Імпульсне інфрачервоне світлодіодне випромінювання. Інфрачервоні промені: властивості, сфери застосування, вплив на людину

> Інфрачервоні хвилі

Що таке інфрачервоні хвилі: довжина хвилі інфрачервоного випромінювання, діапазон інфрачервоних хвиль та частота. Вивчіть схеми інфрачервоного спектру та джерела.

Інфрачервоне світло(ІЧ) – електромагнітне проміння, яке за показником довжин хвиль перевищує видимий (0.74-1 мм).

Завдання навчання

Розібратися в трьох діапазонах ІЧ-спектру та описати процеси поглинання та випромінювання молекулами.

Основні моменти

ІЧ-світло вміщує більшу частину теплового випромінювання, що створюється тілами приблизно кімнатної температури. Випромінюється і поглинається, якщо у обертанні та коливанні молекул відбуваються зміни.
ІЧ частину спектра можна розбити на три області за довжиною хвиль: далекий інфрачервоний (300-30 ТГц), середній (30-120 ТГц) та ближній (120-400 ТГц).
ІЧ також називають тепловим випромінюванням.
Важливо розібратися в концепції випромінювальної здатності зрозуміти ІЧ.
ІЧ-промені можна застосувати для дистанційного визначення температури об'єктів (термографія).

Терміни

Термографія – дистанційне обчислення змін температури тіла.
Теплова радіація – електромагнітне випромінювання, створюване тілом через температуру.
Випромінювальна здатність – вміння поверхні випромінювати.

Інфрачервоні хвилі

Інфрачервоне (ІЧ) світло - електромагнітні промені, які за показником довжин хвиль перевершують видиме світло (0.74-1 мм). Діапазон інфрачервоних хвиль сходиться з діапазоном частот 300-400 ТГц і містить величезну кількість теплового випромінювання. ІЧ-світло поглинається та випромінюється молекулами при зміні у обертанні та коливаннях.

Перед вами основні категорії електромагнітних хвиль. Роздільні лінії в деяких місцях відрізняються, інші категорії можуть перекриватися. Мікрохвилі займають високочастотну ділянку радіосекції електромагнітного спектру

Підкатегорії ІЧ-хвиль

ІЧ-частина електромагнітного спектра займає діапазон від 300 ГГц (1 мм) до 400 ТГц (750 нм). Можна виділити три види інфрачервоних хвиль:

Далекий ІЧ-діапазон: 300 ГГц (1 мм) до 30 ТГц (10 мкм). Нижню частину можна назвати мікрохвилями. Ці промені поглинаються через обертання у газофазних молекулах, молекулярних рухах у рідинах та фотонів у твердих тілах. Вода в земній атмосфері так поглинається, що робить її непрозорою. Але є певні довжини хвиль (вікна), які використовуються для пропускання.
Середній інфрачервоний діапазон: 30 до 120 ТГц (від 10 до 2.5 мкм). Джерелами є гарячі об'єкти. Поглинається коливаннями молекул (різноманітні атоми вібрують у позиціях рівноваги). Іноді цей діапазон називають відбитком пальця, тому що це специфічне явище.
Найближчий інфрачервоний діапазон: 120 до 400 TГц (2500-750 нм). Ці фізичні процеси нагадують ті, що відбуваються у видимому світлі. Найбільш високі частоти можна знайти певним різновидом фотографічної плівки та датчиками для інфрачервоної, фото- та відеозйомки.

Тепло та теплове випромінювання

Інфрачервоне випромінювання називають також тепловим. ІЧ-світло від Сонця охоплює всього 49% земного нагріву, а все інше – видиме світло (поглинається та повторно відбивається на більш довгих хвилях).

Тепло – енергія у перехідній формі, яка тече через різницю у температурних показниках. Якщо тепло передається теплопровідністю або конвекцією, випромінювання здатне поширюватися у вакуумі.

Щоб розібратися в інфрачервоних променях, слід уважно розглянути концепцію випромінювальної здатності.

Джерела ІЧ-хвиль

Люди і більшість планетарного оточення створюють теплові промені на 10 мкм. Це кордон, що відокремлює середню та далеку ІЧ-області. Багато астрономічних тіл випускають вловлювану кількість ІЧ-променів на нетеплових довжинах хвиль.

ІЧ-промені можна використовувати, щоб обчислювати температурні показники об'єктів на відстані. Цей процес називають термографією і найактивніше застосовують у військовому та промисловому вживанні.

Термографічне зображення собаки та кішки

ІЧ-хвилі також використовують у опаленні, зв'язку, метеорології, спектроскопії, астрономії, біології та медицині, а також аналізі творів мистецтва.

Інфрачервоне випромінювання- електромагнітне випромінювання, що займає спектральну область між червоним кінцем видимого світла (з довжиною хвилі λ = 0,74 мкм і частотою 430 ТГц) і мікрохвильовим радіовипромінюванням (λ ~ 1-2 мм, частота 300 ГГц).

