Bức xạ LED hồng ngoại xung. Tia hồng ngoại: tính chất, ứng dụng, tác động lên con người

> Sóng hồng ngoại

Gì sóng hồng ngoại: bước sóng hồng ngoại, dải bước sóng và tần số của tia hồng ngoại. Nghiên cứu các mẫu và nguồn quang phổ hồng ngoại.

đèn hồng ngoại(IR) - tia điện từ, về bước sóng vượt quá khả năng nhìn thấy (0,74-1 mm).

Nhiệm vụ học tập

Hiểu ba dãy của quang phổ IR và mô tả các quá trình hấp thụ và phát xạ của các phân tử.

Những khoảnh khắc cơ bản

Ánh sáng hồng ngoại chứa hầu hết bức xạ nhiệt do các vật thể tạo ra ở nhiệt độ phòng. Nó được phát ra và hấp thụ nếu những thay đổi xảy ra trong chuyển động quay và rung của các phân tử.
Phần IR của quang phổ có thể được chia thành ba vùng theo bước sóng: hồng ngoại xa (300-30 THz), giữa (30-120 THz) và gần (120-400 THz).
IR còn được gọi là bức xạ nhiệt.
Điều quan trọng là phải hiểu khái niệm về độ phát xạ để hiểu IR.
Tia hồng ngoại có thể được sử dụng để xác định từ xa nhiệt độ của vật thể (đo nhiệt độ).

Điều kiện

Thermography - tính toán từ xa những thay đổi trong nhiệt độ cơ thể.
Bức xạ nhiệt là bức xạ điện từ do cơ thể tạo ra do nhiệt độ.
Tính phát xạ là khả năng bức xạ của bề mặt.

sóng hồng ngoại

Ánh sáng hồng ngoại (IR) - tia điện từ, xét về bước sóng cao hơn ánh sáng nhìn thấy (0,74-1 mm). Dải sóng hồng ngoại hội tụ với dải tần từ 300-400 THz và chứa một lượng bức xạ nhiệt rất lớn. Ánh sáng IR được hấp thụ và phát ra bởi các phân tử khi chúng thay đổi trong chuyển động quay và rung.

Dưới đây là các loại chính của sóng điện từ. Các đường phân chia khác nhau ở một số chỗ, trong khi các danh mục khác có thể trùng nhau. Vi ba chiếm phần tần số cao của phần vô tuyến của phổ điện từ

Các danh mục phụ của Sóng IR

Phần hồng ngoại của quang phổ điện từ bao phủ dải từ 300 GHz (1 mm) đến 400 THz (750 nm). Có ba loại sóng hồng ngoại:

IR xa: 300 GHz (1 mm) đến 30 THz (10 µm). Phần dưới có thể được gọi là vi ba. Các tia này bị hấp thụ do chuyển động quay trong phân tử pha khí, chuyển động phân tử trong chất lỏng và photon trong chất rắn. Nước trong bầu khí quyển của trái đất bị hấp thụ mạnh đến mức khiến nó trở nên mờ đục. Nhưng có những bước sóng nhất định (cửa sổ) được sử dụng để truyền dẫn.
IR trung bình: 30 đến 120 THz (10 đến 2,5 µm). Các nguồn là các vật thể nóng. Hấp thụ dao động của các phân tử (các nguyên tử khác nhau dao động ở vị trí cân bằng). Đôi khi phạm vi này được gọi là dấu vân tay vì nó là một hiện tượng cụ thể.
IR gần nhất: 120 đến 400 THz (2500-750 nm). Những quá trình vật lý này giống với những quá trình xảy ra trong ánh sáng nhìn thấy. Các tần số cao nhất có thể được tìm thấy với một số loại phim ảnh và cảm biến cho hồng ngoại, nhiếp ảnh và video.

Nhiệt và bức xạ nhiệt

Bức xạ hồng ngoại còn được gọi là bức xạ nhiệt. Ánh sáng hồng ngoại từ Mặt trời chỉ bao phủ 49% sức nóng của trái đất, và phần còn lại là ánh sáng nhìn thấy (bị hấp thụ và phản xạ lại ở bước sóng dài hơn).

Nhiệt là năng lượng ở dạng chuyển tiếp chảy ra do sự khác biệt về nhiệt độ. Nếu nhiệt được truyền bằng cách dẫn hoặc đối lưu, thì bức xạ có thể truyền trong chân không.

Để hiểu về tia IR, khái niệm về độ phát xạ phải được xem xét cẩn thận.

Nguồn sóng IR

Con người và hầu hết môi trường hành tinh tạo ra các tia nhiệt có kích thước 10 micron. Đây là ranh giới ngăn cách vùng hồng ngoại giữa và vùng hồng ngoại xa. Nhiều thiên thể phát ra một lượng IR có thể phát hiện được ở các bước sóng không nhiệt.

Tia IR có thể được sử dụng để tính toán nhiệt độ của các vật thể ở khoảng cách xa. Quá trình này được gọi là nhiệt kế và được sử dụng tích cực nhất trong quân sự và công nghiệp.

Hình ảnh nhiệt của chó và mèo

Sóng IR cũng được sử dụng trong sưởi ấm, thông tin liên lạc, khí tượng, quang phổ, thiên văn học, sinh học và y học, và phân tích nghệ thuật.

Bức xạ hồng ngoại- bức xạ điện từ chiếm vùng quang phổ giữa đầu đỏ của ánh sáng nhìn thấy (có bước sóng λ = 0,74 micron và tần số 430 THz) và bức xạ vô tuyến vi ba (λ ~ 1-2 mm, tần số 300 GHz).

Toàn bộ phạm vi bức xạ hồng ngoại có điều kiện được chia thành ba khu vực:

Cạnh sóng dài của dải này đôi khi được phân biệt thành một dải sóng điện từ riêng biệt - bức xạ terahertz (bức xạ dưới milimét).

Bức xạ hồng ngoại còn được gọi là “bức xạ nhiệt”, vì bức xạ hồng ngoại từ các vật được nung nóng được da người cảm nhận như một cảm giác ấm áp. Trong trường hợp này, các bước sóng do cơ thể phát ra phụ thuộc vào nhiệt độ đốt nóng: nhiệt độ càng cao, bước sóng càng ngắn và cường độ bức xạ càng cao. Phổ phát xạ của vật đen hoàn toàn ở nhiệt độ tương đối thấp (lên đến vài nghìn Kelvin) chủ yếu nằm trong dải này. Bức xạ hồng ngoại được phát ra bởi các nguyên tử hoặc ion bị kích thích.

