Mionzi ya LED ya infrared iliyopigwa. Mionzi ya infrared: mali, matumizi, athari kwa wanadamu

> Mawimbi ya infrared

Nini kilitokea mawimbi ya infrared: Urefu wa mawimbi ya infrared, masafa ya mawimbi ya infrared na frequency. Soma mifumo na vyanzo vya wigo wa infrared.

Mwanga wa infrared(IR) - mionzi ya sumakuumeme, ambayo kwa suala la urefu wa mawimbi huzidi inayoonekana (0.74-1 mm).

Lengo la Kujifunza

Elewa safu tatu za wigo wa IR na ueleze michakato ya kunyonya na utoaji wa molekuli.

Nyakati za msingi

Mwangaza wa IR hupokea mionzi mingi ya joto inayotolewa na miili kwa takriban joto la kawaida. Hutolewa na kufyonzwa wakati mabadiliko yanapotokea katika mzunguko na mtetemo wa molekuli.
Sehemu ya IR ya wigo inaweza kugawanywa katika kanda tatu kulingana na urefu wa wimbi: mbali ya infrared (300-30 THz), infrared ya kati (30-120 THz) na karibu-infrared (120-400 THz).
IR pia inaitwa mionzi ya joto.
Ni muhimu kuelewa dhana ya kutotoa moshi ili kuelewa IR.
Mionzi ya IR inaweza kutumika kuamua kwa mbali halijoto ya vitu (thermografia).

Masharti

Thermography ni hesabu ya mbali ya mabadiliko ya joto la mwili.
Mionzi ya joto ni mionzi ya sumakuumeme inayozalishwa na mwili kutokana na joto.
Emissivity ni uwezo wa uso kutoa mionzi.

Mawimbi ya infrared

Mwanga wa infrared (IR) ni miale ya sumakuumeme ambayo urefu wake wa mawimbi huzidi mwanga unaoonekana (0.74-1 mm). Masafa ya urefu wa mawimbi ya infrared huchangana na masafa ya masafa ya 300-400 THz na kuchukua kiasi kikubwa cha mionzi ya joto. Mwanga wa IR hufyonzwa na kutolewa na molekuli zinapobadilika katika mzunguko na mtetemo.

Hapa kuna aina kuu za mawimbi ya umeme. Mistari ya kugawanya inatofautiana katika baadhi ya maeneo, na kategoria nyingine zinaweza kuingiliana. Microwaves huchukua sehemu ya masafa ya juu ya sehemu ya redio ya wigo wa sumakuumeme

Vijamii vya mawimbi ya IR

Sehemu ya IR ya wigo wa sumakuumeme inachukua masafa kutoka 300 GHz (1 mm) hadi 400 THz (750 nm). Kuna aina tatu za mawimbi ya infrared:

IR ya Mbali: 300 GHz (1 mm) hadi 30 THz (10 µm). Sehemu ya chini inaweza kuitwa microwaves. Miale hii hufyonzwa kutokana na kuzunguka kwa molekuli za awamu ya gesi, mwendo wa molekuli katika vimiminika na fotoni katika vitu vikali. Maji katika angahewa ya dunia hufyonzwa kwa nguvu sana hivi kwamba huwa hafifu. Lakini kuna wavelengths fulani (madirisha) kutumika kwa ajili ya maambukizi.
Masafa ya kati ya IR: 30 hadi 120 THz (10 hadi 2.5 µm). Vyanzo ni vitu vya moto. Kumezwa na mitetemo ya molekuli (atomi mbalimbali hutetemeka katika nafasi za usawa). Masafa haya wakati mwingine huitwa alama ya vidole kwa sababu ni jambo mahususi.
Kiwango cha karibu cha IR: 120 hadi 400 THz (2500-750 nm). Taratibu hizi za kimwili zinafanana na zile zinazotokea katika mwanga unaoonekana. Masafa ya juu zaidi yanaweza kupatikana kwa aina fulani ya filamu ya picha na sensorer kwa infrared, upigaji picha na video.

Mionzi ya joto na ya joto

Mionzi ya infrared pia inaitwa mionzi ya joto. Mwangaza wa IR kutoka Jua hunasa tu 49% ya joto la Dunia, na nyinginezo zikiwa mwanga unaoonekana (hufyonzwa na kuangaziwa tena kwa urefu mrefu wa mawimbi).

Joto ni nishati katika fomu ya mpito ambayo inapita kutokana na tofauti za joto. Ikiwa joto huhamishwa na conduction au convection, basi mionzi inaweza kuenea katika utupu.

Ili kuelewa miale ya IR, tunahitaji kuangalia kwa karibu dhana ya kutotoa moshi.

Vyanzo vya Wimbi la IR

Wanadamu na mazingira mengi ya sayari hutoa miale ya joto kwa mikroni 10. Huu ndio mpaka unaotenganisha maeneo ya katikati na ya mbali ya IR. Miili mingi ya astronomia hutoa kiasi kinachoweza kutambulika cha miale ya IR katika urefu wa mawimbi usio na joto.

Mionzi ya IR inaweza kutumika kuhesabu joto la vitu kwa mbali. Utaratibu huu unaitwa thermography na hutumiwa kikamilifu katika maombi ya kijeshi na viwanda.

Picha ya thermografia ya mbwa na paka

Mawimbi ya IR pia hutumika katika kupokanzwa, mawasiliano, hali ya hewa, taswira, unajimu, biolojia na dawa, na uchanganuzi wa sanaa.

Mionzi ya infrared- mionzi ya sumakuumeme, inachukua eneo la spectral kati ya mwisho mwekundu wa mwanga unaoonekana (na wavelength λ = 0.74 μm na mzunguko wa 430 THz) na mionzi ya redio ya microwave (λ ~ 1-2 mm, frequency 300 GHz).

Aina nzima ya mionzi ya infrared kawaida imegawanywa katika maeneo matatu:

Makali ya urefu wa urefu wa safu hii wakati mwingine hutenganishwa katika safu tofauti ya mawimbi ya sumakuumeme - mionzi ya terahertz (mionzi ya submillimeter).

