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

> Infracrveni valovi

Što infracrveni valovi: infracrvena valna duljina, raspon infracrvenih valnih duljina i frekvencija. Proučite uzorke infracrvenog spektra i izvore.

infracrveno svjetlo(IR) - elektromagnetske zrake, koje po valnim duljinama premašuju vidljive (0,74-1 mm).

Zadatak učenja

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

Osnovni momenti

IR svjetlo prima većinu toplinskog zračenja koje stvaraju tijela na približno sobnoj temperaturi. Emitira se i apsorbira ako se dogode promjene u rotaciji i vibraciji molekula.
IC dio spektra može se podijeliti u tri područja prema valnoj duljini: daleko infracrveno (300-30 THz), srednje (30-120 THz) i blisko (120-400 THz).
IR se također naziva toplinsko zračenje.
Važno je razumjeti koncept emisivnosti kako bismo razumjeli IR.
IR zrake se mogu koristiti za daljinsko određivanje temperature predmeta (termografija).

Pojmovi

Termografija - daljinski proračun promjena tjelesne temperature.
Toplinsko zračenje je elektromagnetsko zračenje koje proizvodi tijelo uslijed temperature.
Emisivnost je sposobnost površine da zrači.

infracrveni valovi

Infracrveno (IR) svjetlo - elektromagnetske zrake, koje su po valnim duljinama superiornije od vidljive svjetlosti (0,74-1 mm). Infracrveni valni pojas konvergira s frekvencijskim rasponom od 300-400 THz i prima veliku količinu toplinskog zračenja. IR svjetlost apsorbiraju i emitiraju molekule dok se mijenjaju u rotaciji i vibracijama.

Ovdje su glavne kategorije elektromagnetskih valova. Crte razdvajanja se na nekim mjestima razlikuju, dok se druge kategorije mogu preklapati. Mikrovalovi zauzimaju visokofrekventni dio radijskog dijela elektromagnetskog spektra

Potkategorije IC valova

Infracrveni dio elektromagnetskog spektra pokriva raspon od 300 GHz (1 mm) do 400 THz (750 nm). Postoje tri vrste infracrvenih valova:

Daleko IR: 300 GHz (1 mm) do 30 THz (10 µm). Donji dio se može nazvati mikrovalovima. Te se zrake apsorbiraju zbog rotacije u molekulama plinovite faze, molekularnih gibanja u tekućinama i fotona u čvrstim tijelima. Voda u zemljinoj atmosferi je tako snažno apsorbirana da je čini neprozirnom. Ali postoje određene valne duljine (prozori) koje se koriste za prijenos.
Srednji IR: 30 do 120 THz (10 do 2,5 µm). Izvori su vrući objekti. Apsorbira se vibracijama molekula (razni atomi vibriraju u ravnotežnim položajima). Ponekad se taj raspon naziva otiskom prsta jer se radi o specifičnom fenomenu.
Najbliži IR: 120 do 400 THz (2500-750 nm). Ovi fizički procesi nalikuju onima koji se odvijaju u vidljivom svjetlu. Najviše frekvencije mogu se pronaći kod određenih vrsta fotografskih filmova i senzora za infracrveno, fotografiju i video.

Toplina i toplinsko zračenje

Infracrveno zračenje naziva se i toplinsko zračenje. IC svjetlost Sunca pokriva samo 49% Zemljinog zagrijavanja, a ostatak je vidljiva svjetlost (apsorbirana i ponovno odbijena na većim valnim duljinama).

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, pojam emisivnosti mora se pažljivo razmotriti.

Izvori IR valova

Ljudi i većina planetarnog okoliša stvaraju toplinske zrake veličine 10 mikrona. Ovo je granica koja razdvaja srednje i daleko infracrveno područje. Mnoga astronomska tijela emitiraju detektabilnu količinu IR na netermalnim valnim duljinama.

IR zrake se mogu koristiti za izračunavanje temperature objekata na udaljenosti. Taj se proces naziva termografija i najaktivnije se koristi u vojnoj i industrijskoj uporabi.

Termografska slika psa i mačke

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

Infracrveno zračenje- elektromagnetsko zračenje koje zauzima područje spektra između crvenog kraja vidljive svjetlosti (s valnom duljinom λ = 0,74 mikrona i frekvencijom od 430 THz) i mikrovalnog radio zračenja (λ ~ 1-2 mm, frekvencija 300 GHz).