YouTube bách khoa

1 / 3

✪ 36 Bức xạ hồng ngoại và tia cực tím Thang đo sóng điện từ

✪ Thí nghiệm vật lý. Phản xạ bức xạ hồng ngoại

✪ Sưởi điện (sưởi bằng tia hồng ngoại). Hệ thống sưởi nào để chọn?

Phụ đề

Lịch sử khám phá và đặc điểm chung

Bức xạ hồng ngoại được phát hiện vào năm 1800 bởi nhà thiên văn học người Anh W. Herschel. Đang tham gia vào việc nghiên cứu Mặt trời, Herschel đang tìm cách giảm bớt sự nóng lên của thiết bị dùng để quan sát. Sử dụng nhiệt kế để xác định ảnh hưởng của các phần khác nhau của quang phổ khả kiến, Herschel phát hiện ra rằng "nhiệt cực đại" nằm sau màu đỏ bão hòa và có lẽ là "đằng sau hiện tượng khúc xạ nhìn thấy". Nghiên cứu này đánh dấu sự khởi đầu của việc nghiên cứu bức xạ hồng ngoại.

Trước đây, các nguồn bức xạ hồng ngoại trong phòng thí nghiệm chỉ là các vật thể nóng sáng hoặc phóng điện trong chất khí. Hiện nay, trên cơ sở laser khí phân tử và trạng thái rắn, các nguồn bức xạ hồng ngoại hiện đại với tần số có thể điều chỉnh hoặc cố định đã được tạo ra. Để ghi nhận bức xạ trong vùng hồng ngoại gần (lên đến ~ 1,3 μm), các tấm ảnh đặc biệt được sử dụng. Phạm vi độ nhạy rộng hơn (lên đến khoảng 25 micron) được sở hữu bởi máy dò quang điện và cảm biến quang trở. Bức xạ trong vùng hồng ngoại xa được ghi lại bằng máy đo tia - thiết bị dò nhạy cảm với sự phát nóng bởi bức xạ hồng ngoại.

Thiết bị IR được sử dụng rộng rãi cả trong công nghệ quân sự (ví dụ, để dẫn đường cho tên lửa) và trong công nghệ dân sự (ví dụ, trong các hệ thống thông tin liên lạc bằng cáp quang). Các phần tử quang học trong máy quang phổ IR là thấu kính và lăng kính, hoặc cách tử nhiễu xạ và gương. Để tránh sự hấp thụ bức xạ trong không khí, các máy quang phổ IR xa được sản xuất ở dạng chân không.

Vì quang phổ hồng ngoại liên quan đến chuyển động quay và dao động trong phân tử, cũng như với sự chuyển đổi điện tử trong nguyên tử và phân tử, nên quang phổ hồng ngoại cung cấp thông tin quan trọng về cấu trúc của nguyên tử và phân tử, cũng như cấu trúc vùng của tinh thể.

Dải hồng ngoại

Các vật thể thường phát ra bức xạ hồng ngoại trên toàn bộ phổ bước sóng, nhưng đôi khi chỉ một vùng giới hạn của phổ được quan tâm vì các cảm biến thường chỉ thu thập bức xạ trong một băng thông nhất định. Do đó, phạm vi hồng ngoại thường được chia thành các phạm vi nhỏ hơn.

Sơ đồ phân chia thông thường

Sự phân chia phổ biến nhất thành các phạm vi nhỏ hơn như sau:

Viết tắt	Bước sóng	Năng lượng photon	Đặc tính
Cận hồng ngoại, NIR	0,75-1,4 µm	0,9-1,7 eV	Gần IR, một mặt bị giới hạn bởi ánh sáng nhìn thấy, mặt khác - bởi độ trong suốt của nước, suy giảm đáng kể ở 1,45 µm. Các đèn LED và tia laser hồng ngoại rộng rãi cho các hệ thống thông tin liên lạc quang bằng sợi quang và trong không khí hoạt động trong phạm vi này. Máy quay video và thiết bị nhìn ban đêm dựa trên ống tăng cường hình ảnh cũng nhạy trong phạm vi này.
Hồng ngoại bước sóng ngắn, SWIR	1,4-3 µm	0,4-0,9 eV	Sự hấp thụ bức xạ điện từ của nước tăng lên đáng kể ở bước sóng 1450 nm. Phạm vi 1530-1560 nm chiếm ưu thế trong khu vực khoảng cách xa.
Hồng ngoại bước sóng trung bình, MWIR	3-8 µm	150-400 meV	Trong phạm vi này, các vật thể bị nung nóng đến vài trăm độ C bắt đầu phát xạ. Trong phạm vi này, các đầu dẫn nhiệt của hệ thống phòng không và máy ảnh nhiệt kỹ thuật rất nhạy cảm.
Hồng ngoại bước sóng dài, LWIR	8-15 µm	80-150 meV	Trong phạm vi này, các vật thể có nhiệt độ khoảng 0 độ C bắt đầu bức xạ. Trong phạm vi này, máy ảnh nhiệt cho thiết bị nhìn ban đêm rất nhạy.
Hồng ngoại xa, FIR	15 - 1000 µm	1,2-80 meV

Chương trình CIE

Ủy ban Quốc tế về Chiếu sáng Ủy ban quốc tế về chiếu sáng ) khuyến nghị phân chia bức xạ hồng ngoại thành ba nhóm sau:

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)

Giản đồ ISO 20473

bức xạ nhiệt

Bức xạ nhiệt hay bức xạ là sự truyền năng lượng từ vật thể này sang vật thể khác dưới dạng sóng điện từ được các vật thể bức xạ do nội năng của chúng. Bức xạ nhiệt chủ yếu nằm trong vùng hồng ngoại của quang phổ từ 0,74 micron đến 1000 micron. Một tính năng đặc biệt của truyền nhiệt bức xạ là nó có thể được thực hiện giữa các vật thể không chỉ nằm trong bất kỳ môi trường nào, mà còn trong chân không. Một ví dụ về bức xạ nhiệt là ánh sáng từ đèn sợi đốt. Công suất bức xạ nhiệt của một vật thể đáp ứng các tiêu chuẩn của vật thể đen hoàn toàn được mô tả bằng định luật Stefan-Boltzmann. Tỷ lệ giữa khả năng bức xạ và khả năng hấp thụ của các vật thể được mô tả bằng định luật bức xạ Kirchhoff. Bức xạ nhiệt là một trong ba dạng truyền nhiệt cơ bản (ngoài dẫn nhiệt và đối lưu). Bức xạ cân bằng là bức xạ nhiệt ở trạng thái cân bằng nhiệt động với vật chất.

