Impulss-infrapuna LED-kiirgus. Infrapunakiired: omadused, rakendused, mõju inimesele

> Infrapuna lained

Mida infrapuna lained: infrapuna lainepikkus, infrapuna lainepikkuste vahemik ja sagedus. Uurige infrapunaspektri mustreid ja allikaid.

infrapuna valgus(IR) - elektromagnetilised kiired, mis lainepikkuste poolest ületavad nähtavat (0,74-1 mm).

Õppeülesanne

• Mõistke IR-spektri kolme vahemikku ja kirjeldage molekulide neeldumis- ja emissiooniprotsesse.

Põhilised hetked

• IR-valgus mahutab suurema osa kehade tekitatud soojuskiirgusest umbes toatemperatuuril. See kiirgub ja neeldub, kui molekulide pöörlemises ja vibratsioonis toimuvad muutused.
• Spektri IR osa võib lainepikkuse järgi jagada kolmeks piirkonnaks: kaug-infrapuna (300-30 THz), keskmine (30-120 THz) ja lähipiirkond (120-400 THz).
• IR-d nimetatakse ka soojuskiirguseks.
• IR-i mõistmiseks on oluline mõista emissiooni kontseptsiooni.
• IR-kiirgust saab kasutada objektide temperatuuri kaugmääramiseks (termograafia).

Tingimused

• Termograafia - kehatemperatuuri muutuste kaugarvutus.
• Soojuskiirgus on elektromagnetkiirgus, mida keha tekitab temperatuuri mõjul.
• Emissiivsus on pinna võime kiirgada.

infrapuna lained

Infrapuna (IR) valgus - elektromagnetilised kiired, mis lainepikkuste poolest on paremad kui nähtav valgus (0,74-1 mm). Infrapuna laineriba läheneb sagedusvahemikule 300-400 THz ja mahutab tohutul hulgal soojuskiirgust. IR-valgust neelavad ja kiirgavad molekulid, kui nad muutuvad pöörlemisel ja vibratsioonil.

Siin on elektromagnetlainete peamised kategooriad. Eraldusjooned on mõnes kohas erinevad, samas kui teised kategooriad võivad kattuda. Mikrolained hõivavad elektromagnetilise spektri raadiolõigu kõrgsagedusliku osa

IR-lainete alamkategooriad

Elektromagnetilise spektri infrapunaosa hõlmab vahemikku 300 GHz (1 mm) kuni 400 THz (750 nm). Infrapunalaineid on kolme tüüpi:

• Kaug-IR: 300 GHz (1 mm) kuni 30 THz (10 µm). Alumist osa võib nimetada mikrolaineteks. Need kiired neelduvad pöörlemise tõttu gaasifaasi molekulides, molekulaarsete liikumiste tõttu vedelikes ja footonite tõttu tahketes ainetes. Maa atmosfääris olev vesi neeldub nii tugevalt, et muudab selle läbipaistmatuks. Kuid edastamiseks kasutatakse teatud lainepikkusi (aknad).
• Keskmine IR: 30 kuni 120 THz (10 kuni 2,5 µm). Allikad on kuumad objektid. Neeldub molekulide vibratsiooniga (erinevad aatomid vibreerivad tasakaaluasendites). Mõnikord nimetatakse seda vahemikku sõrmejäljeks, kuna see on spetsiifiline nähtus.
• Lähim IR: 120 kuni 400 THz (2500-750 nm). Need füüsikalised protsessid sarnanevad nähtavas valguses toimuvatele. Kõrgeimaid sagedusi võib leida teatud tüüpi fotofilmide ja infrapuna-, fotograafia- ja videoanduritega.

Soojus ja soojuskiirgus

Infrapunakiirgust nimetatakse ka soojuskiirguseks. Päikeselt tulev IR-valgus katab vaid 49% maa kuumenemisest ja ülejäänu on nähtav valgus (neeldub ja põrkab tagasi pikematel lainepikkustel).

Soojus on üleminekuvormis energia, mis voolab temperatuuride erinevuste tõttu. Kui soojust edastatakse juhtivuse või konvektsiooni teel, võib kiirgus levida vaakumis.

IR-kiirte mõistmiseks tuleb emissiooni kontseptsiooni hoolikalt kaaluda.

IR laineallikad

Inimene ja suurem osa planeedi keskkonnast tekitavad 10 mikroni suurusi soojuskiiri. See on piir, mis eraldab keskmise ja kauge infrapunapiirkonna. Paljud astronoomilised kehad kiirgavad tuvastatavas koguses infrapunakiirgust mittetermilistel lainepikkustel.

IR-kiirte abil saab arvutada kaugel asuvate objektide temperatuuri. Seda protsessi nimetatakse termograafiaks ja seda kasutatakse kõige aktiivsemalt sõjalises ja tööstuslikus kasutuses.

Koera ja kassi termograafiline pilt

IR-laineid kasutatakse ka kütte-, side-, meteoroloogias, spektroskoopias, astronoomias, bioloogias ja meditsiinis ning kunstianalüüsis.

Infrapunakiirgus- elektromagnetkiirgus, mis hõivab spektripiirkonna nähtava valguse punase otsa (lainepikkusega λ = 0,74 mikronit ja sagedusega 430 THz) ja mikrolaine raadiokiirguse (λ ~ 1-2 mm, sagedus 300 GHz) vahel.