Весь діапазон інфрачервоного випромінювання умовно поділяють на три області:

Довгохвильову околицю цього діапазону іноді виділяють в окремий діапазон електромагнітних хвиль - терагерцеве випромінювання (субміліметрове випромінювання).

Інфрачервоне випромінювання також називають «тепловим випромінюванням», оскільки інфрачервоне випромінювання від нагрітих предметів сприймається шкірою людини як відчуття тепла. При цьому довжини хвиль, що випромінюються тілом, залежать від температури нагрівання: чим вища температура, тим коротша довжина хвилі і вища інтенсивність випромінювання. Спектр випромінювання абсолютно "чорного" тіла при відносно невисоких (до декількох тисяч Кельвінів) температурах лежить в основному саме в цьому діапазоні. Інфрачервоне випромінювання випромінюють збуджені атоми чи іони.

Енциклопедичний YouTube

1 / 3

✪ 36 Інфрачервоне та ультрафіолетове випромінювання Шкала електромагнітних хвиль

✪ Досліди з фізики. Відображення інфрачервоного випромінювання

✪ Електроопалення (інфрачервоне опалення). Яку систему опалення вибрати?

Субтитри

Історія відкриття та загальна характеристика

Інфрачервоне випромінювання було відкрито в 1800 році англійським астрономом У. Гершелем . Займаючись дослідженням Сонця, Гершель шукав спосіб зменшення нагріву інструменту, з допомогою якого велися спостереження. Визначаючи за допомогою термометрів дії різних ділянок видимого спектру, Гершель виявив, що "максимум тепла" лежить за насиченим червоним кольором і, можливо, за видимим заломленням. Це дослідження започаткувало вивчення інфрачервоного випромінювання.

Раніше лабораторними джерелами інфрачервоного випромінювання служили виключно розжарені тіла чи електричні розряди у газах. Зараз на основі твердотільних та молекулярних газових лазерів створено сучасні джерела інфрачервоного випромінювання з регульованою чи фіксованою частотою. Для реєстрації випромінювання у ближній інфрачервоній області (до ~1,3 мкм) використовуються спеціальні фотопластинки. Більш широким діапазоном чутливості (приблизно до 25 мкм) мають фотоелектричні детектори та фоторезистори. Випромінювання в дальній ІЧ-області реєструється болометрами - детекторами, чутливими до нагрівання інфрачервоним випромінюванням.

ІЧ-апаратура знаходить широке застосування як у військовій техніці (наприклад, для наведення ракет), так і цивільної (наприклад, у волоконно-оптичних системах зв'язку). Як оптичні елементи в ІЧ-спектрометрах використовуються або лінзи та призми, або дифракційні грати та дзеркала. Щоб виключити поглинання випромінювання повітря, спектрометри для дальньої ІЧ-області виготовляються у вакуумному варіанті .

Оскільки інфрачервоні спектри пов'язані з обертальними та коливальними рухами в молекулі, а також з електронними переходами в атомах та молекулах, ІЧ-спектроскопія дозволяє отримувати важливі відомості про будову атомів та молекул, а також про зонну структуру кристалів.

Діапазони інфрачервоного випромінювання

Об'єкти зазвичай випромінюють інфрачервоне випромінювання у всьому спектрі довжин хвиль, але іноді лише обмежена область спектра становить інтерес, оскільки датчики зазвичай збирають випромінювання тільки в межах певної смуги пропускання. Таким чином, інфрачервоний діапазон часто поділяється на дрібніші діапазони.

Звичайна схема поділу

Найчастіше поділ на дрібніші діапазони проводиться таким чином:

Абревіатура	Довжина хвилі	Енергія фотонів	Характеристика
Near-infrared, NIR	0.75-1.4 мкм	0.9-1.7 еВ	Близький ІЧ, обмежений з одного боку видимим світлом, з іншого - прозорістю води, що значно погіршується при 1,45 мкм. У цьому діапазоні працюють широко поширені інфрачервоні світлодіоди та лазери для систем волоконного та повітряного оптичного зв'язку. Відеокамери та прилади ночного бачення на основі ЕОП також чутливі в цьому діапазоні.
Short-wavelength infrared, SWIR	1.4-3 мкм	0.4-0.9 еВ	Поглинання електромагнітного випромінювання водою значно зростає за 1450 нм. Діапазон 1530-1560 нм переважає в області телекомунікації.
Mid-wavelength infrared, MWIR	3-8 мкм	150-400 меВ	У цьому діапазоні починають випромінювати тіла, нагріті до кількох сотень градусів за Цельсієм. У цьому діапазоні чутливі теплові головки, самонаведення систем ППО та технічні тепловізори.
Long-wavelength infrared, LWIR	8-15 мкм	80-150 меВ	У цьому діапазоні починають випромінювати тіла із температурами близько нуля градусів Цельсія. У цьому діапазоні чутливі тепловізори для нічного бачення.
Far-infrared, FIR	15 – 1000 мкм	1.2-80 меВ