Cijeli raspon infracrvenog zračenja uvjetno je podijeljen u tri područja:

Dugovalni rub ovog raspona ponekad se izdvaja u zaseban raspon elektromagnetskih valova - teraherc zračenje (submilimetarsko zračenje).

Infracrveno zračenje naziva se i "toplinsko zračenje", jer infracrveno zračenje zagrijanih predmeta ljudska koža percipira kao osjećaj topline. U tom slučaju valne duljine koje emitira tijelo ovise o temperaturi zagrijavanja: što je temperatura viša, valna duljina je kraća i jačina zračenja je veća. Spektar emisije apsolutno crnog tijela pri relativno niskim (do nekoliko tisuća Kelvina) temperaturama leži uglavnom u ovom području. Infracrveno zračenje emitiraju pobuđeni atomi ili ioni.

Enciklopedijski YouTube

1 / 3

✪ 36 Infracrveno i ultraljubičasto zračenje Skala elektromagnetskih valova

✪ Eksperimenti u fizici. Refleksija infracrvenog zračenja

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

titlovi

Povijest otkrića i opće karakteristike

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

Ranije su laboratorijski izvori infracrvenog zračenja bila isključivo užarena tijela ili električna pražnjenja u plinovima. Sada, na temelju čvrstih i molekularnih plinskih lasera, stvoreni su moderni izvori infracrvenog zračenja s podesivom ili fiksnom frekvencijom. Za registraciju zračenja u bliskom infracrvenom području (do ~1,3 μm) koriste se posebne fotografske ploče. Širi raspon osjetljivosti (do oko 25 mikrona) imaju fotoelektrični detektori i fotootpornici. Zračenje u dalekom infracrvenom području bilježe bolometri - detektori osjetljivi na zagrijavanje infracrvenim zračenjem.

IR oprema naširoko se koristi u vojnoj tehnologiji (na primjer, za navođenje projektila) iu civilnoj tehnologiji (na primjer, u optičkim komunikacijskim sustavima). Optički elementi u IR spektrometrima su ili leće i prizme, ili difrakcijske rešetke i zrcala. Kako bi se izbjegla apsorpcija zračenja u zraku, dalekoinfracrveni spektrometri proizvode se u vakuumskoj verziji.

Budući da su infracrveni spektri povezani s rotacijskim i vibracijskim gibanjem u molekuli, kao i s elektroničkim prijelazima u atomima i molekulama, IR spektroskopija pruža važne informacije o strukturi atoma i molekula, kao i o strukturi vrpci kristala.

Infracrveni pojasevi

Objekti obično emitiraju infracrveno zračenje preko cijelog spektra valnih duljina, ali ponekad je samo ograničeno područje spektra od interesa jer senzori obično prikupljaju zračenje samo unutar određene propusnosti. Stoga se infracrveno područje često dalje dijeli na manje raspone.

Uobičajena shema podjele

Najčešća podjela na manje raspone je sljedeća:

Skraćenica	Valna duljina	Energija fotona	Karakteristično
Bliski infracrveni, NIR	0,75-1,4 µm	0,9-1,7 eV	Blizu IR, s jedne strane ograničen vidljivom svjetlošću, s druge - prozirnošću vode, koja se značajno pogoršava na 1,45 µm. Široko rasprostranjene infracrvene LED diode i laseri za optičke komunikacijske sustave s vlaknima i zrakom rade u ovom rasponu. Video kamere i uređaji za noćno gledanje temeljeni na cijevima za pojačavanje slike također su osjetljivi u ovom rasponu.
Infracrveno svjetlo kratke valne duljine, SWIR	1,4-3 µm	0,4-0,9 eV	Apsorpcija elektromagnetskog zračenja od strane vode značajno se povećava na 1450 nm. Raspon od 1530-1560 nm dominira područjem velike udaljenosti.
Infracrveno svjetlo srednje valne duljine, MWIR	3-8 µm	150-400 meV	U tom području počinju zračiti tijela zagrijana na nekoliko stotina Celzijevih stupnjeva. U ovom rasponu osjetljive su toplinske glave navođenja sustava protuzračne obrane i tehničkih termovizijskih kamera.
Infracrveni dugi val, LWIR	8-15 µm	80-150 meV	U tom rasponu počinju zračiti tijela s temperaturama oko nula Celzijevih stupnjeva. U ovom rasponu osjetljive su termalne kamere za uređaje za noćno gledanje.
Daleki infracrveni, FIR	15 - 1000 µm	1,2-80 meV