Kogu infrapunakiirguse ulatus on tinglikult jagatud kolme valdkonda:

Selle vahemiku pikalaineline serv eristatakse mõnikord eraldi elektromagnetlainete vahemikuks - terahertskiirguseks (submillimeetri kiirgus).

Infrapunakiirgust nimetatakse ka "soojuskiirguseks", kuna kuumutatud objektide infrapunakiirgust tajub inimese nahk soojustundena. Sel juhul sõltuvad keha poolt väljastatavad lainepikkused küttetemperatuurist: mida kõrgem on temperatuur, seda lühem on lainepikkus ja suurem kiirguse intensiivsus. Absoluutselt musta keha emissioonispekter suhteliselt madalatel (kuni mitu tuhat kelvinit) temperatuuridel asub peamiselt selles vahemikus. Infrapunakiirgust kiirgavad ergastatud aatomid või ioonid.

Entsüklopeediline YouTube

1 / 3

✪ 36 Infrapuna- ja ultraviolettkiirguse elektromagnetlainete skaala

✪ Füüsikakatsed. Infrapunakiirguse peegeldus

✪ Elektriküte (infrapunaküte). Millist küttesüsteemi valida?

Subtiitrid

Avastuslugu ja üldised omadused

Infrapunakiirguse avastas 1800. aastal inglise astronoom W. Herschel. Tegeledes Päikese uurimisega, otsis Herschel võimalust vähendada vaatluste tegemiseks kasutatava instrumendi kuumenemist. Kasutades termomeetreid nähtava spektri erinevate osade mõju määramiseks, leidis Herschel, et "maksimaalne soojus" on küllastunud punase värvi taga ja võib-olla "nähtava murdumise taga". See uuring tähistas infrapunakiirguse uurimise algust.

Varem olid infrapunakiirguse laboratoorsed allikad eranditult hõõguvad kehad või gaasides leiduvad elektrilahendused. Nüüd on tahkis- ja molekulaargaaslaserite baasil loodud kaasaegsed reguleeritava või fikseeritud sagedusega infrapunakiirguse allikad. Kiirguse registreerimiseks lähiinfrapuna piirkonnas (kuni ~1,3 μm) kasutatakse spetsiaalseid fotoplaate. Laiem tundlikkusvahemik (kuni umbes 25 mikronit) on fotoelektrilistel detektoritel ja fototakistitel. Kaug-infrapunapiirkonna kiirgust registreerivad bolomeetrid - infrapunakiirguse kuumenemise suhtes tundlikud detektorid.

IR-seadmeid kasutatakse laialdaselt nii sõjatehnikas (näiteks rakettide juhtimiseks) kui ka tsiviiltehnoloogias (näiteks fiiberoptilistes sidesüsteemides). IR-spektromeetrite optilised elemendid on kas läätsed ja prismad või difraktsioonivõred ja peeglid. Vältimaks kiirguse neeldumist õhus, toodetakse kaug-IR spektromeetrid vaakumversioonis.

Kuna infrapunaspektrid on seotud molekulis toimuvate pöörlemis- ja vibratsiooniliste liikumistega, aga ka aatomite ja molekulide elektrooniliste üleminekutega, annab IR-spektroskoopia olulist teavet aatomite ja molekulide ehituse ning ka kristallide ribastruktuuri kohta.

Infrapuna ribad

Objektid kiirgavad tavaliselt infrapunakiirgust kogu lainepikkuse spektri ulatuses, kuid mõnikord pakub huvi ainult piiratud spektri piirkond, kuna andurid koguvad tavaliselt kiirgust ainult teatud ribalaiuse piires. Seega jaotatakse infrapuna leviala sageli väiksemateks vahemikeks.

Tavaline jaotusskeem

Kõige tavalisem jaotus väiksemateks vahemikeks on järgmine:

Lühend	Lainepikkus	Footonite energia	Iseloomulik
Lähi-infrapuna, NIR	0,75-1,4 µm	0,9-1,7 eV	IR lähedal, ühelt poolt piiratud nähtava valgusega, teiselt poolt vee läbipaistvusega, mis 1,45 µm juures oluliselt halveneb. Selles vahemikus töötavad laialt levinud infrapuna-LED-id ja laserid kiudoptiliste ja õhus levivate optiliste sidesüsteemide jaoks. Selles vahemikus on tundlikud ka videokaamerad ja pildivõimenditorudel põhinevad öövaatlusseadmed.
Lühilainepikkusega infrapuna, SWIR	1,4-3 µm	0,4-0,9 eV	Elektromagnetilise kiirguse neeldumine vee poolt suureneb oluliselt 1450 nm juures. Pikamaapiirkonnas domineerib 1530–1560 nm vahemik.
Kesklainepikkusega infrapuna, MWIR	3-8 µm	150-400 meV	Selles vahemikus hakkavad mitmesaja kraadi Celsiuse järgi kuumutatud kehad kiirgama. Selles vahemikus on õhutõrjesüsteemide ja tehniliste termokaamerate termopeade paigutamine tundlikud.
Pikalaineline infrapuna, LWIR	8-15 µm	80-150 meV	Selles vahemikus hakkavad kiirgama kehad, mille temperatuur on umbes null kraadi Celsiuse järgi. Selles vahemikus on öövaatlusseadmete termokaamerad tundlikud.
Kaug-infrapuna, FIR	15-1000 µm	1,2-80 meV

CIE skeem

Rahvusvaheline valgustuskomisjon Rahvusvaheline valgustuse komisjon ) soovitab infrapunakiirgust jagada kolme rühma:

• 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 skeem

soojuskiirgus

Soojuskiirgus ehk kiirgus on energia ülekandmine ühelt kehalt teisele elektromagnetlainetena, mida kehad oma siseenergia tõttu kiirgavad. Soojuskiirgus on peamiselt spektri infrapuna piirkonnas vahemikus 0,74 mikronit kuni 1000 mikronini. Kiirgussoojusülekande eripäraks on see, et seda saab läbi viia mitte ainult mis tahes keskkonnas asuvate kehade vahel, vaid ka vaakumis. Soojuskiirguse näide on hõõglambi valgus. Absoluutselt musta keha kriteeriumidele vastava objekti soojuskiirgusvõimsust kirjeldab Stefan-Boltzmanni seadus. Kehade kiirgus- ja neeldumisvõimete suhet kirjeldab Kirchhoffi seadus kiirgus . Soojuskiirgus on üks kolmest soojusenergia ülekande elementaarsest liigist (lisaks soojusjuhtivusele ja konvektsioonile). Tasakaalukiirgus on soojuskiirgus, mis on ainega termodünaamilises tasakaalus.

Rakendus

Öönägemisseade

Nähtamatu infrapunapildi visualiseerimiseks on mitu võimalust:

• Kaasaegsed pooljuhtvideokaamerad on lähi-infrapuna suhtes tundlikud. Värvivigade vältimiseks on tavalised koduvideokaamerad varustatud spetsiaalse filtriga, mis lõikab ära IR-pildi. Turvasüsteemide kaameratel sellist filtrit reeglina pole. Öösel pole aga looduslikke lähi-IR allikaid, nii et ilma kunstliku valgustuseta (näiteks infrapuna LED-id) ei näita sellised kaamerad midagi.
• Pildivõimendi toru – vaakumfotoelektrooniline seade, mis võimendab valgust nähtavas spektris ja lähiinfrapunas. Sellel on kõrge tundlikkus ja see suudab anda pildi väga väheses valguses. Need on ajalooliselt esimesed öövaatlusseadmed, mida kasutatakse laialdaselt ja mis on praegu odavates öövaatlusseadmetes. Kuna need töötavad ainult lähi-IR-s, vajavad nad, nagu ka pooljuhtvideokaamerad, valgustust.
• Bolomeeter - termoandur. Tehniliste nägemissüsteemide ja öövaatlusseadmete bolomeetrid on tundlikud lainepikkuste vahemikus 3..14 mikronit (mid-IR), mis vastab 500 kuni -50 kraadi Celsiuse järgi kuumutatud kehade kiirgusele. Seega ei vaja bolomeetrilised seadmed välist valgustust, mis registreerivad objektide endi kiirgust ja loovad pildi temperatuuride erinevusest.

termograafia

Infrapunatermograafia, termopilt ehk termovideo on teaduslik meetod termogrammi saamiseks – infrapunakiirtes olev pilt, mis näitab pilti temperatuuriväljade jaotusest. Termograafilised kaamerad ehk termokaamerad tuvastavad elektromagnetilise spektri infrapunavahemikus (ca 900-14000 nanomeetrit ehk 0,9-14 µm) kiirgust ja loovad selle kiirguse põhjal pilte, mis võimaldavad määrata ülekuumenenud või ülejahtunud kohti. Kuna infrapunakiirgust kiirgavad kõik objektid, millel on temperatuur, siis Plancki musta keha kiirguse valemi kohaselt võimaldab termograafia "näha" keskkonda nii nähtava valgusega kui ka ilma. Objekti kiirgava kiirguse hulk suureneb selle temperatuuri tõustes, seega võimaldab termograafia näha temperatuuride erinevusi. Kui vaatame läbi termokaamera, on soojad objektid paremini nähtavad kui ümbritseva õhu temperatuurini jahutatud esemed; inimesed ja soojaverelised loomad on keskkonnas kergemini nähtavad nii päeval kui öösel. Sellest tulenevalt võib termograafia kasutamise propageerimise kanda sõjaväe ja julgeolekuteenistuste arvele.

infrapuna kodustamine

Infrapuna suunamispea – suunamispea, mis töötab kinnipüütud sihtmärgi poolt kiiratavate infrapunalainete püüdmise põhimõttel. See on optilis-elektrooniline seade, mis on loodud sihtmärgi tuvastamiseks ümbritseval taustal ja püüdmissignaali väljastamiseks automaatsele sihikuseadmele (APU), samuti vaatevälja nurkkiiruse signaali mõõtmiseks ja väljastamiseks. autopiloot.

Infrapuna kütteseade

Andmete ülekanne

Infrapuna-LED-de, laserite ja fotodioodide levik võimaldas luua nende põhjal juhtmevaba optilise andmeedastusmeetodi. Arvutitehnoloogias kasutatakse seda tavaliselt arvutite ühendamiseks välisseadmetega (IrDA liides) Erinevalt raadiokanalist on infrapunakanal elektromagnetiliste häirete suhtes tundetu ja see võimaldab seda kasutada tööstuslikes tingimustes. Infrapunakanali miinusteks on vajadus seadmete optiliste akende järele, seadmete õige suhteline orientatsioon, madal edastuskiirus (tavaliselt ei ületa 5-10 Mbit/s, kuid infrapunalaserite kasutamisel on võimalikud oluliselt suuremad kiirused) . Lisaks ei ole tagatud teabe edastamise saladus. Nähtavuse tingimustes võib infrapunakanal pakkuda sidet mitme kilomeetri kaugusele, kuid kõige mugavam on sellega ühendada samas ruumis asuvaid arvuteid, kus peegeldused ruumi seintelt tagavad stabiilse ja töökindla ühenduse. Kõige loomulikum topoloogia tüüp on siin "siin" (see tähendab, et kõik abonendid võtavad edastatud signaali samaaegselt vastu). Infrapunakanalit ei saanud laialdaselt kasutada, see asendati raadiokanaliga.