CIE схема

Міжнародна комісія з освітленості (англ. International Commission on Illumination ) рекомендує поділ інфрачервоного випромінювання на такі три групи:

IR-A: 700 нм – 1400 нм (0.7 мкм – 1.4 мкм)
IR-B: 1400 нм – 3000 нм (1.4 мкм – 3 мкм)
IR-C: 3000 нм – 1 мм (3 мкм – 1000 мкм)

ISO 20473 схема

Теплове випромінювання

Теплове випромінювання або випромінювання - передача енергії від одних тіл до інших у вигляді електромагнітних хвиль, випромінюваних тілами за рахунок їх внутрішньої енергії. Теплове випромінювання переважно посідає інфрачервоний ділянку спектра від 0,74 мкм до 1000 мкм . Відмінною особливістю променистого теплообміну є те, що він може здійснюватися між тілами, що знаходяться не тільки в якомусь середовищі, а й у вакуумі. Прикладом теплового випромінювання є світло від лампи розжарювання. Потужність теплового випромінювання об'єкта, що задовольняє критеріям абсолютно “чорного” тіла, описується законом “Стефана-Больцмана”. Відношення випромінювальної та поглинальної здібностей тіл описується законом випромінювання Кірхгофа. Теплове випромінювання є одним із трьох елементарних видів перенесення теплової енергії (крім теплопровідності та конвекції). Рівноважне випромінювання - теплове випромінювання, що знаходиться в термодинамічній рівновазі з речовиною.

Застосування

Прилад нічного бачення

Існує кілька способів візуалізувати невидиме інфрачервоне зображення:

Сучасні напівпровідникові відеокамери чутливі до ближнього ІЧ. Щоб уникнути помилок перенесення кольорів звичайні побутові відеокамери забезпечуються спеціальним фільтром, що відсікає ІЧ зображення. Камери для охоронних систем зазвичай не мають такого фільтра. Однак у темну пору доби немає природних джерел ближнього ІЧ, тому без штучного підсвічування (наприклад, інфрачервоними світлодіодами) такі камери нічого не покажуть.
Електронно-оптичний перетворювач - вакуумний фотоелектронний прилад, що підсилює світло видимого спектру та ближнього ІЧ. Має високу чутливість і здатний давати зображення за дуже низького освітлення. Є історично першими приладами нічного бачення, що широко використовуються і нині в дешевих ПНО. Оскільки працюють лише у ближньому ІЧ, то, як і напівпровідникові відеокамери, вимагають наявності освітлення.
Болометр – тепловий сенсор. Болометри для систем технічного зору та приладів нічного бачення є чутливими в діапазоні довжин хвиль 3..14 мкм (середній ІЧ), що відповідає випромінюванню тіл, нагрітих від 500 до −50 градусів Цельсія. Таким чином, болометричні прилади не вимагають зовнішнього освітлення, реєструючи випромінювання самих предметів та створюючи картинку різниці температур.

Термографія

Інфрачервона термографія, теплове зображення або теплове відео – це науковий спосіб отримання термограми – зображення в інфрачервоних променях, що показує картину розподілу температурних полів. Термографічні камери або тепловізори виявляють випромінювання в інфрачервоному діапазоні електромагнітного спектру (приблизно 900-14000 нанометрів або 0,9-14 µм) і на основі цього випромінювання створюють зображення, що дозволяють визначити перегріті або переохолоджені місця. Так як інфрачервоне випромінювання випускається всіма об'єктами, що мають температуру, згідно з формулою "Планка для випромінювання чорного" тіла, термографія дозволяє "бачити" навколишнє середовище з або без видимого світла. Величина випромінювання, що випускається об'єктом, збільшується з підвищенням його температури, тому термографія дозволяє бачити відмінності в температурі. Коли дивимося через тепловізор, теплі об'єкти видно краще, ніж охолоджені до температури навколишнього середовища; люди та теплокровні тварини легше помітні у навколишньому середовищі, як днем, так і вночі. Як результат, просування використання термографії може бути приписане військовим та службам безпеки.

Інфрачервоне самонаведення

Інфрачервона головка самонаведення - головка самонаведення, що працює на принципі уловлювання хвиль інфрачервоного діапазону, випромінюваних захоплюваною метою. Являє собою оптико-електронний прилад, призначений для ідентифікації мети на навколишньому фоні та видачі в автоматичний прицільний пристрій (АПУ) сигналу захоплення, а також для вимірювання та видачі автопілоту сигналу кутової швидкості лінії візування.