Đăng kí

Thiết bị nhìn ban đêm

Có một số cách để hình dung một hình ảnh hồng ngoại vô hình:

Máy quay video bán dẫn hiện đại rất nhạy trong vùng hồng ngoại gần. Để tránh lỗi màu, các máy quay video gia đình thông thường được trang bị một bộ lọc đặc biệt giúp loại bỏ hình ảnh IR. Theo quy định, camera cho hệ thống an ninh không có bộ lọc như vậy. Tuy nhiên, vào ban đêm không có nguồn hồng ngoại gần tự nhiên, vì vậy nếu không có chiếu sáng nhân tạo (ví dụ: đèn LED hồng ngoại), những máy ảnh như vậy sẽ không hiển thị bất cứ điều gì.
Ống tăng cường hình ảnh - một thiết bị quang điện tử chân không giúp khuếch đại ánh sáng trong quang phổ khả kiến và hồng ngoại gần. Nó có độ nhạy cao và có thể cung cấp hình ảnh trong điều kiện ánh sáng rất thấp. Về mặt lịch sử, chúng là thiết bị nhìn ban đêm đầu tiên, được sử dụng rộng rãi và hiện là thiết bị nhìn ban đêm giá rẻ. Vì chúng chỉ hoạt động trong IR gần, chúng cũng giống như máy quay video bán dẫn, cần có ánh sáng.
Máy đo bu lông - cảm biến nhiệt. Bolometers cho các hệ thống thị giác kỹ thuật và thiết bị nhìn ban đêm có độ nhạy trong dải bước sóng 3..14 micron (giữa IR), tương ứng với bức xạ của các vật thể bị nung nóng từ 500 đến -50 độ C. Do đó, các thiết bị đo tia chớp không yêu cầu chiếu sáng bên ngoài, tự ghi lại bức xạ của các vật thể và tạo ra bức tranh về sự chênh lệch nhiệt độ.

đo nhiệt độ

Nhiệt kế hồng ngoại, hình ảnh nhiệt hoặc video nhiệt là một phương pháp khoa học để thu được nhiệt đồ - một hình ảnh trong tia hồng ngoại cho thấy hình ảnh về sự phân bố của các trường nhiệt độ. Máy ảnh nhiệt hoặc máy ảnh nhiệt phát hiện bức xạ trong dải hồng ngoại của phổ điện từ (khoảng 900-14000 nanomet hoặc 0,9-14 µm) và dựa trên bức xạ này, tạo ra hình ảnh cho phép bạn xác định những nơi quá nóng hoặc siêu lạnh. Vì bức xạ hồng ngoại được phát ra bởi tất cả các vật thể có nhiệt độ, theo công thức Planck về bức xạ vật đen, phép đo nhiệt cho phép bạn "nhìn thấy" môi trường có hoặc không có ánh sáng nhìn thấy. Lượng bức xạ phát ra bởi một vật thể tăng lên khi nhiệt độ của nó tăng lên, do đó, phép đo nhiệt độ cho phép chúng ta thấy được sự khác biệt về nhiệt độ. Khi chúng ta nhìn qua một máy ảnh nhiệt, các vật thể ấm áp được nhìn thấy rõ hơn những vật thể được làm nguội bằng nhiệt độ môi trường xung quanh; Người và động vật máu nóng dễ dàng nhìn thấy trong môi trường hơn, cả vào ban ngày và ban đêm. Kết quả là, việc thúc đẩy việc sử dụng nhiệt kế có thể được quy cho các dịch vụ quân sự và an ninh.

hồng ngoại homing

Hồng ngoại homing head - đầu homing hoạt động dựa trên nguyên lý thu sóng hồng ngoại do mục tiêu bị bắt phát ra. Nó là một thiết bị quang-điện tử được thiết kế để xác định mục tiêu so với nền xung quanh và phát tín hiệu bắt được thiết bị ngắm tự động (APU), cũng như để đo và phát tín hiệu về vận tốc góc của đường ngắm tới lái tự động.

Lò sưởi hồng ngoại

Truyền dữ liệu

Sự lan rộng của đèn LED hồng ngoại, tia laser và điốt quang đã giúp chúng ta có thể tạo ra một phương pháp truyền dữ liệu quang học không dây dựa trên chúng. Trong công nghệ máy tính, nó thường được sử dụng để kết nối máy tính với các thiết bị ngoại vi (giao diện IrDA) Không giống như kênh vô tuyến, kênh hồng ngoại không nhạy cảm với nhiễu điện từ, và điều này cho phép nó được sử dụng trong các điều kiện công nghiệp. Các nhược điểm của kênh hồng ngoại bao gồm yêu cầu cửa sổ quang học trên thiết bị, định hướng tương đối chính xác của thiết bị, tốc độ truyền thấp (thường không vượt quá 5-10 Mbit / s, nhưng khi sử dụng laser hồng ngoại, tốc độ cao hơn đáng kể có thể xảy ra) . Ngoài ra, không đảm bảo bí mật chuyển giao thông tin. Trong điều kiện tầm nhìn, kênh hồng ngoại có thể liên lạc trong khoảng cách vài km, nhưng thuận tiện nhất là kết nối các máy tính đặt trong cùng một phòng, nơi phản xạ từ các bức tường trong phòng mang lại kết nối ổn định và đáng tin cậy. Loại cấu trúc liên kết tự nhiên nhất ở đây là "xe buýt" (có nghĩa là, tín hiệu truyền được đồng thời nhận bởi tất cả các thuê bao). Kênh hồng ngoại không thể được sử dụng rộng rãi, nó đã được thay thế bằng kênh vô tuyến.