Mionzi ya infrared pia inaitwa "mionzi ya joto", kwani mionzi ya infrared kutoka kwa vitu vyenye joto hugunduliwa na ngozi ya binadamu kama hisia ya joto. Katika kesi hiyo, urefu wa urefu unaotolewa na mwili hutegemea joto la joto: juu ya joto, mfupi wavelength na juu ya nguvu ya mionzi. Wigo wa mionzi ya mwili mweusi kabisa katika halijoto ya chini (hadi elfu kadhaa ya Kelvin) iko katika safu hii. Mionzi ya infrared hutolewa na atomi au ioni za msisimko.

Encyclopedic YouTube

1 / 3

✪ 36 Mionzi ya infrared na ultraviolet Mizani ya wimbi la umeme

✪ Majaribio ya fizikia. Tafakari ya infrared

✪ Kupokanzwa kwa umeme (inapokanzwa kwa infrared). Ni mfumo gani wa joto wa kuchagua?

Manukuu

Historia ya uvumbuzi na sifa za jumla

Mionzi ya infrared iligunduliwa mwaka wa 1800 na mtaalamu wa nyota wa Kiingereza W. Herschel. Wakati akisoma Jua, Herschel alikuwa akitafuta njia ya kupunguza joto la chombo ambacho uchunguzi ulifanywa. Akitumia vipimajoto ili kubaini athari za sehemu mbalimbali za wigo unaoonekana, Herschel aligundua kwamba “kiwango cha juu cha joto” kinatokana na rangi nyekundu iliyojaa na, ikiwezekana, “zaidi ya mwonekano unaoonekana.” Utafiti huu ulionyesha mwanzo wa utafiti wa mionzi ya infrared.

Hapo awali, vyanzo vya maabara vya mionzi ya infrared vilikuwa miili ya moto pekee au kutokwa kwa umeme katika gesi. Siku hizi, vyanzo vya kisasa vya mionzi ya infrared yenye masafa ya kurekebishwa au ya kudumu yameundwa kwa msingi wa hali dhabiti na leza za gesi za Masi. Ili kurekodi mionzi katika eneo la karibu la infrared (hadi ~ 1.3 μm), sahani maalum za picha hutumiwa. Vigunduzi vya umeme vya picha na viboreshaji picha vina anuwai ya unyeti zaidi (hadi takriban mikroni 25). Mionzi katika eneo la mbali la infrared imeandikwa na bolometers - detectors ambazo ni nyeti kwa inapokanzwa na mionzi ya infrared.

Vifaa vya IR hutumiwa sana katika teknolojia ya kijeshi (kwa mfano, kwa uongozi wa kombora) na teknolojia ya kiraia (kwa mfano, katika mifumo ya mawasiliano ya fiber-optic). Vipimo vya IR hutumia lenzi na prismu au viunzi na vioo kama vipengee vya macho. Ili kuondokana na ngozi ya mionzi katika hewa, spectrometers kwa eneo la mbali-IR hutengenezwa kwa toleo la utupu.

Kwa kuwa spectra ya infrared inahusishwa na harakati za mzunguko na vibrational katika molekuli, pamoja na mabadiliko ya elektroniki katika atomi na molekuli, spectroscopy IR inaruhusu mtu kupata taarifa muhimu kuhusu muundo wa atomi na molekuli, pamoja na muundo wa bendi ya fuwele.

Masafa ya mionzi ya infrared

Vifaa kwa kawaida hutoa mionzi ya infrared katika wigo mzima wa urefu wa mawimbi, lakini wakati mwingine eneo lenye kikomo la masafa ndilo linalovutia kwa sababu vitambuzi kwa kawaida hukusanya mionzi ndani ya kipimo data fulani. Kwa hivyo, safu ya infrared mara nyingi hugawanywa katika bendi ndogo.

Mpango wa kawaida wa mgawanyiko

Mara nyingi, mgawanyiko katika safu ndogo hufanywa kama ifuatavyo:

Ufupisho	Urefu wa mawimbi	Nishati ya Photon	Tabia
Karibu na infrared, NIR	Mikroni 0.75-1.4	0.9-1.7 eV	Karibu na IR, iliyozuiliwa upande mmoja na mwanga unaoonekana, kwa upande mwingine na uwazi wa maji, ambao huharibika kwa kiasi kikubwa katika 1.45 µm. Taa za infrared na leza zilizoenea za mifumo ya mawasiliano ya nyuzi na angani hufanya kazi katika safu hii. Kamera za video na vifaa vya kuona usiku kulingana na mirija ya kuimarisha picha pia ni nyeti katika safu hii.
Infrared ya urefu mfupi wa mawimbi, SWIR	Mikroni 1.4-3	0.4-0.9 eV	Kunyonya kwa mionzi ya umeme kwa maji huongezeka sana kwa 1450 nm. Kiwango cha 1530-1560 nm kinatawala katika eneo la mawasiliano ya umbali mrefu.
Infrared ya urefu wa kati, MWIR	3-8 microns	150-400 meV	Katika safu hii, miili yenye joto hadi digrii mia kadhaa huanza kutoa. Katika safu hii, vichwa vya joto vya mifumo ya ulinzi wa hewa na picha za kiufundi za joto ni nyeti.
Infrared ya urefu wa mawimbi ya muda mrefu, LWIR	8-15 microns	80-150 meV	Katika safu hii, miili iliyo na halijoto karibu na nyuzi joto sifuri huanza kumeremeta. Picha za joto kwa vifaa vya kuona usiku ni nyeti katika safu hii.
Infrared ya mbali, FIR	15 - 1000 µm	1.2-80 meV

Mpango wa CIE

Tume ya Kimataifa ya Mwangaza Tume ya Kimataifa juu Kuangazia ) inapendekeza kugawanya mionzi ya infrared katika vikundi vitatu vifuatavyo:

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)