Інфрачервоний обігрівач

Передача даних

Поширення інфрачервоних світлодіодів, лазерів та фотодіодів дозволило створити бездротовий оптичний метод передачі даних на їх основі. У комп'ютерній техніці зазвичай використовується для зв'язку комп'ютерів з периферійними пристроями (інтерфейс IrDA) На відміну від радіоканалу інфрачервоний канал нечутливий до електромагнітних перешкод, і це дозволяє використовувати його у виробничих умовах. До недоліків інфрачервоного каналу відносяться необхідність в оптичних вікнах на обладнанні, правильної взаємної орієнтації пристроїв, низькі швидкості передачі (зазвичай не перевищує 5-10 Мбіт/с, але при використанні інфрачервоних лазерів можливі значно вищі швидкості). Крім цього, не забезпечується скритність передачі. В умовах прямої видимості інфрачервоний канал може забезпечити зв'язок на відстанях кілька кілометрів, але найбільш зручний він для зв'язку комп'ютерів, що знаходяться в одній кімнаті, де відображення від стін кімнати дає стійкий і надійний зв'язок. Найбільш природний тип топології тут – «шина» (тобто переданий сигнал одночасно отримують усі абоненти). Інфрачервоний канал не зміг набути широкого поширення, його витіснив радіоканал.

Теплове випромінювання застосовується також прийому сигналів оповіщення.

Дистанційне управління

Інфрачервоні діоди і фотодіоди повсюдно застосовуються в пультах, дистанційного управління, системах автоматики, охоронних системах, деяких мобільних телефонах (інфрачервоний порт) і т. п. Інфрачервоні промені не відволікають увагу людини через свою невидимість.

Цікаво, що інфрачервоне випромінювання побутового пульта дистанційного керування легко фіксується за допомогою цифрового фотоапарата.

Медицина

Найбільш широко інфрачервоне випромінювання у медицині знаходить у різних датчиках потоку крові (PPG).

Широко поширені вимірювачі частоти пульсу (ЧСС, HR - Heart Rate) та насичення крові киснем (Sp02) використовують світлодіоди зеленого (для пульсу) та червоного та інфрачервоного (для SpO2) випромінювань.

Випромінювання інфрачервоного лазера використовується в методиці DLS (Digital Light Scattering) для визначення частоти пульсу та характеристик потоку крові.

Інфрачервоні промені застосовуються у фізіотерапії.

Вплив довгохвильового інфрачервоного випромінювання:

При впливі довгохвильового інфрачервоного випромінювання на шкірний покрив відбувається подразнення рецепторів шкіри і, внаслідок реакції гіпоталамуса, розслабляються гладкі м'язи кровоносних судин, в результаті судини розширюються.
Поліпшення процесів метаболізму. При тепловому впливі інфрачервоного випромінювання стимулюється активність на клітинному рівні, покращуються процеси нейрорегуляції та метаболізму.

Стерилізація харчових продуктів

За допомогою інфрачервоного випромінювання стерилізують продукти харчування з метою дезінфекції.

Харчова промисловість

Особливістю застосування ІЧ-випромінювання у харчовій промисловості є можливість проникнення електромагнітної хвилі в такі капілярно-пористі продукти, як зерно, крупа, борошно тощо на глибину до 7 мм. Ця величина залежить від характеру поверхні, структури, властивостей матеріалу та частотної характеристики випромінювання. Електромагнітна хвиля певного частотного діапазону надає не тільки термічний, а й біологічний вплив на продукт, що сприяє прискоренню біохімічних перетворень у біологічних полімерах (

Інфрачервоне світло візуально недоступне зору людини. Тим часом, довгі інфрачервоні хвилі сприймаються людським організмом як тепло. Деякі властивості видимого світла має інфрачервоне світло. Випромінювання цієї форми піддається фокусуванню, відбивається і поляризується. Теоретично ІЧ-світло більше трактується як інфрачервона радіація (ІР). Космічна ІР займає спектральний діапазон електромагнітного випромінювання 700 нм – 1 мм. ІЧ-хвилі довші за хвилі видимого світла і коротші за радіохвилі. Відповідно, частоти ІР вище частот мікрохвиль і нижче частот видимого світла. Частота ІР обмежена діапазоном 300 ГГц - 400 ТГц.

Інфрачервоні хвилі вдалося виявити британському астроному Вільяму Гершелю. Відкриття було зареєстроване у 1800 році. Використовуючи скляні призми у своїх дослідах, вчений у такий спосіб досліджував можливості поділу сонячного світла на окремі компоненти.

Коли Вільяму Гершелю довелося вимірювати температуру окремих кольорів, виявився фактор підвищення температури при послідовному проходженні наступного ряду:

фіолет,
синька,
зелень,
жовток,
оранж,
червоний.

Хвильовий та частотний діапазон ІЧ-радіації

З довжини хвилі, вчені умовно ділять інфрачервоне випромінювання кілька спектральних елементів. При цьому немає єдиного визначення меж кожної окремої частини.

Шкала електромагнітного випромінювання: 1 - радіохвилі; 2 - мікрохвилі; 3 - ІЧ-хвилі; 4 - видиме світло; 5 - ультрафіолет; 6 - промені x-ray; 7 - гама промені; В - діапазон довжин хвиль; Е - енергетика

Теоретично позначені три хвильових діапазони:

Близький
Середній
Далекий

Близький ІЧ-діапазон відзначений довжинами хвиль, наближених до кінцевої частини спектра видимого світла. Орієнтовний розрахунковий відрізок хвилі тут позначений довжиною: 750 - 1300 нм (0,75 - 1,3 мкм). Частота випромінювання становить приблизно 215–400 Гц. Короткий ІЧ-діапазон випромінюватиме мінімум тепла.