CIE shema

Međunarodna komisija za rasvjetu Međunarodna komisija za iluminaciju ) preporučuje podjelu infracrvenog zračenja u sljedeće tri skupine:

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 shema

toplinsko zračenje

Toplinsko zračenje ili radijacija je prijenos energije s jednog tijela na drugo u obliku elektromagnetskih valova koje emitiraju tijela zahvaljujući svojoj unutarnjoj energiji. Toplinsko zračenje je uglavnom u infracrvenom području spektra od 0,74 mikrona do 1000 mikrona. Posebnost prijenosa topline zračenjem je da se može izvesti između tijela koja se nalaze ne samo u bilo kojem mediju, već iu vakuumu. Primjer toplinskog zračenja je svjetlost žarulje sa žarnom niti. Snaga toplinskog zračenja objekta koji zadovoljava kriterije apsolutno crnog tijela opisuje se Stefan-Boltzmannovim zakonom. Omjer radijacijske i apsorpcijske sposobnosti tijela opisuje zakon zračenje Kirchhoff. Toplinsko zračenje je jedan od tri osnovna tipa prijenosa toplinske energije (uz toplinsku vodljivost i konvekciju). Ravnotežno zračenje je toplinsko zračenje koje je u termodinamičkoj ravnoteži s materijom.

Primjena

Uređaj za noćno gledanje

Postoji nekoliko načina za vizualizaciju nevidljive infracrvene slike:

Moderne poluvodičke video kamere osjetljive su u bliskom infracrvenom području. Kako bi se izbjegle pogreške u boji, obične kućne video kamere opremljene su posebnim filtrom koji odsijeca IC sliku. Kamere za sigurnosne sustave u pravilu nemaju takav filter. No, noću nema prirodnih izvora bliskog IR-a, pa bez umjetne rasvjete (na primjer, infracrvene LED diode), takve kamere neće pokazati ništa.
Image intensifier tube - vakuumski fotoelektronički uređaj koji pojačava svjetlost u vidljivom spektru i blizu infracrvenog. Ima visoku osjetljivost i može dati sliku pri vrlo slabom osvjetljenju. Oni su povijesno prvi uređaji za noćno gledanje, široko korišteni i trenutno u jeftinim uređajima za noćno gledanje. Budući da rade samo u bliskom IC području, one, kao i poluvodičke video kamere, zahtijevaju osvjetljenje.
Bolometar - toplinski senzor. Bolometri za sustave tehničkog vida i uređaje za noćno promatranje osjetljivi su u području valnih duljina od 3..14 mikrona (srednja IR), što odgovara zračenju tijela zagrijanih od 500 do -50 stupnjeva Celzijusa. Dakle, bolometrijski uređaji ne zahtijevaju vanjsko osvjetljenje, bilježe zračenje samih objekata i stvaraju sliku temperaturne razlike.

termografija

Infracrvena termografija, termalna slika ili termalni video, znanstveni je način dobivanja termograma – slike u infracrvenim zrakama koja prikazuje sliku raspodjele temperaturnih polja. Termografske kamere ili termovizijske kamere detektiraju zračenje u infracrvenom području elektromagnetskog spektra (otprilike 900-14000 nanometara ili 0,9-14 µm) i na temelju tog zračenja stvaraju slike koje omogućuju određivanje pregrijanih ili prehlađenih mjesta. Budući da infracrveno zračenje emitiraju svi objekti koji imaju temperaturu, prema Planckovoj formuli za zračenje crnog tijela, termografija vam omogućuje da "vidite" okoliš sa ili bez vidljivog svjetla. Količina zračenja koju emitira objekt povećava se s porastom njegove temperature, pa nam termografija omogućuje da vidimo razlike u temperaturi. Kada gledamo kroz termalnu kameru, topli objekti se vide bolje od onih ohlađenih na temperaturu okoline; ljudi i toplokrvne životinje lakše su vidljivi u okolini, kako danju tako i noću. Kao rezultat toga, promicanje uporabe termografije može se pripisati vojnim i sigurnosnim službama.

infracrveno navođenje

Infracrvena glava za samonavođenje - glava za samonavođenje koja radi na principu hvatanja infracrvenih valova koje emitira zarobljeni cilj. To je optičko-elektronički uređaj dizajniran za identifikaciju cilja u odnosu na okolnu pozadinu i izdavanje signala za hvatanje automatskom nišanskom uređaju (APU), kao i za mjerenje i izdavanje signala kutne brzine linije nišana prema autopilot.