Mchoro wa ISO 20473

Mionzi ya joto

Mionzi ya joto au mionzi ni uhamisho wa nishati kutoka kwa mwili mmoja hadi mwingine kwa namna ya mawimbi ya umeme yanayotolewa na miili kutokana na nishati yao ya ndani. Mionzi ya joto huanguka hasa katika eneo la infrared la wigo kutoka mikroni 0.74 hadi mikroni 1000. Kipengele tofauti cha kubadilishana joto la joto ni kwamba inaweza kufanyika kati ya miili iko si tu katika kati yoyote, lakini pia katika utupu. Mfano wa mionzi ya joto ni mwanga kutoka kwa taa ya incandescent. Nguvu ya mionzi ya joto ya kitu ambacho kinakidhi vigezo vya mwili mweusi kabisa inaelezewa na sheria ya Stefan-Boltzmann. Uhusiano kati ya uwezo wa kufyonza na wa kunyonya wa miili unaelezewa na sheria ya mionzi ya Kirchhoff. Mionzi ya joto ni mojawapo ya aina tatu za msingi za uhamisho wa nishati ya joto (pamoja na conductivity ya joto na convection). Mionzi ya usawa ni mionzi ya joto ambayo iko katika usawa wa thermodynamic na maada.

Maombi

Kifaa cha maono ya usiku

Kuna njia kadhaa za kuibua picha isiyoonekana ya infrared:

Kamera za video za semicondukta za kisasa ni nyeti katika infrared iliyo karibu. Ili kuepuka makosa ya utoaji wa rangi, kamera za kawaida za video za kaya zina vifaa vya chujio maalum ambacho hukata picha ya IR. Kamera za mifumo ya usalama, kama sheria, hazina kichungi kama hicho. Hata hivyo, katika giza hakuna vyanzo vya asili vya mwanga wa karibu wa infrared, hivyo bila mwanga wa bandia (kwa mfano, LED za infrared), kamera hizo hazitaonyesha chochote.
Kigeuzi cha elektroni-macho ni kifaa cha utupu cha picha ya kielektroniki kinachokuza mwanga katika wigo unaoonekana na karibu na IR. Ina unyeti wa juu na ina uwezo wa kutoa picha katika hali ya chini sana ya mwanga. Kihistoria ni vifaa vya kwanza vya maono ya usiku na bado vinatumiwa sana leo katika vifaa vya bei nafuu vya maono ya usiku. Kwa kuwa wanafanya kazi karibu na IR pekee, wao, kama kamera za video za semiconductor, zinahitaji mwanga.
Bolometer - sensor ya joto. Bolomita za mifumo ya kiufundi ya maono na vifaa vya maono ya usiku ni nyeti katika safu ya urefu wa mikroni 3..14 (katikati ya IR), ambayo inalingana na mionzi kutoka kwa miili yenye joto kutoka digrii 500 hadi -50 Celsius. Kwa hivyo, vifaa vya bolometri hazihitaji taa za nje, kusajili mionzi ya vitu wenyewe na kuunda picha ya tofauti ya joto.

Thermography

Thermography ya infrared, picha ya joto au video ya joto ni mbinu ya kisayansi ya kupata thermogram - picha katika mionzi ya infrared inayoonyesha muundo wa usambazaji wa maeneo ya joto. Kamera za hali ya hewa au vielelezo vya joto hutambua mionzi katika safu ya infrared ya wigo wa sumakuumeme (takriban nanomita 900-14000 au 0.9-14 µm) na kutumia mionzi hii kuunda picha zinazosaidia kutambua maeneo yenye joto kupita kiasi au baridi kidogo. Kwa kuwa mionzi ya infrared hutolewa na vitu vyote vilivyo na joto, kulingana na formula ya Planck ya mionzi ya mwili mweusi, thermography inaruhusu mtu "kuona" mazingira na au bila mwanga unaoonekana. Kiasi cha mionzi inayotolewa na kitu huongezeka joto lake linapoongezeka, hivyo thermography hutuwezesha kuona tofauti za joto. Tunapoangalia kupitia kipiga picha cha joto, vitu vyenye joto huonekana vizuri zaidi kuliko vile vilivyopozwa kwa halijoto iliyoko; watu na wanyama wenye damu ya joto huonekana kwa urahisi zaidi katika mazingira, mchana na usiku. Matokeo yake, maendeleo ya matumizi ya thermografia yanaweza kuhusishwa na huduma za kijeshi na usalama.

Nyumba ya infrared

Infrared homing head - kichwa cha sauti kinachofanya kazi kwa kanuni ya kunasa mawimbi ya infrared yanayotolewa na shabaha inayonaswa. Ni kifaa cha kielektroniki cha macho kilichoundwa ili kutambua lengo dhidi ya mandharinyuma na kutoa mawimbi ya kufunga kifaa kinacholenga kiotomatiki (ADU), na pia kupima na kutoa mstari wa kuona kasi ya angular kwa majaribio otomatiki.

Hita ya infrared

Uhamisho wa data

Kuenea kwa LED za infrared, lasers na photodiodes imefanya iwezekanavyo kuunda njia ya macho ya wireless ya maambukizi ya data kulingana nao. Katika teknolojia ya kompyuta, kwa kawaida hutumiwa kuunganisha kompyuta na vifaa vya pembeni (kiolesura cha IrDA) Tofauti na chaneli ya redio, chaneli ya infrared haisikii kuingiliwa kwa sumakuumeme, na hii inaruhusu itumike katika mazingira ya viwanda. Hasara za kituo cha infrared ni pamoja na haja ya madirisha ya macho kwenye vifaa, mwelekeo sahihi wa jamaa wa vifaa, kasi ya chini ya maambukizi (kawaida haizidi 5-10 Mbit / s, lakini wakati wa kutumia lasers ya infrared, kasi kubwa zaidi inawezekana). Kwa kuongeza, usiri wa uhamisho wa habari hauhakikishwa. Chini ya hali ya mwonekano wa moja kwa moja, chaneli ya infrared inaweza kutoa mawasiliano kwa umbali wa kilomita kadhaa, lakini ni rahisi zaidi kwa kuunganisha kompyuta ziko kwenye chumba kimoja, ambapo tafakari kutoka kwa kuta za chumba hutoa mawasiliano thabiti na ya kuaminika. Aina ya asili ya topolojia hapa ni "basi" (yaani, ishara iliyopitishwa inapokelewa wakati huo huo na wanachama wote). Chaneli ya infrared haikuweza kuenea; ilibadilishwa na idhaa ya redio.