Середній ІЧ-діапазон (проміжний), що охоплює довжини хвиль 1300-3000 нм (1,3 - 3 мкм). Частоти тут вимірюються діапазоном 20-215 ТГц. Рівень тепла, що випромінюється, відносно невисокий.

Далекий ІЧ-діапазон найближчий до діапазону мікрохвиль. Розклад: 3-1000 мкм. Частотний діапазон 0,3-20 ТГц. Цю групу становлять короткі довжини хвиль на максимальному частотному відрізку. Тут випромінюється максимум тепла.

Застосування інфрачервоної радіації

ІЧ-променям знайшлося застосування у різних сферах. Серед найбільш відомих пристроїв — , тепловізори, обладнання нічного бачення тощо. Комунікаційним та мережним обладнанням ІЧ-світло використовується в рамках провідних та бездротових операцій.

Приклад роботи електронного приладу - тепловізора, принцип дії якого ґрунтується на використанні інфрачервоного випромінювання. І це лише окремо взятий приклад із безлічі інших

Пульти дистанційного керування оснащуються системою ІЧ-зв'язку ближньої дії, де сигнал передається через ІЧ-світлодіоди. приклад: звична побутова техніка - телевізори, кондиціонери, програвачі. Інфрачервоним світлом передаються дані по волоконно-оптичних кабельних системах.

Крім того, випромінювання ІЧ-діапазону активно використовується дослідницькою астрономією для вивчення космосу. Саме завдяки ІЧ-радіації вдається виявляти космічні об'єкти, невидимі для ока людини.

Маловідомі факти, пов'язані з ІЧ-світлом

Очі людини справді не можуть бачити інфрачервоні промені. Але «бачити» їх здатна шкіра тіла людини, що реагує на фотони, а не лише теплове випромінювання.

Поверхня шкіри фактично виступає «очним яблуком». Якщо сонячним днем вийти на вулицю, заплющити очі і простягнути до неба долоні, без особливих зусиль можна виявити місце розташування сонця.

Взимку в кімнаті, де температура повітря становить 21-22ºС, будучи тепло одягненими ( светр, штани). Влітку в тій же кімнаті, за тієї ж температури, люди також відчувають комфорт, але в легшому одязі (шорти, футболка).

Пояснити цей феномен просто: незважаючи на однакову температуру повітря, стіни та стеля приміщення влітку випромінюють у більшій кількості хвилі далекого ІЧ-діапазону, несомі сонячним світлом (FIR – Far Infrared). Тому тілом людини за однакових температур, влітку сприймається більше тепла.

ІЧ-тепло відтворюється будь-яким живим організмом та неживим предметом. На екрані тепловізора цей момент відзначається більш ніж виразно

Пари людей, що сплять в одному ліжку, мимоволі є передавачами та приймачами FIR-хвиль по відношенню один до одного. Якщо людина знаходиться в ліжку одна, вона діє як передавач FIR-хвиль, але вже не отримує такі ж хвилі у відповідь.

Коли люди розмовляють один з одним, вони мимоволі відправляють та отримують вібрації FIR-хвиль один від одного. Дружні (любовні) обійми також активують передачу FIR-випромінювання для людей.

Як сприймає ІЧ-світло природа?

Люди не в змозі бачити світлові промені ІЧ-діапазону, але змії сімейства гадюкових або віперових (наприклад, гримучі) мають сенсорні «впадини», які використовуються для отримання зображення в інфрачервоному світлі.

Ця властивість дозволяє зміям у повній темряві виявляти теплокровних тварин. Змії з двома сенсорними западинами, як передбачається наукою, мають деяке сприйняття глибини інфрачервоного діапазону.

Властивості ІЧ змії: 1, 2 - чутливі зони сенсорної западини; 3 - мембранна западина; 4 - внутрішня порожнина; 5 - MG волокно; 6 - зовнішня порожнина

Риба успішно використовує світло ближньої області спектру (NIR – Near Infrared) для захоплення видобутку та орієнтації в акваторії водойм. Це почуття NIR допомагає рибі безпомилково орієнтуватися за умов слабкого освітлення, у темряві чи каламутній воді.

Інфрачервоне випромінювання відіграє важливу роль для формування погоди та клімату Землі, також як сонячне світло. Загальна маса сонячного світла, що поглинається Землею, у рівній кількості ІЧ-випромінювання має переміщатися від Землі назад у космос. Інакше неминуче глобальне потепління чи глобальне похолодання.

Очевидна причина, через яку повітря швидко охолоджується сухої ночі. Низький рівень вологості та відсутність хмар на небі відкривають вільний шлях ІЧ-радіації. Інфрачервоні промені швидше виходять у космічний простір і, відповідно, швидше забирають тепло.