Bức xạ nhiệt cũng được sử dụng để nhận tín hiệu cảnh báo.

Điều khiển từ xa

Điốt hồng ngoại và điốt quang được sử dụng rộng rãi trong bảng điều khiển từ xa, hệ thống tự động hóa, hệ thống an ninh, một số điện thoại di động (cổng hồng ngoại), v.v. Tia hồng ngoại không làm phân tán sự chú ý của một người do khả năng tàng hình của chúng.

Điều thú vị là bức xạ hồng ngoại của điều khiển từ xa trong gia đình có thể dễ dàng thu được bằng máy ảnh kỹ thuật số.

Thuốc men

Bức xạ hồng ngoại được sử dụng rộng rãi nhất trong y học được tìm thấy trong các cảm biến lưu lượng máu (PPG) khác nhau.

Máy đo tốc độ xung rộng (HR, HR - Heart Rate) và độ bão hòa oxy trong máu (Sp02) sử dụng đèn LED bức xạ màu xanh lá cây (cho xung) và đỏ và hồng ngoại (cho SpO2).

Bức xạ laser hồng ngoại được sử dụng trong kỹ thuật DLS (Kỹ thuật tán xạ ánh sáng kỹ thuật số) để xác định tốc độ xung và các đặc điểm lưu lượng máu.

Tia hồng ngoại được sử dụng trong vật lý trị liệu.

Ảnh hưởng của bức xạ hồng ngoại sóng dài:

Kích thích và cải thiện tuần hoàn máu. Khi tiếp xúc với bức xạ hồng ngoại sóng dài trên da, các thụ thể trên da bị kích thích và do phản ứng của vùng dưới đồi, các cơ trơn của mạch máu bị giãn ra, kết quả là các mạch giãn ra.
Cải thiện quá trình trao đổi chất. Hiệu ứng nhiệt của bức xạ hồng ngoại kích thích hoạt động ở cấp độ tế bào, cải thiện các quá trình điều hòa thần kinh và trao đổi chất.

Tiệt trùng thực phẩm

Với sự trợ giúp của bức xạ hồng ngoại, các sản phẩm thực phẩm được khử trùng với mục đích khử trùng.

ngành công nghiệp thực phẩm

Một tính năng của việc sử dụng bức xạ hồng ngoại trong ngành công nghiệp thực phẩm là khả năng xâm nhập của sóng điện từ vào các sản phẩm xốp mao quản như ngũ cốc, ngũ cốc, bột mì, v.v. ở độ sâu tới 7 mm. Giá trị này phụ thuộc vào bản chất của bề mặt, cấu trúc, tính chất của vật liệu và đáp ứng tần số của bức xạ. Một sóng điện từ ở một dải tần nhất định không chỉ có tác dụng nhiệt mà còn có tác dụng sinh học đối với sản phẩm, giúp đẩy nhanh quá trình biến đổi sinh hóa trong các polyme sinh học (

Ánh sáng hồng ngoại không thể tiếp cận được với thị giác của con người. Trong khi đó, các sóng hồng ngoại dài được cơ thể con người cảm nhận là nhiệt. Tia hồng ngoại có một số tính chất của ánh sáng nhìn thấy. Bức xạ của dạng này tự cho mình là hội tụ, bị phản xạ và phân cực. Về mặt lý thuyết, ánh sáng IR được hiểu nhiều hơn là bức xạ hồng ngoại (IR). IR không gian chiếm phạm vi phổ của bức xạ điện từ 700 nm - 1 mm. Sóng IR dài hơn ánh sáng nhìn thấy và ngắn hơn sóng vô tuyến. Theo đó, tần số IR cao hơn tần số vi sóng và thấp hơn tần số ánh sáng nhìn thấy. Tần số hồng ngoại được giới hạn trong phạm vi 300 GHz - 400 THz.

Sóng hồng ngoại được phát hiện bởi nhà thiên văn học người Anh William Herschel. Khám phá được đăng ký vào năm 1800. Bằng cách sử dụng lăng kính thủy tinh trong các thí nghiệm của mình, nhà khoa học theo cách này đã khám phá khả năng phân chia ánh sáng mặt trời thành các thành phần riêng biệt.

Khi William Herschel phải đo nhiệt độ của từng bông hoa, ông đã phát hiện ra một yếu tố làm tăng nhiệt độ khi lần lượt đi qua dãy số sau:

màu tím,
màu xanh da trời,
rau xanh,
lòng đỏ,
trái cam,
màu đỏ.

Dải sóng và dải tần của bức xạ IR

Dựa trên bước sóng, các nhà khoa học có điều kiện chia bức xạ hồng ngoại thành nhiều phần quang phổ. Tuy nhiên, không có định nghĩa duy nhất về ranh giới của từng bộ phận riêng lẻ.

Thang bức xạ điện từ: 1 - sóng vô tuyến điện; 2 - lò vi sóng; 3 - Sóng IR; 4 - ánh sáng nhìn thấy; 5 - tia cực tím; 6 - tia x quang; 7 - tia gamma; B là dải bước sóng; E - năng lượng

Về mặt lý thuyết, ba dải sóng được chỉ định:

Ở gần
Trung bình
Hơn nữa

Dải hồng ngoại gần được đánh dấu bằng bước sóng gần với điểm cuối của quang phổ ánh sáng nhìn thấy. Đoạn sóng tính toán gần đúng được chỉ ra ở đây bằng độ dài: 750 - 1300 nm (0,75 - 1,3 micrômet). Tần số bức xạ xấp xỉ 215-400 Hz. Khoảng hồng ngoại ngắn sẽ phát ra nhiệt lượng tối thiểu.

Dải IR trung gian (trung gian), bao gồm bước sóng 1300-3000 nm (1,3 - 3 micron). Tần số được đo ở đây trong khoảng 20-215 THz. Mức nhiệt tỏa ra tương đối thấp.

Phạm vi hồng ngoại xa gần nhất với phạm vi vi sóng. Căn chỉnh: 3-1000 microns. Dải tần số 0,3-20 THz. Nhóm này bao gồm các bước sóng ngắn ở khoảng tần số cực đại. Đây là nơi tỏa ra nhiệt lượng tối đa.