Mionzi ya joto pia hutumiwa kupokea ishara za onyo.

Udhibiti wa mbali

Diode za infrared na photodiodes hutumiwa sana katika paneli za udhibiti wa kijijini, mifumo ya automatisering, mifumo ya usalama, baadhi ya simu za mkononi (bandari ya infrared), nk Mionzi ya infrared haisumbui tahadhari ya binadamu kutokana na kutoonekana kwao.

Inashangaza, mionzi ya infrared ya udhibiti wa kijijini wa kaya hurekodi kwa urahisi kwa kutumia kamera ya digital.

Dawa

Matumizi ya kawaida ya mionzi ya infrared katika dawa hupatikana katika sensorer mbalimbali za mtiririko wa damu (PPGs).

Kiwango cha moyo kinachotumika sana (HR - Kiwango cha Moyo) na mita za ujazo wa oksijeni kwenye damu (Sp02) hutumia kijani kibichi (kwa mapigo ya moyo) na taa nyekundu na infrared (kwa SpO2).

Mionzi ya laser ya infrared hutumiwa katika mbinu ya DLS (Digital Light Scattering) ili kubainisha mapigo ya moyo na sifa za mtiririko wa damu.

Mionzi ya infrared hutumiwa katika physiotherapy.

Madhara ya mionzi ya mawimbi ya muda mrefu ya infrared:

Kichocheo na uboreshaji wa mzunguko wa damu Inapofunuliwa na mionzi ya muda mrefu ya infrared kwenye ngozi, vipokezi vya ngozi huwashwa na, kwa sababu ya athari ya hypothalamus, misuli laini ya mishipa ya damu hupumzika, kama matokeo ya ambayo vyombo hupanuka. .
Kuboresha michakato ya metabolic. Inapofunuliwa na joto, mionzi ya infrared huchochea shughuli katika kiwango cha seli, kuboresha michakato ya neuroregulation na kimetaboliki.

Kufunga chakula

Mionzi ya infrared hutumika kusafisha bidhaa za chakula kwa disinfection.

Sekta ya chakula

Kipengele maalum cha utumiaji wa mionzi ya IR katika tasnia ya chakula ni uwezekano wa kupenya kwa wimbi la umeme kwenye bidhaa za capillary-porous kama nafaka, nafaka, unga, nk kwa kina cha hadi 7 mm. Thamani hii inategemea asili ya uso, muundo, mali ya nyenzo na sifa za mzunguko wa mionzi. Wimbi la umeme la masafa fulani ya masafa hayana mafuta tu, bali pia athari ya kibaolojia kwenye bidhaa, na kusaidia kuharakisha mabadiliko ya biochemical katika polima za kibaolojia.

Nuru ya infrared haipatikani kwa macho ya mwanadamu. Wakati huo huo, mawimbi ya muda mrefu ya infrared yanatambuliwa na mwili wa binadamu kama joto. Mwanga wa infrared una baadhi ya sifa za mwanga unaoonekana. Mionzi ya fomu hii inaweza kuzingatia, kutafakari na polarized. Kinadharia, mwanga wa IR unafasiriwa zaidi kama mionzi ya infrared (IR). Nafasi IR inachukua wigo wa mionzi ya sumakuumeme 700 nm - 1 mm. Mawimbi ya IR ni marefu kuliko mawimbi ya mwanga yanayoonekana na mafupi kuliko mawimbi ya redio. Ipasavyo, masafa ya IR ni ya juu kuliko masafa ya microwaves na chini kuliko masafa ya mwanga inayoonekana. Mzunguko wa IR ni mdogo kwa aina mbalimbali za 300 GHz - 400 THz.

Mawimbi ya infrared yaligunduliwa na mwanaanga wa Uingereza William Herschel. Ugunduzi huo ulirekodiwa mnamo 1800. Kwa kutumia prism za kioo katika majaribio yake, mwanasayansi kwa njia hii alichunguza uwezekano wa kugawanya mwanga wa jua katika vipengele vya mtu binafsi.

Wakati William Herschel alilazimika kupima joto la maua ya kibinafsi, aligundua sababu ya kuongezeka kwa halijoto wakati wa kupita mfululizo ufuatao mfululizo:

urujuani,
bluu,
kijani,
mgando,
machungwa,
nyekundu.

Wimbi na masafa ya mionzi ya IR

Kulingana na urefu wa wimbi, wanasayansi kwa kawaida hugawanya mionzi ya infrared katika sehemu kadhaa za spectral. Hata hivyo, hakuna ufafanuzi sawa wa mipaka ya kila sehemu ya mtu binafsi.

Kiwango cha mionzi ya umeme: 1 - mawimbi ya redio; 2 - microwaves; 3 - mawimbi ya IR; 4 - mwanga unaoonekana; 5 - ultraviolet; 6 - mionzi ya x-ray; 7 - mionzi ya gamma; B - urefu wa wimbi; E - nishati

Kinadharia, safu tatu za mawimbi zimeteuliwa:

Karibu
Wastani
Zaidi

Masafa ya karibu ya infrared yana alama na urefu wa mawimbi unaokaribia mwisho wa wigo wa mwanga unaoonekana. Sehemu ya mawimbi iliyohesabiwa ya takriban imeonyeshwa hapa kwa urefu: 750 - 1300 nm (0.75 - 1.3 µm). Mzunguko wa mionzi ni takriban 215-400 Hz. Mawimbi mafupi ya IR yatatoa joto kidogo.