Infracrveni grijač

Prijenos podataka

Širenje infracrvenih LED dioda, lasera i fotodioda omogućilo je stvaranje metode bežičnog optičkog prijenosa podataka koja se temelji na njima. U računalnoj tehnici obično se koristi za povezivanje računala s perifernim uređajima (IrDA sučelje).Za razliku od radio kanala, infracrveni kanal je neosjetljiv na elektromagnetske smetnje, što mu omogućuje upotrebu u industrijskim uvjetima. Nedostaci infracrvenog kanala uključuju potrebu za optičkim prozorima na opremi, ispravnu relativnu orijentaciju uređaja, niske brzine prijenosa (obično ne prelazi 5-10 Mbps, ali znatno veće brzine moguće su pri korištenju infracrvenih lasera). Osim toga, nije osigurana tajnost prijenosa informacija. U uvjetima line-of-sight, infracrveni kanal može omogućiti komunikaciju na udaljenostima od nekoliko kilometara, ali je najpogodniji za povezivanje računala koja se nalaze u istoj prostoriji, gdje refleksija od zidova prostorije omogućuje stabilnu i pouzdanu vezu. Najprirodniji tip topologije ovdje je "bus" (to jest, odaslani signal istodobno primaju svi pretplatnici). Infracrveni kanal nije mogao biti široko korišten, zamijenio ga je radio kanal.

Toplinsko zračenje također se koristi za primanje signala upozorenja.

Daljinski upravljač

Infracrvene diode i fotodiode naširoko se koriste u daljinskim upravljačkim pločama, sustavima automatizacije, sigurnosnim sustavima, nekim mobilnim telefonima (infracrveni port) itd. Infracrvene zrake ne odvlače pozornost osobe zbog svoje nevidljivosti.

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

Lijek

Infracrveno zračenje koje se najviše koristi u medicini nalazi se u različitim senzorima protoka krvi (PPG).

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

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

Infracrvene zrake koriste se u fizioterapiji.

Utjecaj dugovalnog infracrvenog zračenja:

Stimulacija i poboljšanje cirkulacije.Izlaganjem dugovalnom infracrvenom zračenju na koži dolazi do iritacije kožnih receptora i uslijed reakcije hipotalamusa dolazi do opuštanja glatkih mišića krvnih žila, posljedično do širenja žila.
Poboljšanje metaboličkih procesa. Toplinski učinak infracrvenog zračenja potiče aktivnost na staničnoj razini, poboljšava procese neuroregulacije i metabolizma.

Sterilizacija hrane

Uz pomoć infracrvenog zračenja prehrambeni proizvodi se steriliziraju u svrhu dezinfekcije.

industrija hrane

Značajka upotrebe infracrvenog zračenja u prehrambenoj industriji je mogućnost prodiranja elektromagnetskog vala u takve 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 ubrzati biokemijske transformacije u biološkim polimerima (

Infracrveno svjetlo je vizualno nedostupno ljudskom vidu. U međuvremenu, duge infracrvene valove ljudsko tijelo percipira kao toplinu. Infracrvena svjetlost 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). Prostor IC zauzima spektralno područje elektromagnetskog zračenja 700 nm - 1 mm. IR valovi su dulji od vidljive svjetlosti i kraći od radio valova. Sukladno tome, IR frekvencije su više od mikrovalnih frekvencija i niže od frekvencija vidljive svjetlosti. IR frekvencija je ograničena na raspon od 300 GHz - 400 THz.

Infracrvene valove otkrio je britanski astronom William Herschel. Otkriće je registrirano 1800. godine. Koristeći staklene prizme u svojim eksperimentima, znanstvenik je na taj način istražio mogućnost dijeljenja sunčeve svjetlosti u zasebne komponente.

Kada je William Herschel morao izmjeriti temperaturu pojedinačnih cvjetova, otkrio je čimbenik povećanja temperature kada je prolazio kroz sljedeće nizove uzastopce:

ljubičasta,
plavo,
zelje,
žumanjak,
naranča,
Crvena.

Valno i frekvencijsko područje IC zračenja

Na temelju valne duljine znanstvenici infracrveno zračenje uvjetno dijele na nekoliko spektralnih dijelova. Međutim, ne postoji jedinstvena definicija granica svakog pojedinog dijela.