Ứng dụng của bức xạ hồng ngoại

Tia hồng ngoại đã được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Trong số các thiết bị nổi tiếng nhất là máy ảnh nhiệt, thiết bị nhìn ban đêm, v.v. Thiết bị truyền thông và mạng Đèn hồng ngoại được sử dụng trong cả hoạt động có dây và không dây.

Một ví dụ về hoạt động của một thiết bị điện tử - một máy ảnh nhiệt, nguyên lý của nó dựa trên việc sử dụng bức xạ hồng ngoại. Và đây chỉ là một ví dụ trong số nhiều ví dụ khác.

Điều khiển từ xa được trang bị hệ thống liên lạc IR tầm ngắn, nơi tín hiệu được truyền qua đèn LED IR. Ví dụ: đồ dùng thông thường trong gia đình - TV, máy điều hòa, đầu đĩa. Đèn hồng ngoại truyền dữ liệu qua hệ thống cáp quang.

Ngoài ra, bức xạ hồng ngoại được sử dụng tích cực bởi thiên văn học nghiên cứu để nghiên cứu không gian. Chính nhờ bức xạ hồng ngoại mà người ta có thể phát hiện ra các vật thể không gian mà mắt người không nhìn thấy được.

Sự thật ít được biết đến về ánh sáng hồng ngoại

Mắt người thực sự không thể nhìn thấy tia hồng ngoại. Nhưng da của cơ thể con người có khả năng “nhìn thấy” chúng, phản ứng với các photon, chứ không chỉ với bức xạ nhiệt.

Bề mặt của da thực sự hoạt động như một "nhãn cầu". Nếu bạn đi ra ngoài trời vào một ngày nắng, nhắm mắt lại và đưa lòng bàn tay lên trời, bạn có thể dễ dàng tìm thấy vị trí của mặt trời.

Vào mùa đông, trong phòng có nhiệt độ không khí là 21-22ºС, được mặc ấm (áo len, quần tây). Vào mùa hè, trong cùng một phòng, cùng một nhiệt độ, mọi người cũng cảm thấy thoải mái, nhưng mặc quần áo nhẹ hơn (quần đùi, áo phông).

Có thể dễ dàng giải thích hiện tượng này: mặc dù nhiệt độ không khí như nhau, các bức tường và trần của căn phòng vào mùa hè phát ra nhiều sóng IR xa hơn do ánh sáng mặt trời mang theo (FIR - Hồng ngoại xa). Vì vậy, cơ thể con người ở cùng một nhiệt độ, vào mùa hè cảm nhận nhiệt nhiều hơn.

Nhiệt IR được tái tạo bởi bất kỳ sinh vật sống và vật thể vô tri nào. Trên màn hình của máy ảnh nhiệt, khoảnh khắc này được ghi lại rõ ràng hơn.

Các cặp người ngủ trên cùng một giường vô tình phát và nhận sóng FIR liên quan đến nhau. Nếu một người ở một mình trên giường, anh ta hoạt động như một máy phát sóng FIR, nhưng ngược lại sẽ không còn nhận được các sóng tương tự nữa.

Khi mọi người nói chuyện với nhau, họ vô tình gửi và nhận các rung động sóng FIR từ nhau. Những cái ôm thân thiện (tình yêu) cũng kích hoạt sự truyền bức xạ FIR giữa người với người.

Tự nhiên cảm nhận ánh sáng hồng ngoại như thế nào?

Con người không thể nhìn thấy ánh sáng hồng ngoại, nhưng các loài rắn thuộc họ viper hoặc viper (chẳng hạn như rắn đuôi chuông) có "hố" cảm giác được sử dụng để hình ảnh trong ánh sáng hồng ngoại.

Đặc tính này cho phép rắn phát hiện các loài động vật máu nóng trong bóng tối hoàn toàn. Rắn có hai hố giác quan được cho là có khả năng nhận biết độ sâu tia hồng ngoại.

Đặc tính của rắn IR: 1, 2 - vùng nhạy cảm của khoang giác quan; 3 - khoang màng; 4 - khoang trong; 5 - Sợi MG; 6 - khoang ngoài

Cá sử dụng thành công ánh sáng hồng ngoại gần (NIR) để bắt mồi và điều hướng trong các khu vực nước. Cảm giác NIR này giúp cá định hướng chính xác trong điều kiện ánh sáng yếu, trong bóng tối hoặc vùng nước âm u.

Bức xạ hồng ngoại đóng một vai trò quan trọng trong việc hình thành thời tiết và khí hậu Trái đất, giống như ánh sáng mặt trời. Tổng khối lượng ánh sáng Mặt trời được Trái đất hấp thụ, với một lượng bức xạ IR bằng nhau, phải truyền từ Trái đất trở lại không gian. Nếu không, sự nóng lên toàn cầu hoặc sự nguội lạnh toàn cầu là không thể tránh khỏi.

Có một lý do rõ ràng tại sao không khí lạnh đi nhanh chóng vào một đêm khô. Mức độ ẩm thấp và không có mây trên bầu trời mở ra một con đường tự do cho bức xạ hồng ngoại. Tia hồng ngoại đi vào không gian bên ngoài nhanh hơn và do đó, mang nhiệt đi nhanh hơn.

Một phần quan trọng của những gì đến Trái đất là ánh sáng hồng ngoại. Bất kỳ sinh vật hoặc vật thể tự nhiên nào cũng có nhiệt độ, có nghĩa là nó giải phóng năng lượng hồng ngoại. Ngay cả những vật thể là lạnh trước (chẳng hạn như khối đá) cũng phát ra ánh sáng hồng ngoại.

Tiềm năng kỹ thuật của vùng hồng ngoại

Tiềm năng kỹ thuật của tia IR là vô hạn. Rất nhiều ví dụ. Theo dõi hồng ngoại (homing) được sử dụng trong các hệ thống điều khiển tên lửa thụ động. Bức xạ điện từ từ mục tiêu, nhận được trong phần hồng ngoại của quang phổ, được sử dụng trong trường hợp này.