Masafa ya kati ya IR (ya kati), hufunika urefu wa mawimbi 1300-3000 nm (1.3 - 3 µm). Masafa hapa hupimwa katika safu ya 20-215 THz. Kiwango cha joto cha mionzi ni cha chini.

Safu ya mbali ya infrared iko karibu zaidi na safu ya microwave. Mpangilio: 3-1000 microns. Masafa ya masafa 0.3-20 THz. Kundi hili lina urefu mfupi wa mawimbi kwenye masafa ya juu zaidi ya masafa. Hapa ndipo joto la juu zaidi hutolewa.

Maombi ya mionzi ya infrared

Mionzi ya IR imepata matumizi katika nyanja mbalimbali. Miongoni mwa vifaa vinavyojulikana zaidi ni picha za joto, vifaa vya maono ya usiku, nk. Vifaa vya mawasiliano na mitandao hutumia mwanga wa IR kama sehemu ya utendakazi wa waya na pasiwaya.

Mfano wa uendeshaji wa kifaa cha umeme ni picha ya joto, kanuni ya uendeshaji ambayo inategemea matumizi ya mionzi ya infrared. Na huu ni mfano mmoja tu kutoka kwa wengine wengi.

Vidhibiti vya mbali vina vifaa vya mfumo wa mawasiliano wa IR wa masafa mafupi, ambapo ishara hupitishwa kupitia taa za IR. Mfano: vifaa vya kawaida vya kaya - TV, viyoyozi, wachezaji. Mwanga wa infrared husambaza data juu ya mifumo ya kebo ya nyuzi macho.

Kwa kuongeza, mionzi ya infrared hutumiwa kikamilifu na astronomy ya utafiti kwa uchunguzi wa nafasi. Ni shukrani kwa mionzi ya infrared ambayo inawezekana kuchunguza vitu vya nafasi visivyoonekana kwa jicho la mwanadamu.

Ukweli Usiojulikana Kuhusu Mwanga wa IR

Macho ya mwanadamu kwa kweli hayawezi kuona miale ya infrared. Lakini ngozi ya mwili wa mwanadamu, ambayo humenyuka kwa fotoni, na sio tu kwa mionzi ya joto, ina uwezo wa "kuwaona".

Uso wa ngozi hufanya kama "mboni ya jicho". Ikiwa unatoka nje siku ya jua, funga macho yako na unyoosha mikono yako mbinguni, unaweza kupata urahisi eneo la jua.

Wakati wa msimu wa baridi, katika chumba ambacho joto la hewa ni 21-22ºС, wamevaa kwa joto (sweta, suruali). Katika majira ya joto, katika chumba kimoja, kwa joto sawa, watu pia wanahisi vizuri, lakini katika nguo nyepesi (fupi, T-shati).

Jambo hili ni rahisi kuelezea: licha ya joto sawa la hewa, kuta na dari ya chumba katika majira ya joto hutoa mawimbi ya mbali zaidi ya infrared yanayobebwa na jua (FIR - Far Infrared). Kwa hiyo, mwili wa mwanadamu, kwa joto sawa, huona joto zaidi katika majira ya joto.

Joto la IR hutolewa na kiumbe chochote kilicho hai na kitu kisicho hai. Wakati huu unajulikana zaidi kuliko wazi kwenye skrini ya picha ya joto

Jozi za watu wanaolala kwenye kitanda kimoja ni wasambazaji bila hiari na wapokeaji wa mawimbi ya MOTO kuhusiana na kila mmoja. Ikiwa mtu yuko peke yake kitandani, anafanya kama mtoaji wa mawimbi ya MOTO, lakini haipokei tena mawimbi sawa kwa kujibu.

Watu wanapozungumza wao kwa wao, wao hutuma na kupokea mitetemo ya mawimbi ya FIR bila hiari yao. Kukumbatia kwa urafiki (upendo) pia kuamsha upitishaji wa mionzi ya MOTO kati ya watu.

Je, asili hutambuaje mwanga wa IR?

Wanadamu hawawezi kuona mwanga wa infrared, lakini nyoka wa familia ya nyoka (kama vile rattlers) wana mashimo ya hisia ambayo hutumiwa kutoa picha katika mwanga wa infrared.

Mali hii inaruhusu nyoka kugundua wanyama wenye damu ya joto katika giza kamili. Nyoka, wenye mashimo mawili ya hisi, wanakisiwa kisayansi kuwa na utambuzi wa kina cha infrared.

Mali ya nyoka ya IR: 1, 2 - kanda nyeti za cavity ya hisia; 3 - cavity ya membrane; 4 - cavity ndani; 5 - MG fiber; 6 - cavity ya nje

Samaki hutumia taa ya Near Infrared (NIR) kukamata mawindo na kujielekeza kwenye maeneo ya maji. Hisia hii ya NIR husaidia samaki kusafiri kwa usahihi katika hali ya mwanga wa chini, gizani au kwenye maji machafu.

Mionzi ya infrared ina jukumu muhimu katika kuunda hali ya hewa ya Dunia na hali ya hewa, kama vile mwanga wa jua. Jumla ya wingi wa mwanga wa jua unaofyonzwa na Dunia na kiwango sawa cha mionzi ya infrared lazima isogezwe kutoka Duniani kurudi angani. Vinginevyo, ongezeko la joto duniani au baridi duniani ni jambo lisiloepukika.

Kuna sababu dhahiri kwa nini hewa inapoa haraka usiku kavu. Viwango vya chini vya unyevu na kutokuwepo kwa mawingu angani hutoa njia wazi ya mionzi ya infrared. Mionzi ya infrared husafiri kwa kasi hadi anga ya nje na, ipasavyo, huondoa joto haraka.

Sehemu muhimu inayokuja kwenye Dunia ni mwanga wa infrared. Kiumbe chochote cha asili au kitu kina joto, ambayo inamaanisha hutoa nishati ya IR. Hata vitu ambavyo ni baridi kali (kwa mfano, vipande vya barafu) hutoa mwanga wa infrared.