Hoiatussignaalide vastuvõtmiseks kasutatakse ka soojuskiirgust.

Pult

Infrapunadioode ja fotodioode kasutatakse laialdaselt kaugjuhtimispaneelides, automaatikasüsteemides, turvasüsteemides, osades mobiiltelefonides (infrapunaliides) jne. Infrapunakiired ei tõmba inimese tähelepanu oma nähtamatuse tõttu kõrvale.

Huvitaval kombel on kodumajapidamises kasutatava kaugjuhtimispuldi infrapunakiirgust digikaamera abil lihtne tabada.

Ravim

Meditsiinis enim kasutatud infrapunakiirgust leidub erinevates verevooluandurites (PPG).

Laialt levinud pulsisageduse (HR, HR – Heart Rate) ja vere hapnikuküllastuse (Sp02) mõõturid kasutavad rohelisi (pulsi jaoks) ning punaseid ja infrapunaseid (SpO2) kiirguse LED-e.

Infrapuna laserkiirgust kasutatakse DLS (Digital Light Scattering) tehnikas pulsisageduse ja verevoolu omaduste määramiseks.

Infrapunakiirgust kasutatakse füsioteraapias.

Pikalainelise infrapunakiirguse mõju:

• Vereringe stimuleerimine ja parandamine.Pikalainelise infrapunakiirgusega nahal kokkupuutel naha retseptorid ärrituvad ja hüpotalamuse reaktsiooni tõttu lõdvestuvad veresoonte silelihased, mille tulemusena veresooned laienevad.
• Ainevahetusprotsesside parandamine. Infrapunakiirguse termiline efekt stimuleerib aktiivsust raku tasandil, parandab neuroregulatsiooni ja ainevahetuse protsesse.

Toidu steriliseerimine

Infrapunakiirguse abil steriliseeritakse toiduained desinfitseerimise eesmärgil.

toidutööstus

Infrapunakiirguse kasutamise tunnuseks toiduainetööstuses on võimalus tungida kuni 7 mm sügavusele elektromagnetlaine sellistesse kapillaarpoorsetesse toodetesse nagu teravili, teravili, jahu jne. See väärtus sõltub pinna iseloomust, struktuurist, materjali omadustest ja kiirguse sageduskarakteristikust. Teatud sagedusvahemikuga elektromagnetlainel on tootele mitte ainult termiline, vaid ka bioloogiline mõju, see aitab kiirendada biokeemilisi muundumisi bioloogilistes polümeerides (

Infrapunavalgus on inimese nägemisele visuaalselt kättesaamatu. Samal ajal tajub inimkeha pikki infrapunalaineid soojusena. Infrapunavalgusel on mõned nähtava valguse omadused. Selle vormi kiirgus sobib fokusseerimiseks, peegeldub ja polariseerub. Teoreetiliselt tõlgendatakse IR-valgust pigem infrapunakiirgusena (IR). Kosmose IR hõivab elektromagnetilise kiirguse spektrivahemiku 700 nm - 1 mm. IR-lained on pikemad kui nähtav valgus ja lühemad kui raadiolained. Sellest lähtuvalt on IR sagedused kõrgemad kui mikrolaine sagedused ja madalamad kui nähtava valguse sagedused. IR-sagedus on piiratud vahemikus 300 GHz - 400 THz.

Infrapunalained avastas Briti astronoom William Herschel. Avastus registreeriti 1800. aastal. Kasutades oma katsetes klaasprismasid, uuris teadlane sel viisil võimalust jagada päikesevalgus eraldi komponentideks.

Kui William Herschel pidi mõõtma üksikute lillede temperatuuri, avastas ta temperatuuri tõusu teguri, kui ta läbis järgmisi seeriaid:

• violetne,
• sinine,
• rohelus,
• munakollane,
• oranž,
• punane.

IR-kiirguse laine- ja sagedusvahemik

Lainepikkuse põhjal jagavad teadlased infrapunakiirguse tinglikult mitmeks spektriosaks. Siiski pole iga üksiku osa piiride ühtset määratlust.

Elektromagnetilise kiirguse skaala: 1 - raadiolained; 2 - mikrolaineahjud; 3 - IR lained; 4 - nähtav valgus; 5 - ultraviolett; 6 - röntgenikiired; 7 - gammakiired; B on lainepikkuse vahemik; E - energia

Teoreetiliselt on määratud kolm lainevahemikku:

1. Lähedal
2. Keskmine
3. Edasi

Lähis-infrapuna vahemikku tähistavad lainepikkused, mis on nähtava valguse spektri lõpu lähedal. Ligikaudset arvutatud lainesegmenti tähistab siin pikkus: 750 - 1300 nm (0,75 - 1,3 mikronit). Kiirgussagedus on ligikaudu 215-400 Hz. Lühike infrapunakiirguse ulatus eraldab minimaalselt soojust.