Skala elektromagnetskog zračenja: 1 - radio valovi; 2 - mikrovalne pećnice; 3 - IC valovi; 4 - vidljivo svjetlo; 5 - ultraljubičasto; 6 - rendgenske zrake; 7 - gama zrake; B je raspon valnih duljina; E - energija

Teoretski, određena su tri valna područja:

Blizu
Prosjek
Unaprijediti

Bliski infracrveni raspon označen je valnim duljinama blizu kraja spektra vidljive svjetlosti. Približno izračunati segment vala ovdje je označen duljinom: 750 - 1300 nm (0,75 - 1,3 mikrona). Frekvencija zračenja je otprilike 215-400 Hz. Kratki IC domet će emitirati minimalnu toplinu.

Srednji IR raspon (srednji), pokriva valne duljine od 1300-3000 nm (1,3 - 3 mikrona). Ovdje se mjere frekvencije u rasponu od 20-215 THz. Razina zračene topline je relativno niska.

Daleko infracrveno područje najbliže je mikrovalnom području. Usklađivanje: 3-1000 mikrona. Frekvencijski raspon 0,3-20 THz. Ova skupina se sastoji od kratkih valnih duljina na maksimalnom frekvencijskom intervalu. Tu se emitira maksimum topline.

Primjena infracrvenog zračenja

IR zrake se koriste u raznim područjima. Među najpoznatijim uređajima su termovizije, oprema za noćno gledanje itd. Komunikacijska i mrežna oprema IR svjetlo se koristi iu žičanom iu bežičnom radu.

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

Daljinski upravljači opremljeni su IC komunikacijskim sustavom kratkog dometa, gdje se signal prenosi preko IR LED dioda. Primjer: uobičajeni kućanski aparati - TV, klima uređaji, playeri. Infracrveno svjetlo prenosi podatke preko sustava optičkih kabela.

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

Malo poznate činjenice o IR svjetlu

Ljudske oči stvarno ne mogu vidjeti infracrvene zrake. Ali koža ljudskog tijela sposobna ih je "vidjeti", reagirati na fotone, a ne samo na toplinsko zračenje.

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

Zimi, u prostoriji gdje je temperatura zraka 21-22ºS, toplo obučeni (pulover, hlače). Ljeti se u istoj prostoriji, na istoj temperaturi, ljudi također osjećaju ugodno, ali u svjetlijoj odjeći (kratke hlače, majica).

Lako je objasniti ovaj fenomen: unatoč istoj temperaturi zraka, zidovi i strop prostorije ljeti emitiraju više dalekoinfracrvenih valova nošenih sunčevom svjetlošću (FIR – Far Infrared). Dakle, ljudsko tijelo na istoj temperaturi, ljeti percipira više topline.

IC toplinu reproduciraju svi živi organizmi i neživi objekti. Na ekranu termovizije ovaj trenutak je više nego jasno zabilježen.

Parovi ljudi koji spavaju u istom krevetu nehotice su odašiljači i primatelji FIR valova u odnosu jedni na druge. Ako je osoba sama u krevetu, ona djeluje kao odašiljač FIR valova, ali više ne prima iste valove zauzvrat.

Kada ljudi razgovaraju jedni s drugima, nehotice jedni od drugih šalju i primaju FIR valove. Prijateljski (ljubavni) zagrljaji također aktiviraju prijenos FIR zračenja među ljudima.

Kako priroda doživljava infracrveno svjetlo?

Ljudi ne mogu vidjeti infracrveno svjetlo, ali zmije iz porodice poskoka ili čegrtuše (kao što su čegrtuše) imaju osjetilne "rupe" koje se koriste za prikaz infracrvenog svjetla.

Ovo svojstvo omogućuje zmijama da otkriju toplokrvne životinje u potpunom mraku. Smatra se da zmije s dvije osjetilne jame imaju neku infracrvenu percepciju dubine.

Svojstva IR zmije: 1, 2 - osjetljive zone osjetne šupljine; 3 - membranska šupljina; 4 - unutarnja 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 u preciznoj navigaciji 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 svjetlosti koju apsorbira Zemlja, u jednakoj količini IC zračenja, mora putovati sa Zemlje natrag u svemir. U suprotnom, globalno zatopljenje ili globalno zahlađenje je neizbježno.

Postoji očit razlog zašto se zrak brzo hladi u sušnoj noći. Niska vlažnost zraka i odsutnost oblaka na nebu otvaraju slobodan put za infracrveno zračenje. Infracrvene zrake brže ulaze u svemir i shodno tome brže odnose toplinu.