Uwezo wa kiufundi wa eneo la infrared

Uwezo wa kiufundi wa mionzi ya infrared hauna kikomo. Kuna mifano mingi. Ufuatiliaji wa infrared (homing) hutumiwa katika mifumo ya udhibiti wa kombora. Mionzi ya umeme kutoka kwa lengo, iliyopokelewa katika sehemu ya infrared ya wigo, hutumiwa katika kesi hii.

Mifumo ya ufuatiliaji wa lengo: 1, 4 - chumba cha mwako; 2, 6 - kutolea nje kwa muda mrefu wa moto; 5 - mtiririko wa baridi kupita chumba cha moto; 3, 7 - kupewa saini muhimu ya IR

Satelaiti za hali ya hewa zilizo na vidhibiti vya kupima joto hutokeza picha za joto, ambazo huruhusu mbinu za uchanganuzi kubainisha urefu na aina za mawingu, kukokotoa halijoto ya ardhi na maji ya uso, na kubainisha vipengele vya uso wa bahari.

Mionzi ya infrared ndiyo njia ya kawaida ya kudhibiti vifaa mbalimbali kwa mbali. Bidhaa nyingi zinatengenezwa na kuzalishwa kulingana na teknolojia ya FIR. Wajapani walijitofautisha sana hapa. Hapa kuna mifano michache ambayo ni maarufu nchini Japani na ulimwenguni kote:

bitana maalum na hita za FIR;
Sahani za MOTO kwa kuweka samaki na mboga safi kwa muda mrefu;
karatasi ya kauri na keramik ya FIR;
kitambaa glavu za FIR, koti, viti vya gari;
kukata nywele FIR nywele dryer ambayo inapunguza uharibifu wa nywele;

Reflexografia ya infrared (uhifadhi wa sanaa) hutumiwa kusoma uchoraji na husaidia kufunua tabaka za msingi bila kuharibu muundo. Mbinu hii husaidia kufichua maelezo yaliyofichwa chini ya mchoro wa msanii.

Kwa njia hii inabainishwa ikiwa uchoraji wa sasa ni kazi ya asili ya sanaa au nakala iliyotengenezwa kitaalamu. Mabadiliko yanayohusiana na kazi ya kurejesha kwenye kazi za sanaa pia yanatambuliwa.

Mionzi ya IR: athari kwa afya ya binadamu

Madhara ya manufaa ya mwanga wa jua kwa afya ya binadamu yamethibitishwa kisayansi. Walakini, mfiduo mwingi wa mionzi ya jua ni hatari. Jua lina mionzi ya ultraviolet, ambayo huchoma ngozi ya mwili wa binadamu.

Sauna za infrared kwa matumizi ya umma zimeenea nchini Japani na Uchina. Na mwelekeo kuelekea maendeleo ya njia hii ya uponyaji inazidi tu.

Infrared ya mawimbi ya mbali, wakati huo huo, hutoa faida zote za kiafya za jua asilia. Wakati huo huo, madhara ya hatari ya mionzi ya jua yanaondolewa kabisa.

Kwa kutumia teknolojia ya uzazi wa mionzi ya infrared, udhibiti kamili wa joto () na mwanga wa jua usio na kikomo hupatikana. Lakini haya sio ukweli wote unaojulikana juu ya faida za mionzi ya infrared:

Mionzi ya mbali ya infrared huimarisha mfumo wa moyo na mishipa, kuleta utulivu wa kiwango cha moyo, kuongeza pato la moyo, huku kupunguza shinikizo la damu la diastoli.
Kuchochea utendakazi wa moyo na mishipa kwa mwanga wa infrared ni njia bora ya kudumisha afya ya kawaida ya moyo na mishipa. Kuna uzoefu wa wanaanga wa Marekani wakati wa safari ya anga ya juu.
Miale ya infrared ya IR kwenye joto zaidi ya 40°C hudhoofisha na hatimaye kuua seli za saratani. Ukweli huu umethibitishwa na Jumuiya ya Saratani ya Amerika na Taasisi ya Saratani ya Kitaifa.
Sauna za infrared mara nyingi hutumiwa nchini Japani na Korea (tiba ya hyperthermia au tiba ya Waon) kutibu magonjwa ya moyo na mishipa, hasa kushindwa kwa moyo kwa muda mrefu na ugonjwa wa ateri ya pembeni.
Matokeo ya utafiti yaliyochapishwa katika jarida la Neuropsychiatric Disease and Treatment yanaangazia miale ya infrared kama "mafanikio ya kimatibabu" katika matibabu ya majeraha ya kiwewe ya ubongo.
Sauna ya infrared inasemekana kuwa na ufanisi mara saba zaidi katika kuondoa metali nzito, cholesterol, pombe, nikotini, amonia, asidi ya sulfuriki na sumu nyingine kutoka kwa mwili.
Hatimaye, tiba ya FIR nchini Japani na Uchina imeibuka juu miongoni mwa mbinu bora za kutibu pumu, mkamba, mafua, mafua na sinusitis. Imebainika kuwa tiba ya FIR huondoa kuvimba, uvimbe, na kuziba kwa mucous.

Mwanga wa infrared na maisha ya miaka 200

Mionzi ya infrared ni mojawapo ya aina za mionzi ya sumakuumeme inayopakana na sehemu nyekundu ya wigo wa mwanga unaoonekana upande mmoja na microwaves kwa upande mwingine. Wavelength - kutoka 0.74 hadi 1000-2000 micrometers. Mawimbi ya infrared pia huitwa "joto". Kulingana na urefu wa wimbi, wamegawanywa katika vikundi vitatu:

shortwave (0.74-2.5 micrometers);

wimbi la kati (muda mrefu zaidi ya 2.5, mfupi kuliko micrometers 50);

urefu wa wimbi (zaidi ya 50 micrometers).

Vyanzo vya mionzi ya infrared

Katika sayari yetu, mionzi ya infrared si ya kawaida. Karibu joto lolote ni athari ya mionzi ya infrared. Haijalishi ni nini: mwanga wa jua, joto la miili yetu au joto linalotokana na vifaa vya kupokanzwa.