Hệ thống theo dõi mục tiêu: 1, 4 - buồng đốt; 2, 6 - ngọn lửa thải ra tương đối dài; 5 - dòng lạnh đi qua buồng nóng; 3, 7 - chữ ký IR quan trọng được chỉ định

Các vệ tinh thời tiết được trang bị máy đo bức xạ quét tạo ra hình ảnh nhiệt, sau đó cho phép các kỹ thuật phân tích xác định độ cao và loại mây, tính toán nhiệt độ đất liền và nước bề mặt cũng như xác định các đặc điểm bề mặt đại dương.

Bức xạ hồng ngoại là cách phổ biến nhất để điều khiển từ xa các thiết bị khác nhau. Dựa trên công nghệ FIR, nhiều sản phẩm đang được phát triển và sản xuất. Người Nhật xuất sắc ở đây. Dưới đây là một số ví dụ phổ biến ở Nhật Bản và trên thế giới:

miếng đệm đặc biệt và máy sưởi FIR;
Đĩa FIR để giữ cá và rau tươi trong thời gian dài;
giấy gốm và gốm sứ FIR;
găng tay vải FIR, áo khoác, ghế ô tô;
máy sấy tóc FIR của tiệm làm tóc, giúp giảm hư tổn cho tóc;

Chụp phản xạ tia hồng ngoại (bảo tồn nghệ thuật) được sử dụng để nghiên cứu các bức tranh, giúp tiết lộ các lớp bên dưới mà không phá hủy cấu trúc. Kỹ thuật này giúp làm lộ ra những chi tiết ẩn dưới nét vẽ của họa sĩ.

Bằng cách này, người ta xác định được bức tranh hiện tại là một tác phẩm nghệ thuật gốc hay chỉ là một bản sao được tạo ra một cách chuyên nghiệp. Những thay đổi liên quan đến công việc trùng tu các tác phẩm nghệ thuật cũng được xác định.

Tia hồng ngoại: tác động đến sức khỏe con người

Tác dụng có lợi của ánh sáng mặt trời đối với sức khỏe con người đã được khoa học chứng minh. Tuy nhiên, việc tiếp xúc quá nhiều với bức xạ mặt trời tiềm ẩn nhiều nguy cơ. Ánh nắng mặt trời có chứa tia cực tím, tác động làm bỏng da của cơ thể con người.

Phòng tắm hơi hồng ngoại được sử dụng rộng rãi ở Nhật Bản và Trung Quốc. Và xu hướng phát triển của phương pháp chữa bệnh này chỉ ngày càng gia tăng mạnh mẽ.

Trong khi đó, tia hồng ngoại xa cung cấp tất cả các lợi ích sức khỏe của ánh sáng mặt trời tự nhiên. Điều này giúp loại bỏ hoàn toàn những tác động nguy hiểm của bức xạ mặt trời.

Bằng cách áp dụng công nghệ tái tạo chùm tia hồng ngoại, có thể kiểm soát nhiệt độ hoàn toàn (), không giới hạn ánh sáng mặt trời. Nhưng đây không phải là tất cả những sự thật đã biết về lợi ích của bức xạ hồng ngoại:

Tia hồng ngoại xa củng cố hệ tim mạch, ổn định nhịp tim, tăng cung lượng tim, đồng thời giảm huyết áp tâm trương.
Việc kích thích chức năng tim mạch bằng ánh sáng hồng ngoại xa là cách lý tưởng để duy trì hệ tim mạch hoạt động bình thường. Có một trải nghiệm của các phi hành gia Mỹ trong một chuyến bay dài vào vũ trụ.
Tia hồng ngoại xa IR với nhiệt độ trên 40 ° C làm suy yếu và cuối cùng tiêu diệt tế bào ung thư. Sự thật này được xác nhận bởi Hiệp hội Ung thư Hoa Kỳ và Viện Ung thư Quốc gia.
Phòng xông hơi hồng ngoại thường được sử dụng ở Nhật Bản và Hàn Quốc (liệu pháp tăng thân nhiệt hoặc liệu pháp Waon) để điều trị các bệnh tim mạch, đặc biệt là suy tim mãn tính và bệnh động mạch ngoại vi.
Kết quả nghiên cứu được công bố trên tạp chí Neuropsychiatric Disease and Treatment cho thấy tia hồng ngoại là “bước đột phá y học” trong điều trị chấn thương sọ não.
Xông hơi bằng tia hồng ngoại được coi là hiệu quả hơn gấp bảy lần trong việc loại bỏ kim loại nặng, cholesterol, rượu, nicotin, amoniac, axit sulfuric và các chất độc khác ra khỏi cơ thể.
Cuối cùng, liệu pháp FIR ở Nhật Bản và Trung Quốc đã đứng đầu trong số những cách hiệu quả để điều trị bệnh hen suyễn, viêm phế quản, cảm lạnh, cảm cúm, viêm xoang. Người ta lưu ý rằng liệu pháp FIR loại bỏ chứng viêm, sưng tấy, tắc nghẽn niêm mạc.

Đèn hồng ngoại và tuổi thọ 200 năm

Bức xạ hồng ngoại là một loại bức xạ điện từ có biên giới trên phần màu đỏ của quang phổ ánh sáng nhìn thấy ở một bên và vi sóng ở phía bên kia. Bước sóng - từ 0,74 đến 1000-2000 micromet. Sóng hồng ngoại còn được gọi là "nhiệt". Dựa trên bước sóng, chúng được phân thành ba nhóm:

sóng ngắn (0,74-2,5 micromet);

sóng trung bình (dài hơn 2,5, ngắn hơn 50 micromet);

sóng dài (hơn 50 micromet).

Nguồn bức xạ hồng ngoại

Trên hành tinh của chúng ta, bức xạ hồng ngoại không phải là hiếm. Hầu hết mọi nhiệt đều là tác động của việc tiếp xúc với tia hồng ngoại. Không quan trọng nó là gì: ánh sáng mặt trời, sức nóng của cơ thể chúng ta, hay nhiệt từ các thiết bị sưởi.

Phần hồng ngoại của bức xạ điện từ không đốt nóng không gian mà chiếu trực tiếp vào bản thân vật thể. Đó là trên nguyên tắc này mà công việc của đèn hồng ngoại được xây dựng. Và Mặt trời làm nóng Trái đất theo cách tương tự.