Značajan dio onoga što dolazi na Zemlju je infracrveno svjetlo. Svaki prirodni organizam ili objekt ima temperaturu, što znači da oslobađa infracrvenu energiju. Čak i objekti koji su unaprijed hladni (kao što su kockice leda) emitiraju infracrveno svjetlo.

Tehnički potencijal infracrvene zone

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

Sustavi za praćenje ciljeva: 1, 4 - komora za izgaranje; 2, 6 - relativno dugi ispuh plamena; 5 - hladni tok zaobilazeći vruću komoru; 3, 7 - dodijeljen važan IR potpis

Meteorološki sateliti opremljeni radiometrima za skeniranje proizvode toplinske slike, koje zatim omogućuju analitičkim metodama određivanje visine i vrste oblaka, izračunavanje temperature kopna i površinske vode te određivanje značajki površine oceana.

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

posebni jastučići i grijači FIR;
FIR tanjuri za dugotrajnu svježinu ribe i povrća;
keramički papir i keramika FIR;
Tkanine FIR rukavice, jakne, autosjedalice;
frizerski FIR-fen, koji smanjuje oštećenje kose;

Infracrvena reflektografija (konzervacija umjetnina) koristi se za proučavanje slika, pomaže u otkrivanju temeljnih slojeva bez uništavanja strukture. Ova tehnika pomaže otkriti detalje skrivene ispod umjetnikova crteža.

Na taj način se utvrđuje je li trenutna slika originalno umjetničko djelo ili samo profesionalno izrađena kopija. Utvrđuju se i promjene vezane uz restauratorske radove na umjetninama.

IC zrake: utjecaj na ljudsko zdravlje

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

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

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

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

Daleke infracrvene zrake jačaju kardiovaskularni sustav, stabiliziraju otkucaje srca, povećavaju minutni volumen srca, a smanjuju dijastolički krvni tlak.
Stimulacija kardiovaskularne funkcije daleko infracrvenim svjetlom idealan je način za održavanje normalnog kardiovaskularnog sustava. Postoji iskustvo američkih astronauta tijekom dugog svemirskog leta.
Daleke infracrvene IR zrake s temperaturama iznad 40°C slabe i na kraju ubijaju stanice raka. Ovu činjenicu potvrđuju Američka udruga za borbu protiv raka i Nacionalni institut za rak.
Infracrvene saune često se koriste u Japanu i Koreji (terapija hipertermijom ili Waon terapija) za liječenje kardiovaskularnih bolesti, posebice kroničnog zatajenja srca i bolesti perifernih arterija.
Rezultati istraživanja objavljeni u časopisu Neuropsychiatric Disease and Treatment pokazuju infracrvene zrake kao "medicinski napredak" u liječenju traumatskih ozljeda mozga.
Infracrvena sauna se smatra sedam puta učinkovitijom u uklanjanju teških metala, kolesterola, alkohola, nikotina, amonijaka, sumporne kiseline i drugih otrova iz tijela.
Konačno, FIR-terapija u Japanu i Kini izbila je na prvo mjesto među učinkovitim načinima liječenja astme, bronhitisa, prehlade, gripe, sinusitisa. Napominje se da FIR-terapija uklanja upale, otekline, začepljenja sluznice.

Infracrveno svjetlo i životni vijek od 200 godina

Infracrveno zračenje je vrsta elektromagnetskog zračenja koje s jedne strane graniči s crvenim dijelom spektra vidljive svjetlosti, a s druge s mikrovalovima. Valna duljina - od 0,74 do 1000-2000 mikrometara. Infracrveni valovi se također nazivaju "toplinski". Ovisno o valnoj duljini dijele se u tri skupine:

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

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

dugovalni (više od 50 mikrometara).

Izvori infracrvenog zračenja

Na našem planetu infracrveno zračenje nije neuobičajeno. Gotovo svaka toplina posljedica je izlaganja infracrvenim zrakama. Nije važno što je to: sunčeva svjetlost, toplina našeg tijela ili toplina koja dolazi od grijaćih uređaja.

Infracrveni dio elektromagnetskog zračenja ne zagrijava prostor, već izravno sam objekt. Na ovom principu je izgrađen rad infracrvenih svjetiljki. I Sunce zagrijava Zemlju na isti način.

Utjecaj na žive organizme

U ovom trenutku znanost ne zna potvrđene činjenice o negativnom utjecaju infracrvenih zraka na ljudsko tijelo. Osim ako zbog prejakog zračenja može doći do oštećenja sluznice očiju.