Sehemu ya infrared ya mionzi ya umeme haina nafasi ya joto, lakini kitu yenyewe. Ni juu ya kanuni hii kwamba kazi ya taa za infrared hujengwa. Na Jua huipa joto Dunia kwa njia sawa.

Athari kwa viumbe hai

Kwa sasa, sayansi haijui ukweli wowote uliothibitishwa juu ya athari mbaya za mionzi ya infrared kwenye mwili wa mwanadamu. Isipokuwa utando wa mucous wa macho unaweza kuharibiwa kwa sababu ya mionzi mikali sana.

Lakini tunaweza kuzungumza juu ya faida kwa muda mrefu sana. Huko nyuma mnamo 1996, wanasayansi kutoka USA, Japan na Uholanzi walithibitisha ukweli kadhaa wa matibabu. Mionzi ya joto:

huharibu aina fulani za virusi vya hepatitis;

inakandamiza na kupunguza kasi ya ukuaji wa seli za saratani;

ina uwezo wa kugeuza sehemu hatari za sumakuumeme na mionzi. Ikiwa ni pamoja na mionzi;

husaidia wagonjwa wa kisukari kuzalisha insulini;

inaweza kusaidia na dystrophy;

uboreshaji wa hali ya mwili na psoriasis.

Unapojisikia vizuri, viungo vyako vya ndani huanza kufanya kazi kwa ufanisi zaidi. Lishe ya misuli huongezeka, na nguvu za mfumo wa kinga huongezeka kwa kiasi kikubwa. Inajulikana kuwa kwa kukosekana kwa mionzi ya infrared, mwili huzeeka haraka sana.

Mionzi ya infrared pia inaitwa "rays ya maisha". Ilikuwa chini ya ushawishi wao kwamba maisha yalianza.

Matumizi ya mionzi ya infrared katika maisha ya mwanadamu

Mwanga wa infrared hutumiwa sio chini sana kuliko kuenea. Labda itakuwa ngumu sana kupata angalau eneo moja la uchumi wa kitaifa ambapo sehemu ya infrared ya mawimbi ya sumakuumeme haijapata matumizi. Tunaorodhesha maeneo maarufu ya maombi:

vita. Vichwa vya makombora au vifaa vya maono ya usiku ni matokeo ya utumiaji wa mionzi ya infrared;

thermography hutumiwa sana katika sayansi kubaini sehemu zenye joto kupita kiasi au zilizopozwa kupita kiasi za kitu kinachochunguzwa. Upigaji picha wa infrared pia hutumiwa sana katika astronomia, pamoja na aina nyingine za mawimbi ya sumakuumeme;

hita za kaya. Tofauti na convectors, vifaa vile hutumia nishati ya mionzi ili joto vitu vyote kwenye chumba. Na kisha zaidi, vitu vya ndani vinatoa joto kwa hewa inayozunguka;

usambazaji wa data na udhibiti wa kijijini. Ndiyo, vidhibiti vyote vya mbali vya TV, rekodi za tepi na viyoyozi hutumia miale ya infrared;

disinfection katika sekta ya chakula

dawa. Matibabu na kuzuia aina nyingi za magonjwa.

Miale ya infrared ni sehemu ndogo kiasi ya mionzi ya sumakuumeme. Kuwa njia ya asili ya kuhamisha joto, hakuna mchakato mmoja wa maisha kwenye sayari yetu unaweza kufanya bila hiyo.

Mionzi isiyoweza kuharibika (miionzi ya IR, miale ya IR), mionzi ya sumakuumeme yenye urefu wa mawimbi λ kutoka takriban 0.74 μm hadi karibu 1-2 mm, yaani, mionzi inayochukua eneo la spectral kati ya ncha nyekundu ya mionzi inayoonekana na utoaji wa redio ya mawimbi mafupi (submillimeter) . Mionzi ya infrared ni ya mionzi ya macho, lakini tofauti na mionzi inayoonekana, haionekani kwa jicho la mwanadamu. Kuingiliana na uso wa miili, huwapa joto, ndiyo sababu mara nyingi huitwa mionzi ya joto. Kwa kawaida, eneo la mionzi ya infrared imegawanywa katika karibu (λ = 0.74-2.5 µm), kati (2.5-50 µm) na mbali (50-2000 µm). Mionzi ya infrared iligunduliwa na W. Herschel (1800) na kwa kujitegemea na W. Wollaston (1802).

Mwonekano wa infrared unaweza kuwekewa mstari (mwonekano wa atomiki), unaoendelea (mwonekano wa jambo lililofupishwa), au milia (mwonekano wa molekuli). Sifa za macho (transmittance, reflection, refraction, nk.) ya vitu katika mionzi ya infrared, kama sheria, hutofautiana kwa kiasi kikubwa na mali zinazofanana katika mionzi inayoonekana au ya ultraviolet. Dutu nyingi ambazo ni wazi kwa mwanga unaoonekana ni opaque kwa mionzi ya infrared ya wavelengths fulani, na kinyume chake. Kwa hivyo, safu ya maji yenye unene wa sentimita kadhaa haina mionzi ya infrared yenye λ > 1 μm, kwa hivyo maji hutumiwa mara nyingi kama chujio cha kinga ya joto. Sahani zilizotengenezwa na Ge na Si, zisizo wazi kwa mionzi inayoonekana, ni wazi kwa mionzi ya infrared ya urefu fulani wa mawimbi, karatasi nyeusi ni ya uwazi katika eneo la mbali la infrared (vitu kama hivyo hutumiwa kama vichungi vya mwanga kwa kutenganisha mionzi ya infrared).

Mwakisi wa metali nyingi katika mionzi ya infrared ni kubwa zaidi kuliko mionzi inayoonekana, na huongezeka kwa kuongezeka kwa urefu wa mawimbi (tazama Metal Optics). Kwa hivyo, kutafakari kwa mionzi ya infrared kutoka kwa nyuso za Al, Au, Ag, Cu na λ = 10 μm hufikia 98%. Dutu za kioevu na imara zisizo za metali zina tafakari ya kuchagua (inategemea wavelength) ya mionzi ya infrared, nafasi ya maxima ambayo inategemea utungaji wao wa kemikali.