Ảnh hưởng đến sinh vật sống

Hiện tại, khoa học chưa biết sự thật đã được xác nhận về tác động tiêu cực của tia hồng ngoại đối với cơ thể con người. Trừ khi do bức xạ quá mạnh, màng nhầy của mắt có thể bị tổn thương.

Nhưng chúng ta có thể nói về những lợi ích trong một thời gian rất dài. Quay trở lại năm 1996, các nhà khoa học từ Mỹ, Nhật Bản và Hà Lan đã xác nhận một số sự thật y tế tích cực. Bức xạ nhiệt:

tiêu diệt một số loại vi rút viêm gan;

ức chế và làm chậm sự phát triển của tế bào ung thư;

có khả năng vô hiệu hóa các trường điện từ và bức xạ có hại. Bao gồm cả chất phóng xạ;

giúp bệnh nhân tiểu đường sản xuất insulin;

có thể giúp đỡ với chứng loạn dưỡng;

cải thiện tình trạng của cơ thể bị vảy nến.

Dưới tình trạng sức khỏe được cải thiện, các cơ quan nội tạng bắt đầu hoạt động hiệu quả hơn. Dinh dưỡng cơ bắp được tăng lên, sức mạnh của hệ thống miễn dịch được tăng lên rất nhiều. Một thực tế nổi tiếng là trong điều kiện không có bức xạ hồng ngoại, cơ thể già đi nhanh hơn rõ rệt.

Tia hồng ngoại còn được gọi là "tia sự sống". Dưới ảnh hưởng của họ mà sự sống đã được sinh ra.

Công dụng của tia hồng ngoại trong đời sống con người

Ánh sáng hồng ngoại được sử dụng rộng rãi không kém phần phổ biến. Có lẽ sẽ rất khó để tìm thấy ít nhất một lĩnh vực của nền kinh tế quốc dân mà phần hồng ngoại của sóng điện từ chưa được ứng dụng. Chúng tôi liệt kê các lĩnh vực ứng dụng nổi tiếng nhất:

chiến tranh. Việc trang bị đầu đạn tên lửa hoặc thiết bị nhìn đêm đều là kết quả của việc sử dụng bức xạ hồng ngoại;

kỹ thuật đo nhiệt được sử dụng rộng rãi trong khoa học để xác định phần quá nóng hoặc quá lạnh của vật thể đang nghiên cứu. Hình ảnh hồng ngoại cũng được sử dụng rộng rãi trong thiên văn học, cùng với các loại sóng điện từ khác;

máy sưởi gia dụng. Không giống như máy đối lưu, các thiết bị như vậy sử dụng năng lượng bức xạ để làm nóng tất cả các đồ vật trong phòng. Và xa hơn nữa, các vật dụng bên trong tỏa nhiệt ra không khí xung quanh;

truyền dữ liệu và điều khiển từ xa. Đúng vậy, tất cả các điều khiển từ xa cho TV, máy ghi âm và máy điều hòa không khí đều sử dụng tia hồng ngoại;

khử trùng trong ngành công nghiệp thực phẩm

thuốc men. Điều trị và phòng ngừa nhiều loại bệnh tật khác nhau.

Tia hồng ngoại là một phần tương đối nhỏ của bức xạ điện từ. Là một cách truyền nhiệt tự nhiên, không một quá trình sống nào trên hành tinh của chúng ta có thể thực hiện được nếu không có nó.

BỨC XẠ HỒNG NGOẠI (bức xạ hồng ngoại, tia hồng ngoại), bức xạ điện từ có bước sóng λ từ khoảng 0,74 micrômét đến khoảng 1-2 mm, tức là bức xạ chiếm vùng phổ giữa điểm cuối màu đỏ của bức xạ nhìn thấy và bức xạ vô tuyến sóng ngắn (dưới milimét). Bức xạ hồng ngoại đề cập đến bức xạ quang học, nhưng không giống như bức xạ nhìn thấy, nó không được mắt người cảm nhận. Tương tác với bề mặt của các vật thể, nó nóng lên, vì vậy nó thường được gọi là bức xạ nhiệt. Thông thường, vùng bức xạ hồng ngoại được chia thành gần (λ = 0,74-2,5 microns), giữa (2,5-50 microns) và xa (50-2000 microns). Bức xạ hồng ngoại được phát hiện bởi W. Herschel (1800) và W. Wollaston (1802) một cách độc lập.

Quang phổ hồng ngoại có thể là vạch (quang phổ nguyên tử), liên tục (quang phổ vật chất ngưng tụ) hoặc sọc (quang phổ phân tử). Các tính chất quang học (truyền, phản xạ, khúc xạ, v.v.) của các chất trong bức xạ hồng ngoại, theo quy luật, khác biệt đáng kể với các đặc tính tương ứng trong bức xạ nhìn thấy hoặc tử ngoại. Nhiều chất trong suốt đối với ánh sáng nhìn thấy thì mờ đục đối với bức xạ hồng ngoại có bước sóng nhất định và ngược lại. Ví dụ, một lớp nước dày vài cm bị mờ đục đối với bức xạ hồng ngoại có λ> 1 µm, vì vậy nước thường được sử dụng như một bộ lọc che nhiệt. Các tấm Ge và Si, trong suốt đối với bức xạ nhìn thấy, trong suốt đối với bức xạ hồng ngoại có bước sóng nhất định, giấy đen trong suốt ở vùng hồng ngoại xa (những chất này được dùng làm bộ lọc ánh sáng khi bức xạ hồng ngoại bị cô lập).

Hệ số phản xạ của hầu hết các kim loại trong bức xạ hồng ngoại cao hơn nhiều so với trong bức xạ nhìn thấy, và tăng khi bước sóng tăng (xem Quang học kim loại). Như vậy, độ phản xạ các bề mặt Al, Au, Ag, Cu của bức xạ hồng ngoại có λ = 10 μm đạt 98%. Các phi kim ở thể lỏng và rắn có phản xạ tia hồng ngoại có chọn lọc (phụ thuộc vào bước sóng), vị trí của cực đại phụ thuộc vào thành phần hóa học của chúng.