Keskmine IR vahemik (keskmine), hõlmab lainepikkusi 1300-3000 nm (1,3 - 3 mikronit). Sagedused on siin mõõdetud vahemikus 20-215 THz. Kiirgava soojuse tase on suhteliselt madal.

Kaug-infrapuna leviala on mikrolaineahjule kõige lähemal. Joondus: 3-1000 mikronit. Sagedusvahemik 0,3-20 THz. See rühm koosneb lühikestest lainepikkustest maksimaalse sagedusvahemikuga. See on koht, kus eraldub maksimaalne soojus.

Infrapunakiirguse rakendamine

IR-kiiri on kasutatud erinevates valdkondades. Tuntuimate seadmete hulgas on termokaamerad, öövaatlusseadmed jne. Side- ja võrguseadmed IR-valgustit kasutatakse nii juhtmega kui ka juhtmeta toimingutes.

Näide elektroonikaseadme tööst - termokaamera, mille põhimõte põhineb infrapunakiirguse kasutamisel. Ja see on vaid üks näide paljudest teistest.

Kaugjuhtimispuldid on varustatud lähimaa IR sidesüsteemiga, kus signaal edastatakse läbi IR LED-ide. Näide: tavalised kodumasinad – telerid, konditsioneerid, pleierid. Infrapunavalgus edastab andmeid kiudoptiliste kaablisüsteemide kaudu.

Lisaks kasutab astronoomia teadusuuringutes aktiivselt infrapunakiirgust kosmose uurimiseks. Just tänu infrapunakiirgusele on võimalik tuvastada inimsilmale nähtamatud kosmoseobjektid.

Vähetuntud faktid IR-valguse kohta

Inimese silmad tõesti ei näe infrapunakiiri. Kuid inimkeha nahk on võimeline neid "nägema", reageerima footonitele, mitte ainult soojuskiirgusele.

Naha pind toimib tegelikult "silmamunana". Kui lähete päikeselisel päeval õue, sulgete silmad ja sirutage peopesad taeva poole, leiate päikese asukoha hõlpsalt.

Talvel ruumis, kus õhutemperatuur on 21-22ºС, olles soojas riides (kampsun, püksid). Suvel, samas ruumis, sama temperatuuriga tunnevad inimesed end samuti mugavalt, kuid kergemates riietes (lühikesed püksid, T-särk).

Seda nähtust on lihtne seletada: vaatamata samale õhutemperatuurile kiirgavad toa seinad ja lagi suvel rohkem päikesevalguse poolt kantud kaug-IR laineid (FIR – Far Infrared). Seetõttu tajus inimkeha samal temperatuuril suvel rohkem soojust.

IR-soojust taastoodab iga elusorganism ja elutu objekt. Termokaamera ekraanil on see hetk enam kui selgelt märgitud.

Ühes voodis magavad paarid on tahes-tahtmata üksteise suhtes FIR-lainete saatjad ja vastuvõtjad. Kui inimene on voodis üksi, toimib ta FIR-lainete edastajana, kuid ei saa enam vastutasuks samu laineid.

Kui inimesed omavahel räägivad, saadavad ja võtavad nad üksteiselt vastu tahtmatult FIR-laine vibratsiooni. Sõbralikud (armastus)kallistused aktiveerivad ka FIR-kiirguse edasikandumise inimeste vahel.

Kuidas loodus infrapunavalgust tajub?

Inimesed ei näe infrapunavalgust, kuid rästikute või rästikute sugukonda kuuluvatel madudel (näiteks lõgismadudel) on sensoorsed "augud", mida kasutatakse infrapunavalguses pildistamiseks.

See omadus võimaldab madudel avastada soojaverelisi loomi täielikus pimeduses. Arvatakse, et kahe sensoorse süvendiga madudel on infrapuna sügavuse taju.

IR-mao omadused: 1, 2 - sensoorse õõnsuse tundlikud tsoonid; 3 - membraaniõõs; 4 - sisemine õõnsus; 5 - MG kiud; 6 - välimine õõnsus

Kalad kasutavad saaklooma püüdmiseks ja veealadel navigeerimiseks edukalt lähiinfrapuna (NIR) valgust. See NIR-tunne aitab kaladel hämaras, pimedas või häguses vees täpselt navigeerida.

Infrapunakiirgusel on samamoodi nagu päikesevalgusel oluline roll Maa ilmastiku ja kliima kujundamisel. Maa neeldunud päikesevalguse kogumass võrdses koguses IR-kiirguses peab liikuma Maalt tagasi kosmosesse. Vastasel juhul on globaalne soojenemine või jahtumine vältimatu.

Sellel, miks õhk kuival ööl kiiresti jahtub, on ilmne põhjus. Madal õhuniiskus ja pilvede puudumine taevas avavad vaba tee infrapunakiirgusele. Infrapunakiired sisenevad kosmosesse kiiremini ja kannavad vastavalt soojust kiiremini ära.

Märkimisväärne osa Maale tulevast on infrapunavalgus. Igal looduslikul organismil või objektil on temperatuur, mis tähendab, et see vabastab infrapunaenergiat. Isegi a priori külmad objektid (nt jääkuubikud) kiirgavad infrapunavalgust.

Infrapunatsooni tehniline potentsiaal

IR-kiirte tehniline potentsiaal on piiramatu. Palju näiteid. Infrapuna jälgimist (homing) kasutatakse passiivsetes raketijuhtimissüsteemides. Sel juhul kasutatakse sihtmärgi elektromagnetkiirgust, mis saadakse spektri infrapunases osas.

