκοπευτικά κ.λπ.), οι οποίες καθιστούν δυνατή την ανίχνευση αντικειμένων σε απόλυτο σκοτάδι, την παρατήρηση και τη στόχευση, ακτινοβολώντας τα με υπέρυθρη ακτινοβολία από ειδικές πηγές. Με τη βοήθεια εξαιρετικά ευαίσθητων δεκτών υπέρυθρης ακτινοβολίας, η εύρεση της θερμικής κατεύθυνσης των αντικειμένων πραγματοποιείται από τη δική τους υπέρυθρη ακτινοβολία και δημιουργούνται συστήματα για ρίψη βλημάτων και βλημάτων στον στόχο. Οι εντοπιστές υπερύθρων και οι ανιχνευτές απόστασης υπερύθρων σάς επιτρέπουν να ανιχνεύετε στο σκοτάδι αντικείμενα των οποίων η θερμοκρασία είναι υψηλότερη από τη θερμοκρασία περιβάλλοντος και να μετράτε την απόσταση από αυτά. Η ισχυρή ακτινοβολία των υπέρυθρων λέιζερ χρησιμοποιείται στην επιστημονική έρευνα, καθώς και για επίγειες και διαστημικές επικοινωνίες, για ήχο λέιζερ της ατμόσφαιρας κ.λπ. Η υπέρυθρη ακτινοβολία χρησιμοποιείται για την αναπαραγωγή του προτύπου του μετρητή.

Λιτ .: Schreiber G. Υπέρυθρες ακτίνες στην ηλεκτρονική. Μ., 2003; Tarasov VV, Yakushenkov Yu. G. Συστήματα υπερύθρων τύπου "κοιτώντας". Μ., 2004.