Khi đi qua bầu khí quyển của trái đất, bức xạ hồng ngoại bị suy giảm do các nguyên tử và phân tử không khí bị tán xạ và hấp thụ. Nitơ và oxy không hấp thụ bức xạ hồng ngoại và chỉ làm suy yếu nó do hiện tượng tán xạ, bức xạ hồng ngoại ít hơn nhiều so với ánh sáng nhìn thấy. Các phân tử H 2 O, O 2, O 3, v.v., có trong khí quyển, hấp thụ một cách có chọn lọc (chọn lọc) bức xạ hồng ngoại, và bức xạ hồng ngoại của hơi nước đặc biệt bị hấp thụ mạnh. Các dải hấp thụ H 2 O được quan sát thấy trong toàn bộ vùng IR của quang phổ, và các dải CO 2 - ở phần giữa của nó. Trong các lớp bề mặt của khí quyển chỉ có một số lượng nhỏ "cửa sổ trong suốt" cho bức xạ hồng ngoại. Sự hiện diện của các hạt khói, bụi, các giọt nước nhỏ trong khí quyển dẫn đến sự suy giảm thêm bức xạ hồng ngoại do sự tán xạ của nó trên các hạt này. Ở kích thước hạt nhỏ, bức xạ hồng ngoại bị tán xạ ít hơn bức xạ nhìn thấy, được sử dụng trong chụp ảnh hồng ngoại.

Các nguồn bức xạ hồng ngoại. Nguồn bức xạ hồng ngoại tự nhiên mạnh mẽ là Mặt trời, khoảng 50% bức xạ của nó nằm trong vùng hồng ngoại. Bức xạ hồng ngoại chiếm 70 đến 80% năng lượng bức xạ của đèn sợi đốt; nó được phát ra bởi hồ quang điện và các loại đèn phóng điện khác nhau, tất cả các loại máy sưởi điện. Trong nghiên cứu khoa học, các nguồn bức xạ hồng ngoại là đèn băng vonfram, pin Nernst, quả địa cầu, đèn thủy ngân cao áp, v.v ... Bức xạ của một số loại laze cũng nằm trong vùng hồng ngoại của quang phổ (ví dụ: bước sóng của laser thủy tinh neodymium là 1,06 μm, laser helium-neon - 1,15 và 3,39 microns, laser CO 2 - 10,6 microns).

Máy thu bức xạ hồng ngoại dựa trên sự chuyển đổi năng lượng bức xạ thành các dạng năng lượng khác có sẵn để đo. Trong máy thu nhiệt, bức xạ hồng ngoại bị hấp thụ gây ra sự gia tăng nhiệt độ của phần tử nhạy cảm với nhiệt độ, được ghi lại. Trong máy thu quang điện, sự hấp thụ bức xạ hồng ngoại dẫn đến sự xuất hiện hoặc thay đổi cường độ của dòng điện hoặc hiệu điện thế. Máy thu quang điện (không giống như máy thu nhiệt) có tính chọn lọc, tức là chúng chỉ nhạy với bức xạ từ một vùng nhất định của quang phổ. Việc đăng ký ảnh của bức xạ hồng ngoại được thực hiện với sự trợ giúp của các nhũ ảnh đặc biệt, tuy nhiên, chúng chỉ nhạy cảm với nó đối với các bước sóng lên đến 1,2 micron.

Việc sử dụng bức xạ hồng ngoại. Bức xạ IR được sử dụng rộng rãi trong nghiên cứu khoa học và để giải quyết các vấn đề thực tế khác nhau. Phổ phát xạ và hấp thụ của phân tử và chất rắn nằm trong vùng IR, chúng được nghiên cứu trong quang phổ hồng ngoại, trong các bài toán cấu trúc, và cũng được sử dụng trong phân tích quang phổ định tính và định lượng. Trong vùng IR xa là bức xạ xảy ra trong quá trình chuyển đổi giữa các cấp độ Zeeman của nguyên tử, phổ IR của nguyên tử giúp cho việc nghiên cứu cấu trúc của lớp vỏ electron của chúng có thể được thực hiện. Ảnh của cùng một đối tượng được chụp trong phạm vi nhìn thấy và hồng ngoại, do sự khác biệt về hệ số phản xạ, truyền dẫn và tán xạ, có thể thay đổi đáng kể; Trong chụp ảnh IR, bạn có thể thấy các chi tiết không thể nhìn thấy trong chụp ảnh thông thường.

Trong công nghiệp, bức xạ hồng ngoại được sử dụng để làm khô và sưởi ấm các vật liệu và sản phẩm, trong cuộc sống hàng ngày - để sưởi ấm không gian. Trên cơ sở các tế bào quang điện nhạy cảm với bức xạ hồng ngoại, bộ chuyển đổi quang điện tử đã được tạo ra, trong đó hình ảnh hồng ngoại của một vật thể không nhìn thấy bằng mắt được chuyển thành một vật thể nhìn thấy được. Trên cơ sở các bộ chuyển đổi như vậy, các thiết bị nhìn đêm khác nhau (ống nhòm, ống ngắm, v.v.) được chế tạo, giúp phát hiện các vật thể trong bóng tối hoàn toàn, để quan sát và nhắm mục tiêu, chiếu tia bức xạ hồng ngoại của chúng bằng bức xạ hồng ngoại từ các nguồn đặc biệt. Với sự trợ giúp của máy thu hồng ngoại có độ nhạy cao, các vật thể được định vị bằng bức xạ hồng ngoại của chính chúng và hệ thống dẫn đường cho đạn và tên lửa được tạo ra. Bộ định vị IR và máy đo khoảng cách IR cho phép bạn phát hiện trong các vật thể tối có nhiệt độ cao hơn nhiệt độ môi trường xung quanh và đo khoảng cách đến chúng. Bức xạ mạnh của laser hồng ngoại được sử dụng trong nghiên cứu khoa học, cũng như thông tin liên lạc trên mặt đất và không gian, để đo âm thanh bằng laser của bầu khí quyển, v.v. Bức xạ hồng ngoại được sử dụng để tái tạo tiêu chuẩn của đồng hồ.

Lit .: Schreiber G. Tia hồng ngoại trong điện tử. M., 2003; Tarasov VV, Yakushenkov Yu G. Hệ thống hồng ngoại loại "nhìn". M., 2004.