Значна частина, що приходить до Землі, – це саме інфрачервоне світло. Будь-який природний організм або предмет має температуру, а це означає - виділяє ІЧ-енергію. Навіть предмети, що апріорі є холодними (наприклад, кубики льоду), випромінюють ІЧ-світло.

Технічний потенціал інфрачервоної зони

Технічний потенціал ІЧ-променів безмежний. Прикладів маса. Інфрачервоне відстеження (самонаведення) застосовується у системах пасивного управління ракетами. Електромагнітне випромінювання від мети, одержуване інфрачервоної частини спектра, використовується в цьому випадку.

Систем відстеження мети: 1, 4 – камера згоряння; 2, 6 - відносно довгий вихлоп полум'я; 5 - холодний потік, що обходить гарячу камеру; 3, 7 - призначена важлива ІЧ сигнатура

Супутники погоди, обладнані радіометрами, що сканують, виробляють теплові зображення, які потім дозволяють аналітичною методикою визначати висоти і типи хмар, розраховувати температуру суші і поверхневих вод, визначати особливості поверхні океану.

Інфрачервоне випромінювання є найпоширенішим способом дистанційного керування різними приладами. На базі технології FIR розробляються та випускаються безліч продуктів. Особливо тут відзначились японці. Ось лише кілька прикладів, популярних у Японії та по всьому світу:

спеціальні накладки та обігрівачі FIR;
пластини FIR для збереження риби та овочів свіжими довгий час;
керамічний папір та кераміка FIR;
тканинні FIR рукавички, куртки, автомобільні сидіння;
перукарський FIR-фен, що знижує пошкодження волосся;

Інфрачервона рефлектографія (арт-консервація) застосовується для вивчення картин, допомагає виявити шари, що лежать в основі, не руйнуючи структури. Цей прийом допомагає виявити деталі, приховані під малюнком художника.

У такий спосіб визначається, чи є поточна картина оригінальним художнім твором чи лише професійно зробленою копією. Визначаються також зміни, пов'язані з реставраційною роботою над витворами мистецтва.

ІЧ-промені: вплив на здоров'я людей

Сприятливий вплив сонячного світла на здоров'я людини підтверджено науково. Однак надмірне перебування під сонячним випромінюванням є потенційно небезпечним. Сонячне світло містить ультрафіолетові промені, дія яких спалює шкіру тіла людини.

Інфрачервоні сауни масового користування широко поширені у Японії та Китаї. І тенденція на розвиток цього способу оздоровлення лише посилюється

Тим часом інфрачервоне випромінювання далекого діапазону хвиль забезпечує всі переваги для здоров'я, які отримують від природного сонячного світла. При цьому повністю виключається небезпечна дія сонячної радіації.

Застосуванням технології відтворення ІЧ-променів досягається повний контроль температури (), необмежене сонячне світло. Але це далеко не всі відомі факти переваг інфрачервоного випромінювання:

Інфрачервоні промені далекого діапазону зміцнюють серцево-судинну систему, стабілізують серцевий ритм, збільшують серцевий викид, зменшуючи діастолічний артеріальний тиск.
Стимуляція серцево-судинної функції інфрачервоним світлом далекого діапазону - ідеальний спосіб підтримання в нормі серцево-судинної системи. Є досвід американських астронавтів під час тривалого космічного польоту.
ІЧ-промені далекого інфрачервоного діапазону з температурою вище 40°C послаблюють і зрештою вбиває ракові клітини. Цей факт підтверджено Американською онкологічною асоціацією та Національним інститутом раку.
Інфрачервоні сауни часто використовуються в Японії та Кореї (терапія гіпертермії або Waon-терапія) для лікування серцево-судинних захворювань, особливо в частині хронічної серцевої недостатності та периферичних артеріальних захворювань.
Результати досліджень, опубліковані в журналі «Нейропсихіатрична хвороба та лікування», показують інфрачервоні промені як «медичний прорив» у лікуванні черепно-мозкових травм.
Інфрачервона сауна вважається у сім разів більш ефективною при виведенні з організму важких металів, холестерину, спирту, нікотину, аміаку, сірчаної кислоти та інших токсинів.
Нарешті, FIR-терапія в Японії та Китаї вийшла на перше місце серед ефективних способів лікування астми, бронхіту, застуди, грипу, синуситу. Зазначено, що FIR-терапія прибирає запалення, набряки, слизові оболонки.

Інфрачервоне світло та тривалість життя 200 років

Інфрачервоне випромінювання – один із типів електромагнітного випромінювання, що межує з червоною частиною спектра видимого світла з одного боку та мікрохвильами – з іншого. Довжина хвилі – від 0.74 до 1000–2000 мікрометрів. Інфрачервоні хвилі називають ще «тепловими». Виходячи з довжини хвилі, їх класифікують на три групи:

короткохвильові (0.74-2.5 мікрометрів);

середньохвильові (довше 2.5, коротше 50 мікрометрів);

довгохвильові (більше 50 мікрометрів).