Kupitia angahewa ya dunia, mionzi ya infrared hupunguzwa kutokana na kutawanyika na kufyonzwa na atomi na molekuli za hewa. Nitrojeni na oksijeni hazichukui mionzi ya infrared na kuipunguza tu kama matokeo ya kutawanyika, ambayo ni kidogo sana kwa mionzi ya infrared kuliko mwanga unaoonekana. Molekuli H 2 O, O 2, O 3 na zingine zilizopo kwenye angahewa kwa kuchagua (kwa kuchagua) hunyonya mionzi ya infrared, na huchukua mionzi ya infrared ya mvuke wa maji hasa kwa nguvu. Bendi za kunyonya za H 2 O zinazingatiwa katika eneo lote la IR la wigo, na bendi za CO 2 zinazingatiwa katika sehemu yake ya kati. Katika tabaka za uso wa anga kuna idadi ndogo tu ya "madirisha ya uwazi" kwa mionzi ya infrared. Uwepo wa chembe za moshi, vumbi, na matone madogo ya maji katika angahewa husababisha kupungua kwa mionzi ya infrared kama matokeo ya kutawanyika kwake na chembe hizi. Kwa ukubwa wa chembe ndogo, mionzi ya infrared hutawanyika chini ya mionzi inayoonekana, ambayo hutumiwa katika upigaji picha wa IR.

Vyanzo vya mionzi ya infrared. Chanzo chenye nguvu cha asili cha mionzi ya infrared ni Jua, karibu 50% ya mionzi yake iko katika eneo la IR. Mionzi ya infrared inachukua 70 hadi 80% ya nishati ya mionzi ya taa za incandescent; hutolewa na arc ya umeme na taa mbalimbali za kutokwa kwa gesi, kila aina ya hita za nafasi ya umeme. Katika utafiti wa kisayansi, vyanzo vya mionzi ya infrared ni taa za tungsten, pini ya Nernst, globar, taa za zebaki zenye shinikizo la juu, nk. Mionzi ya aina fulani za lasers pia iko katika eneo la IR la wigo (kwa mfano, urefu wa wimbi la neodymium. kioo lasers ni 1.06 μm, lasers heliamu-neon - 1.15 na 3.39 microns, CO 2 lasers - 10.6 microns).

Vipokezi vya mionzi ya infrared hutegemea kugeuza nishati ya mionzi kuwa aina nyingine za nishati zinazoweza kupimwa. Katika wapokeaji wa joto, mionzi ya infrared iliyoingizwa husababisha ongezeko la joto la kipengele cha thermosensitive, ambacho kimeandikwa. Katika wapokeaji wa picha za umeme, ngozi ya mionzi ya infrared inaongoza kwa kuonekana au mabadiliko ya sasa ya umeme au voltage. Wachunguzi wa picha (tofauti na wale wa joto) huchagua, yaani, ni nyeti tu kwa mionzi kutoka kwa eneo fulani la wigo. Rekodi ya picha ya mionzi ya infrared inafanywa kwa kutumia emulsions maalum ya picha, lakini ni nyeti kwake tu kwa urefu wa wavelengths hadi 1.2 microns.

Utumiaji wa mionzi ya infrared. Mionzi ya IR hutumiwa sana katika utafiti wa kisayansi na kutatua matatizo mbalimbali ya vitendo. Utoaji na mwonekano wa kunyonya wa molekuli na yabisi ziko katika eneo la IR; huchunguzwa katika taswira ya infrared, katika matatizo ya kimuundo, na pia hutumiwa katika uchanganuzi wa ubora na kiasi. Katika eneo la mbali la IR kuna mionzi inayotokea wakati wa mpito kati ya viwango vidogo vya Zeeman vya atomi; mwonekano wa IR wa atomi hufanya iwezekane kusoma muundo wa makombora yao ya kielektroniki. Picha za kitu sawa zilizochukuliwa katika safu zinazoonekana na za infrared zinaweza kutofautiana kwa kiasi kikubwa kutokana na tofauti katika kutafakari, kusambaza na kusambaza coefficients; Katika upigaji picha wa IR unaweza kuona maelezo ambayo hayaonekani katika upigaji picha wa kawaida.

Katika sekta, mionzi ya infrared hutumiwa kukausha na kupokanzwa vifaa na bidhaa, na katika maisha ya kila siku - kwa vyumba vya joto. Kulingana na photocathodes nyeti kwa mionzi ya infrared, waongofu wa elektroni-optical wameundwa ambayo picha ya IR ya kitu, isiyoonekana kwa jicho, inabadilishwa kuwa inayoonekana. Kulingana na waongofu vile, vifaa mbalimbali vya maono ya usiku (binoculars, vituko, nk) vinajengwa, vinavyowawezesha kuchunguza vitu katika giza kamili, kufanya uchunguzi na lengo, kuwasha kwa mionzi ya infrared kutoka vyanzo maalum. Kwa msaada wa wapokeaji wa mionzi ya infrared nyeti sana, hufanya kutafuta mwelekeo wa joto wa vitu kwa kutumia mionzi yao ya infrared na kuunda mifumo ya homing kwa lengo la projectiles na makombora. Vitafutaji vya IR na vitafuta anuwai vya IR hukuruhusu kugundua vitu kwenye giza ambavyo halijoto yake ni kubwa kuliko halijoto iliyoko na kupima umbali kuvifikia. Mionzi yenye nguvu ya lasers IR hutumiwa katika utafiti wa kisayansi, pamoja na mawasiliano ya ardhi na nafasi, kwa sauti ya laser ya anga, nk Mionzi ya infrared hutumiwa kuzalisha kiwango cha mita.

Lit.: Schreiber G. Miale ya infrared katika umeme. M., 2003; Tarasov V.V., Yakushenkov Yu.G. Mifumo ya infrared ya aina ya "kuangalia". M., 2004.