Sihtmärgi jälgimise süsteemid: 1, 4 - põlemiskamber; 2, 6 - suhteliselt pikk leegi heitgaas; 5 - külm vool, mis möödub kuumast kambrist; 3, 7 - määratud oluline IR-allkiri

Skaneerivate radiomeetritega varustatud ilmasatelliidid toodavad termopilte, mis võimaldavad seejärel analüütiliste tehnikate abil määrata pilvede kõrgust ja tüüpe, arvutada maa- ja pinnaveetemperatuure ning määrata ookeanipinna iseärasusi.

Infrapunakiirgus on kõige levinum viis erinevate seadmete kaugjuhtimiseks. FIR-tehnoloogial põhinedes töötatakse välja ja toodetakse palju tooteid. Jaapanlased said siin suurepäraselt hakkama. Siin on vaid mõned näited, mis on populaarsed Jaapanis ja kogu maailmas:

• spetsiaalsed padjad ja küttekehad FIR;
• FIR-taldrikud kala ja juurviljade pika aja värskena hoidmiseks;
• keraamiline paber ja keraamika FIR;
• riidest FIR kindad, joped, turvatoolid;
• juuksuri FIR-kuivati, mis vähendab juuste kahjustusi;

Maalide uurimiseks kasutatakse infrapuna-reflograafiat (kunsti konserveerimine), mis aitab paljastada aluskihte ilma struktuuri hävitamata. See tehnika aitab paljastada kunstniku joonistuse all peidetud detailid.

Nii tehakse kindlaks, kas praegune maal on originaalkunstiteos või lihtsalt professionaalselt tehtud koopia. Samuti määratakse kindlaks kunstiteoste restaureerimistöödega kaasnevad muudatused.

IR-kiired: mõju inimeste tervisele

Päikesevalguse kasulik mõju inimeste tervisele on teaduslikult tõestatud. Liigne kokkupuude päikesekiirgusega on aga potentsiaalselt ohtlik. Päikesevalgus sisaldab ultraviolettkiiri, mille toimel põleb inimkeha nahk.

Massilise kasutusega infrapunasaunad on laialt levinud Jaapanis ja Hiinas. Ja suundumus selle ravimeetodi arendamise suunas ainult süveneb.

Samal ajal pakub kaug-infrapuna kõiki loodusliku päikesevalguse tervisega seotud eeliseid. See välistab täielikult päikesekiirguse ohtliku mõju.

Rakendades IR-kiire taasesitamise tehnoloogiat, täielikku temperatuuri reguleerimist (), saavutatakse piiramatu päikesevalgus. Kuid need pole kõik teadaolevad faktid infrapunakiirguse eeliste kohta:

• Kaug-infrapunakiired tugevdavad südame-veresoonkonna süsteemi, stabiliseerivad pulssi, suurendavad südame väljundit, alandades samal ajal diastoolset vererõhku.
• Südame-veresoonkonna funktsiooni stimuleerimine infrapunavalgusega on ideaalne viis normaalse kardiovaskulaarsüsteemi säilitamiseks. Seal on Ameerika astronautide kogemus pikal kosmoselennul.
• Kaug-infrapuna-IR-kiired, mille temperatuur on üle 40 °C, nõrgendavad ja lõpuks tapavad vähirakke. Seda fakti kinnitavad Ameerika Vähiliit ja Riiklik Vähiinstituut.
• Infrapunasauna kasutatakse sageli Jaapanis ja Koreas (hüpertermiateraapia või Waon-teraapia) südame-veresoonkonna haiguste, eriti kroonilise südamepuudulikkuse ja perifeersete arterite haiguste raviks.
• Ajakirjas Neuropsychiatric Disease and Treatment avaldatud uurimistulemused näitavad, et infrapunakiired on "meditsiiniline läbimurre" traumaatilise ajukahjustuse ravis.
• Infrapunasauna peetakse seitse korda tõhusamaks raskmetallide, kolesterooli, alkoholi, nikotiini, ammoniaagi, väävelhappe ja teiste toksiinide kehast välja viimisel.
• Lõpuks saavutas FIR-teraapia Jaapanis ja Hiinas tõhusate astma, bronhiidi, külmetushaiguste, gripi ja põskkoopapõletiku ravimeetodite seas esikoha. Märgitakse, et FIR-teraapia eemaldab põletikud, tursed, limaskestade ummistused.

Infrapunavalgus ja eluiga 200 aastat

Infrapunakiirgus on elektromagnetilise kiirguse liik, mis piirneb ühelt poolt nähtava valguse spektri punase osaga ja teiselt poolt mikrolainetega. Lainepikkus - 0,74 kuni 1000-2000 mikromeetrit. Infrapunalaineid nimetatakse ka "termilisteks". Sõltuvalt lainepikkusest jagatakse need kolme rühma:

lühilaine (0,74-2,5 mikromeetrit);

kesklaine (pikem kui 2,5, lühem kui 50 mikromeetrit);

pikalaineline (üle 50 mikromeetri).

Infrapunakiirguse allikad

Meie planeedil pole infrapunakiirgus sugugi haruldane. Peaaegu igasugune kuumus on infrapunakiirguse mõju. Pole tähtis, mis see on: päikesevalgus, meie keha kuumus või kütteseadmetest tulev soojus.