Ali o prednostima možemo govoriti jako dugo. Još 1996. godine znanstvenici iz SAD-a, Japana i Nizozemske potvrdili su niz pozitivnih medicinskih činjenica. Toplinsko zračenje:

uništava neke vrste virusa hepatitisa;

inhibira i usporava rast stanica raka;

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

pomaže dijabetičarima u proizvodnji inzulina;

može pomoći kod distrofije;

poboljšanje stanja tijela s psorijazom.

Kada se stanje zdravlja poboljšava, unutarnji organi počinju raditi učinkovitije. Povećava se ishrana mišića, jako se povećava snaga imunološkog sustava. Poznato je da u nedostatku infracrvenog zračenja tijelo osjetno brže stari.

Infracrvene zrake nazivaju i "zrake života". Pod njihovim utjecajem rođen je život.

Korištenje infracrvenih zraka u životu čovjeka

Infracrveno svjetlo se koristi ništa manje nego što je uobičajeno. Možda će biti vrlo teško pronaći barem jedno područje nacionalnog gospodarstva gdje infracrveni dio elektromagnetskih valova nije pronašao primjenu. Navodimo najpoznatija područja primjene:

ratovanje. Navođenje bojevih glava projektila ili uređaja za noćno promatranje rezultat je korištenja infracrvenog zračenja;

termografija se široko koristi u znanosti za određivanje pregrijanih ili prehlađenih dijelova predmeta koji se proučava. Infracrvene slike također se široko koriste u astronomiji, zajedno s drugim vrstama elektromagnetskih valova;

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

prijenos podataka i daljinsko upravljanje. Da, svi daljinski za TV, magnetofone i klima uređaje koriste infracrvene zrake;

dezinfekcija u prehrambenoj industriji

Lijek. Liječenje i prevencija mnogih različitih vrsta bolesti.

Infracrvene zrake čine relativno mali dio elektromagnetskog zračenja. Budući da je prirodni način prijenosa topline, niti jedan životni proces na našem planetu ne može bez njega.

INFRACRVENO ZRAČENJE (IR zračenje, IR zrake), elektromagnetsko zračenje valnih duljina λ od oko 0,74 mikrona do oko 1-2 mm, odnosno zračenje koje zauzima područje spektra između crvenog kraja vidljivog zračenja i kratkovalnog (submilimetarskog) radiozračenja. Infracrveno zračenje se odnosi na optičko zračenje, ali za razliku od vidljivog zračenja, ljudsko oko ga ne opaža. U interakciji s površinom tijela ono ih zagrijava, pa se često naziva i toplinsko zračenje. Konvencionalno se područje infracrvenog zračenja dijeli na blizu (λ = 0,74-2,5 mikrona), srednje (2,5-50 mikrona) i daleko (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 tvari) ili prugasti (molekularni spektri). Optička svojstva (transmisija, refleksija, lom itd.) tvari u infracrvenom zračenju u pravilu se bitno razlikuju od odgovarajućih svojstava u vidljivom ili ultraljubičastom zračenju. Mnoge tvari koje su prozirne za vidljivu svjetlost neprozirne su za infracrveno zračenje određenih valnih duljina, i obrnuto. Tako je sloj vode debljine nekoliko centimetara neproziran za infracrveno zračenje s λ > 1 µm, pa se voda često koristi kao filtar za zaštitu od topline. Ploče od Ge i Si, neprozirne za vidljivo zračenje, prozirne su za infracrveno zračenje određenih valnih duljina, crni papir proziran je u dalekom infracrvenom području (takve tvari se koriste kao svjetlosni filtri pri emitiranju infracrvenog zračenja).

Reflektivnost većine metala u infracrvenom zračenju mnogo je veća nego u vidljivom zračenju i povećava se s povećanjem valne duljine (vidi Optika metala). Dakle, refleksija Al, Au, Ag, Cu površina infracrvenog zračenja s λ = 10 μm doseže 98%. Tekuće i čvrste nemetalne tvari imaju selektivnu (ovisno o valnoj duljini) refleksiju infracrvenog zračenja, čiji položaj maksimuma ovisi o njihovom kemijskom sastavu.