Джерела інфрачервоного випромінювання

На нашій планеті інфрачервоне випромінювання аж ніяк не рідкість. Практично будь-яке тепло ефект впливу інфрачервоних променів. Неважливо, що це: сонячне світло, тепло наших тіл або нагрівання, що походить від опалювальних приладів.

Інфрачервона частина електромагнітного випромінювання гріє не простір, а сам об'єкт. Саме на цьому принципі побудовано роботу інфрачервоних ламп. Та й Сонце обігріває Землю аналогічним чином.

Вплив на живі організми

На даний момент науці невідомі підтверджені факти негативного впливу інфрачервоних променів на організм людини. Хіба що через занадто інтенсивне випромінювання може пошкодитися слизова оболонка очей.

А ось про користь можна говорити дуже довго. Ще в 1996 році, вчені зі США, Японії та Голландії підтвердили низку позитивних медичних фактів. Теплове випромінювання:

знищує деякі із видів вірусу гепатиту;

пригнічує та уповільнює ріст ракових клітин;

має здатність нейтралізації шкідливих електромагнітних полів та випромінювання. У тому числі радіоактивного;

допомагає виробляти інсулін діабетиками;

може допомогти при дистрофії;

покращення стану організму при псоріазі.

Під покращується самопочуття, внутрішні органи починають працювати ефективніше. Збільшується харчування м'язів, значно підвищується сила імунної системи. Відомий факт, що за відсутності інфрачервоного випромінювання організм відчутно швидше старіє.

Інфрачервоні промені ще називають променями життя. Саме під їх впливом зародилося життя.

Використання інфрачервоних променів у побуті людини

Інфрачервоне світло використовують не менш широко, ніж воно поширене. Мабуть, буде дуже складно знайти бодай одну галузь народного господарства, де не знайшла собі застосування інфрачервона частина електромагнітних хвиль. Перерахуємо найвідоміші сфери застосування:

військова справа. Самонаведення боєголовок ракет або прилади нічного бачення – це результат використання інфрачервоного випромінювання;

термографія широко використовується у науці визначення перегрітих чи переохолоджених частин досліджуваного об'єкта. Інфрачервоні знімки широко використовуються в астрономії, поряд з іншими типами електромагнітних хвиль;

побутові обігрівачі. На відміну від конвекторів такі пристрої за допомогою променистої енергії нагрівають всі об'єкти приміщення. А вже далі, предмети інтер'єру віддають тепло навколишньому повітрі;

передача даних та дистанційне керування. Так, всі пульти від телевізорів, магнітофонів та кондиціонерів використовують інфрачервоні промені;

дезінфекція у харчовій промисловості

медицини. Лікування та профілактика багатьох різнотипних захворювань.

Інфрачервоні промені – невелика частина електромагнітного випромінювання. Будучи природним способом передачі тепла, без нього не обходиться жоден життєвий процес нашій планеті.

ІНФРАКРАСНЕ ВИПРОМІНЮВАННЯ (ІЧ-випромінювання, ІЧ-промені), електромагнітне випромінювання з довжинами хвиль від близько 0,74 мкм до близько 1-2 мм, тобто випромінювання, що займає спектральну область між червоним кінцем видимого випромінювання і короткохвильовим (субміліметровим). Інфрачервоне випромінювання належить до оптичного випромінювання, проте на відміну видимого випромінювання воно сприймається людським оком. Взаємодіючи з поверхнею тіл, воно нагріває їх, тому часто називають тепловим випромінюванням. Умовно область інфрачервоного випромінювання поділяють на ближню (λ = 0,74-2,5 мкм), середню (2,5-50 мкм) та далеку (50-2000 мкм). Інфрачервоне випромінювання відкрито У. Гершелем (1800) та незалежно У. Волластоном (1802).

Спектри інфрачервоного випромінювання можуть бути лінійчастими (атомні спектри), безперервними (спектри конденсованих середовищ) або смугастими (молекулярні спектри). Оптичні властивості (коефіцієнти пропускання, відбиття, заломлення тощо) речовин в інфрачервоному випромінюванні, як правило, значно відрізняються від відповідних властивостей у видимому або ультрафіолетовому випромінюванні. Багато речовин, прозорі для видимого світла, непрозорі для інфрачервоного випромінювання певних довжин хвиль, і навпаки. Так, шар води завтовшки кілька сантиметрів непрозорий для інфрачервоного випромінювання з λ > 1 мкм, тому вода часто використовується як теплозахисний фільтр. Пластинки з Ge і Si, непрозорі для видимого випромінювання, прозорі для інфрачервоного випромінювання певних довжин хвиль, чорний папір прозорий у далекій ІЧ-області (такі речовини використовують як світлофільтри при виділенні інфрачервоного випромінювання).

Відбивна здатність більшості металів в інфрачервоному випромінюванні значно вища, ніж у видимому випромінюванні, і зростає зі збільшенням довжини хвилі (див. Металооптика). Так, відображення поверхонь Al, Au, Ag, Cu інфрачервоного випромінювання з = 10 мкм досягає 98%. Рідкі та тверді неметалеві речовини мають селективне (залежне від довжини хвилі) відображення інфрачервоного випромінювання, положення максимумів якого залежить від їх хімічного складу.