Elektromagnetkiirguse infrapunaosa ei soojenda ruumi, vaid otseselt objekti ennast. Sellel põhimõttel on infrapunalampide töö üles ehitatud. Ja Päike soojendab Maad samamoodi.

Mõju elusorganismidele

Praegu ei tea teadus kinnitatud fakte infrapunakiirte negatiivse mõju kohta inimkehale. Kui just liiga intensiivse kiirguse tõttu ei saa, võib silmade limaskest kahjustada saada.

Kuid me võime rääkida eelistest väga pikka aega. 1996. aastal kinnitasid USA, Jaapani ja Hollandi teadlased mitmeid positiivseid meditsiinilisi fakte. Soojuskiirgus:

hävitab teatud tüüpi hepatiidi viirust;

pärsib ja aeglustab vähirakkude kasvu;

on võime neutraliseerida kahjulikke elektromagnetvälju ja kiirgust. Kaasa arvatud radioaktiivsed;

aitab diabeetikutel insuliini toota;

võib aidata düstroofia korral;

keha seisundi parandamine psoriaasiga.

Tervisliku seisundi paranemise korral hakkavad siseorganid tõhusamalt töötama. Lihaste toitumine suureneb, immuunsüsteemi tugevus suureneb oluliselt. On üldteada, et infrapunakiirguse puudumisel vananeb keha märgatavalt kiiremini.

Infrapunakiiri nimetatakse ka "elu kiirteks". Nende mõju all sündis elu.

Infrapunakiirte kasutamine inimese elus

Infrapunavalgust kasutatakse mitte vähem laialdaselt kui tavaline. Võib-olla on väga raske leida vähemalt ühte rahvamajanduse valdkonda, kus elektromagnetlainete infrapunaosa pole rakendust leidnud. Loetleme kõige kuulsamad rakendusvaldkonnad:

sõjapidamine. Rakettide lõhkepeade või öövaatlusseadmete suunamine on kõik infrapunakiirguse kasutamise tulemus;

termograafiat kasutatakse teaduses laialdaselt uuritava objekti ülekuumenenud või ülejahtunud osade määramiseks. Infrapunakujutisi kasutatakse laialdaselt ka astronoomias koos muud tüüpi elektromagnetlainetega;

majapidamises küttekehad. Erinevalt konvektoritest kasutavad sellised seadmed kiirgusenergiat kõigi ruumis olevate esemete soojendamiseks. Ja juba edasi annavad sisustusesemed ümbritsevale õhule soojust;

andmeedastus ja kaugjuhtimispult. Jah, kõik telerite, magnetofonide ja kliimaseadmete puldid kasutavad infrapunakiirgust;

desinfitseerimine toiduainetööstuses

ravim. Paljude erinevate haiguste ravi ja ennetamine.

Infrapunakiired moodustavad suhteliselt väikese osa elektromagnetkiirgusest. Kuna see on loomulik soojusülekande viis, ei saa ükski eluprotsess meie planeedil ilma selleta hakkama.

INFRAPUNAKIIRGUS (IR-kiirgus, IR-kiired), elektromagnetkiirgus lainepikkusega λ alates umbes 0,74 mikronist kuni umbes 1-2 mm, see tähendab kiirgus, mis hõivab spektripiirkonna nähtava kiirguse punase otsa ja lühilainelise (submillimeetrise) raadiokiirguse vahel. Infrapunakiirgus viitab optilisele kiirgusele, kuid erinevalt nähtavast kiirgusest inimsilm seda ei taju. Suheldes kehade pinnaga, soojendab see neid, seetõttu nimetatakse seda sageli soojuskiirguseks. Tavapäraselt jagatakse infrapunakiirguse piirkond lähedaseks (λ = 0,74-2,5 mikronit), keskmiseks (2,5-50 mikronit) ja kaugeks (50-2000 mikronit). Infrapunakiirguse avastas W. Herschel (1800) ja sõltumatult W. Wollaston (1802).

Infrapunaspektrid võivad olla joon- (aatomispektrid), pidevad (kondenseeritud aine spektrid) või triibulised (molekulaarspektrid). Infrapunakiirguse ainete optilised omadused (läbilaskvus, peegeldus, murdumine jne) erinevad reeglina oluliselt vastavatest omadustest nähtaval või ultraviolettkiirgusel. Paljud nähtavale valgusele läbipaistvad ained on teatud lainepikkusega infrapunakiirgusele läbipaistmatud ja vastupidi. Näiteks mitme sentimeetri paksune veekiht on infrapunakiirgusele läbipaistmatu, kui λ > 1 µm, mistõttu vett kasutatakse sageli kuumakaitsefiltrina. Ge ja Si plaadid, mis on nähtava kiirguse suhtes läbipaistmatud, on läbipaistvad teatud lainepikkusega infrapunakiirgusele, must paber on kauges infrapuna piirkonnas läbipaistev (sellisi aineid kasutatakse infrapunakiirguse eraldamisel valgusfiltritena).

Enamiku metallide peegelduvus infrapunakiirguses on palju suurem kui nähtaval kiirgusel ja suureneb lainepikkuse suurenedes (vt Metalloptika). Seega ulatub infrapunakiirguse Al, Au, Ag, Cu pindade peegeldus λ = 10 μm 98%-ni. Vedelad ja tahked mittemetallilised ained peegelduvad selektiivselt (sõltuvalt lainepikkusest) infrapunakiirgust, mille maksimumide asukoht sõltub nende keemilisest koostisest.