Prolazeći kroz zemljinu atmosferu, infracrveno zračenje prigušuje se zbog raspršenja i apsorpcije od strane atoma i molekula zraka. Dušik i kisik ne apsorbiraju infracrveno zračenje i slabe ga samo kao rezultat raspršenja, koje je mnogo manje za infracrveno zračenje nego za vidljivu svjetlost. Molekule H 2 O, O 2 , O 3 i dr., prisutne u atmosferi, selektivno (selektivno) apsorbiraju infracrveno zračenje, a posebno se jako apsorbira infracrveno zračenje vodene pare. Apsorpcijske trake H 2 O opažene su u cijelom IR području spektra, a trake CO 2 - u njegovom srednjem dijelu. U površinskim slojevima atmosfere postoji samo mali broj "prozora" za infracrveno zračenje. Prisutnost u atmosferi čestica dima, prašine, malih kapi vode dovodi do dodatnog slabljenja infracrvenog zračenja kao rezultat njegovog raspršivanja na tim česticama. Pri malim veličinama čestica infracrveno zračenje raspršuje se manje od vidljivog zračenja koje se koristi u infracrvenoj fotografiji.

Izvori infracrvenog zračenja. Snažan prirodni izvor infracrvenog zračenja je Sunce, oko 50% njegovog zračenja nalazi se u infracrvenom području. Infracrveno zračenje čini 70 do 80% energije zračenja žarulja sa žarnom niti; emitiraju ga električni luk i razne plinske žarulje, sve vrste električnih grijalica. U znanstvenim istraživanjima izvori infracrvenog zračenja su žarulje s volframovom vrpcom, Nernstova igla, globus, visokotlačne živine žarulje itd. Zračenje nekih vrsta lasera također leži u IR području spektra (npr. valna duljina lasera od neodimijskog stakla je 1,06 μm, helij-neonskih lasera - 1,15 i 3,39 mikrona, CO 2 lasera - 10,6 mikrona).

Prijemnici infracrvenog zračenja temelje se na pretvaranju energije zračenja u druge vrste energije dostupne za mjerenje. U toplinskim prijemnicima apsorbirano infracrveno zračenje uzrokuje povećanje temperature temperaturno osjetljivog elementa, što se bilježi. U fotoelektričnim prijamnicima apsorpcija infracrvenog zračenja dovodi do pojave ili promjene jakosti električne struje ili napona. Fotoelektrični prijamnici (za razliku od toplinskih) su selektivni, odnosno osjetljivi su samo na zračenje iz određenog područja spektra. Fotoregistracija infracrvenog zračenja provodi se uz pomoć posebnih fotografskih emulzija, ali one su na njega osjetljive samo za valne duljine do 1,2 mikrona.

Korištenje infracrvenog zračenja. IR zračenje ima široku primjenu u znanstvenim istraživanjima i za rješavanje raznih praktičnih problema. Emisijski i apsorpcijski spektri molekula i krutina leže u IR području, proučavaju se u infracrvenoj spektroskopiji, u strukturnim problemima, a također se koriste u kvalitativnoj i kvantitativnoj spektralnoj analizi. U dalekom IC području nalazi se zračenje koje se javlja tijekom prijelaza između Zeemanovih podrazina atoma, IR spektri atoma omogućuju proučavanje strukture njihovih elektronskih ljuski. Fotografije istog objekta snimljene u vidljivom i infracrvenom području, zbog razlike u koeficijentima refleksije, transmisije i raspršenja, mogu značajno varirati; Na IR 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 temelju fotokatoda osjetljivih na infracrveno zračenje stvoreni su elektronsko-optički pretvarači u kojima se infracrvena slika objekta, nevidljiva oku, pretvara u vidljivu. Na temelju takvih pretvarača izgrađeni su razni uređaji za noćno gledanje (dalekozori, nišani itd.) koji omogućuju otkrivanje objekata u potpunom mraku, promatranje i ciljanje, ozračujući ih infracrvenim zračenjem iz posebnih izvora. Uz pomoć visokoosjetljivih prijamnika infracrvenog zračenja, toplinsko nalaženje smjera objekata provodi se njihovim vlastitim infracrvenim zračenjem i stvaraju sustavi za navođenje projektila i projektila na cilj. IR lokatori i IR daljinomjeri omogućuju otkrivanje objekata čija je temperatura viša od temperature okoline u mraku i mjerenje udaljenosti do njih. Snažno zračenje infracrvenih lasera koristi se u znanstvenim istraživanjima, kao i za zemaljske i svemirske komunikacije, za lasersko sondiranje atmosfere itd. Infracrveno zračenje koristi se za reprodukciju etalona metra.

Lit .: Schreiber G. Infracrvene zrake u elektronici. M., 2003.; Tarasov VV, Yakushenkov Yu G. Infracrveni sustavi "gledajućeg" tipa. M., 2004. (monografija).