Проходячи через земну атмосферу, інфрачервоне випромінювання послаблюється внаслідок розсіювання та поглинання атомами та молекулами повітря. Азот і кисень не поглинають інфрачервоне випромінювання та послаблюють його лише в результаті розсіювання, яке для інфрачервоного випромінювання значно менше, ніж для видимого світла. Молекули Н 2 Про, Про 2 , Про 3 та інших., які у атмосфері, селективно (виборчо) поглинають інфрачервоне випромінювання, причому особливо сильно поглинають інфрачервоне випромінювання пари води. Смуги поглинання Н 2 Про спостерігаються у всій ІЧ-області спектра, а смуги 2 - у її середній частині. У приземних шарах атмосфери є лише невелика кількість "вікон прозорості" для інфрачервоного випромінювання. Наявність в атмосфері частинок диму, пилу, дрібних крапель води призводить до додаткового послаблення інфрачервоного випромінювання внаслідок його розсіювання цих частинках. При малих розмірах частинок інфрачервоне випромінювання розсіюється менше, ніж видиме випромінювання, що використовують ІЧ-фотографії.

Джерела інфрачервоного випромінювання.Могутнє природне джерело інфрачервоного випромінювання - Сонце, близько 50% його випромінювання лежить в ІЧ-області. На інфрачервоне випромінювання посідає від 70 до 80% енергії випромінювання ламп розжарювання; його випускають електрична дуга та різні газорозрядні лампи, всі типи електричних обігрівачів приміщень. У наукових дослідженнях джерелами інфрачервоного випромінювання служать стрічкові вольфрамові лампи, штифт Нернста, глобар, ртутні лампи високого тиску та ін. гелій-неонових лазерів - 1,15 та 3,39 мкм, СО 2 -лазерів - 10,6 мкм).

Приймачі інфрачервоного випромінювання засновані на перетворенні енергії випромінювання на інші види енергії, доступні для вимірювання. У теплових приймачах поглинене інфрачервоне випромінювання викликає підвищення температури термочутливого елемента, яке реєструється. У фотоелектричних приймачах поглинання інфрачервоного випромінювання призводить до появи чи зміни сили електричного струму чи напруги. Фотоелектричні приймачі (на відміну теплових) селективні, тобто чутливі лише до випромінювання певної області спектра. Фотореєстрація інфрачервоного випромінювання здійснюється за допомогою спеціальних фотоемульсії, проте вони чутливі до нього тільки для довжин хвиль до 1,2 мкм.

Застосування інфрачервоного випромінювання.ІЧ-випромінювання широко застосовують у наукових дослідженнях та для вирішення різних практичних завдань. Спектри випромінювання та поглинання молекул і твердих тіл лежать в ІЧ-області, їх вивчають в інфрачервоній спектроскопії, у структурних задачах, а також використовують у якісному та кількісному спектральному аналізі. У далекій ІЧ-області лежить випромінювання, що виникає під час переходів між зееманівськими підрівнями атомів, ІЧ-спектри атомів дозволяють вивчати структуру їх електронних оболонок. Фотографії одного і того ж об'єкта, отримані у видимому та інфрачервоному діапазонах, внаслідок відмінності коефіцієнтів відображення, пропускання та розсіювання можуть значно відрізнятися; на ІЧ-фотографії можна побачити деталі, невидимі на звичайній фотографії.

У промисловості інфрачервоне випромінювання використовують для сушіння та нагріву матеріалів та виробів, у побуті – для обігріву приміщень. На основі фотокатодів, чутливих до інфрачервоного випромінювання, створені електронно-оптичні перетворювачі, в яких не видиме оком ІЧ-зображення об'єкта перетворюється на видиме. На основі таких перетворювачів побудовано різні нічного бачення прилади (біноклі, приціли тощо), що дозволяють у повній темряві виявляти об'єкти, вести спостереження та прицілювання, опромінюючи їх інфрачервоним випромінюванням від спеціальних джерел. За допомогою високочутливих приймачів інфрачервоного випромінювання здійснюють теплопеленгацію об'єктів з їхнього власного інфрачервоного випромінювання та створюють системи самонаведення на ціль снарядів та ракет. ІЧ-локатори та ІЧ-далекоміри дозволяють виявляти в темряві предмети, температура яких вища за температуру навколишнього середовища, і вимірювати відстані до них. Потужне випромінювання ІЧ-лазерів використовують у наукових дослідженнях, а також для здійснення наземного та космічного зв'язку, для лазерного зондування атмосфери тощо. Інфрачервоне випромінювання використовується для відтворення еталона метра.

Шрайбер Г. Інфрачервоні промені в електроніці. М., 2003; Тарасов В. В., Якушенков Ю. Г. Інфрачервоні системи типу, що «дивиться». М., 2004.