Maa atmosfääri läbides nõrgeneb infrapunakiirgus õhuaatomite ja -molekulide hajumise ja neeldumise tõttu. Lämmastik ja hapnik ei ima infrapunakiirgust ja nõrgendavad seda ainult hajumise tulemusena, mida on infrapunakiirguse puhul palju vähem kui nähtaval valgusel. Atmosfääris esinevad molekulid H 2 O, O 2, O 3 jne neelavad infrapunakiirgust selektiivselt (selektiivselt), eriti tugevalt neeldub veeauru infrapunakiirgus. H 2 O neeldumisribasid täheldatakse kogu spektri IR piirkonnas ja CO 2 ribasid - selle keskosas. Atmosfääri pinnakihtides on infrapunakiirguse jaoks vaid väike arv "läbipaistvusaknaid". Suitsuosakeste, tolmu, väikeste veepiiskade olemasolu atmosfääris põhjustab infrapunakiirguse täiendavat nõrgenemist, kuna see hajub nendele osakestele. Väikeste osakeste suuruste korral hajub infrapunakiirgus vähem kui nähtav kiirgus, mida kasutatakse infrapunafotograafias.

Infrapunakiirguse allikad. Võimas looduslik infrapunakiirguse allikas on Päike, umbes 50% selle kiirgusest asub infrapuna piirkonnas. Infrapunakiirgus moodustab 70–80% hõõglampide kiirgusenergiast; seda kiirgavad elektrikaar ja erinevad gaaslahenduslambid, igat tüüpi elektrilised ruumisoojendid. Teadusuuringutes on infrapunakiirguse allikateks volframlintlambid, Nernsti tihvt, maakera, kõrgsurve-elavhõbelambid jne. Teatud tüüpi laserite kiirgus asub ka spektri IR piirkonnas (nt. neodüümklaaslaserite lainepikkus on 1,06 μm, heelium-neoonlaserite - 1,15 ja 3,39 mikronit, CO 2 laserite - 10,6 mikronit).

Infrapunakiirguse vastuvõtjad põhinevad kiirgusenergia muundamisel teist tüüpi mõõtmiseks saadaolevaks energiaks. Termovastuvõtjates põhjustab neeldunud infrapunakiirgus temperatuuritundliku elemendi temperatuuri tõusu, mis registreeritakse. Fotoelektrilistes vastuvõtjates põhjustab infrapunakiirguse neeldumine elektrivoolu või pinge tugevuse ilmnemist või muutumist. Fotoelektrilised vastuvõtjad (erinevalt termilistest) on selektiivsed, see tähendab, et nad on tundlikud ainult teatud spektripiirkonna kiirgusele. Infrapunakiirguse fotode registreerimine toimub spetsiaalsete fotoemulsioonide abil, kuid need on selle suhtes tundlikud ainult lainepikkustel kuni 1,2 mikronit.

Infrapunakiirguse kasutamine. IR-kiirgust kasutatakse laialdaselt teadusuuringutes ja erinevate praktiliste probleemide lahendamisel. Molekulide ja tahkete ainete emissiooni- ja neeldumisspektrid asuvad IR piirkonnas, neid uuritakse infrapunaspektroskoopias, struktuuriprobleemides ning kasutatakse ka kvalitatiivses ja kvantitatiivses spektraalanalüüsis. Kauges IR piirkonnas asub aatomite Zeemani alamtasandite vaheliste üleminekute käigus tekkiv kiirgus, aatomite IR-spektrid võimaldavad uurida nende elektronkestade ehitust. Fotod samast objektist, mis on tehtud nähtavas ja infrapunavahemikus, võivad peegeldus-, ülekande- ja hajumistegurite erinevuse tõttu oluliselt erineda; IR-fotograafias näete detaile, mida tavafotograafias ei näe.

Tööstuses kasutatakse infrapunakiirgust materjalide ja toodete kuivatamiseks ja soojendamiseks, igapäevaelus - ruumide kütmiseks. Infrapunakiirgusele tundlike fotokatoodide baasil on loodud elektronoptilised muundurid, milles objekti silmale nähtamatu infrapunakujutis muudetakse nähtavaks. Selliste muundurite baasil ehitatakse erinevad öövaatlusseadmed (binoklid, sihikud jne), mis võimaldavad tuvastada objekte täielikus pimeduses, vaadelda ja sihtida, kiiritades neid spetsiaalsetest allikatest tuleva infrapunakiirgusega. Ülitundlike infrapunavastuvõtjate abil määratakse objektid nende endi infrapunakiirguse järgi ning luuakse mürskude ja rakettmürskude suunamissüsteeme. IR-lokaatorid ja IR-kaugusmõõturid võimaldavad tuvastada pimedas objekte, mille temperatuur on kõrgem kui ümbritseva õhu temperatuur, ja mõõta kaugust nendeni. Infrapunalaserite võimsat kiirgust kasutatakse teadusuuringutes, samuti maapealse ja kosmoseside jaoks, atmosfääri lasersondeerimiseks jne. Infrapunakiirgust kasutatakse arvesti standardi reprodutseerimiseks.

Lit .: Schreiber G. Infrapunakiired elektroonikas. M., 2003; Tarasov VV, Yakushenkov Yu. G. "Väljanägemise" tüüpi infrapunasüsteemid. M., 2004.