Какое свойство инфракрасных лучей используют
Инфракрасные лучи – это электромагнитные волны в невидимой области электромагнитного спектра, которая начинается за видимым красным светом и заканчивается перед микроволновым излучением между частотами 1012 и 5∙1014 Гц (или находится в диапазоне длин волн 1–750 нм). Название происходит от латинского слова infra и означает «ниже красного».
Применение инфракрасных лучей разнообразно. Они используются для визуализации объектов в темноте или в дыму, отопления саун и подогрева крыльев воздушных судов для защиты от обледенения, в ближней связи и при проведении спектроскопического анализа органических соединений.
Открытие
Инфракрасные лучи были обнаружены в 1800 г. британским музыкантом и астрономом-любителем немецкого происхождения Уильямом Гершелем. Он с помощью призмы разделил солнечный свет на составляющие его компоненты и за красной частью спектра с помощью термометра зарегистрировал увеличение температуры.
ИК-излучение и тепло
Инфракрасное излучение часто называют тепловым. Следует, однако, отметить, что оно является лишь его следствием. Тепло – это мера поступательной энергии (энергии движения) атомов и молекул вещества. «Температурные» датчики фактически измеряют не тепло, а только различия в ИК-излучении различных объектов.
Многие учителя физики инфракрасным лучам традиционно приписывают всю тепловую радиацию Солнца. Но это не совсем так. С видимым солнечным светом поступает 50% всего тепла, и электромагнитные волны любой частоты при достаточной интенсивности могут вызвать нагрев. Однако справедливо будет сказать, что при комнатной температуре объекты выделяют тепло в основном в полосе среднего инфракрасного диапазона.
ИК-излучение поглощается и испускается вращениями и вибрациями химически связанных атомов или их групп и, следовательно, многими видами материалов. Например, прозрачное для видимого света оконное стекло ИК-радиацию поглощает. Инфракрасные лучи в значительной степени абсорбируются водой и атмосферой. Хотя они и невидимы для глаз, их можно ощутить кожей.
Земля как источник инфракрасного излучения
Поверхность нашей планеты и облака поглощают солнечную энергию, большую часть которой в виде ИК-радиации отдают в атмосферу. Определенные вещества в ней, в основном пар и капли воды, а также метан, углекислый газ, оксид азота, хлорфторуглероды и гексафторид серы, поглощают в инфракрасной области спектра и переизлучают во всех направлениях, в том числе на Землю. Поэтому из-за парникового эффекта земная атмосфера и поверхность намного теплее, чем если бы вещества, поглощающие ИК-лучи, в воздухе отсутствовали.
Это излучение играет важную роль в теплопередаче и является неотъемлемой частью так называемого парникового эффекта. В глобальном масштабе влияние инфракрасных лучей распространяется на радиационный баланс Земли и затрагивает почти всю биосферную активность. Практически каждый объект на поверхности нашей планеты испускает электромагнитное излучение в основном в этой части спектра.
Области ИК-диапазона
ИК-диапазон часто разделяется на более узкие участки спектра. Немецкий институт стандартов DIN определил такие области длин волн инфракрасных лучей:
- ближний (0,75-1,4 мкм), обычно используемый в волоконно-оптической связи;
- коротковолновой (1,4-3 мкм), начиная с которого значительно возрастает поглощение ИК-излучения водой;
- средневолновой, также называемый промежуточным (3-8 мкм);
- длинноволновый (8-15 мкм);
- дальний (15-1000 мкм).
Однако эта схема классификации не используется повсеместно. Например, в некоторых исследованиях указываются следующие диапазоны: ближний (0,75-5 мкм), средний (5-30 мкм) и длинный (30-1000 мкм). Длины волн, используемые в телекоммуникации, подразделяются на отдельные полосы из-за ограничений детекторов, усилителей и источников.
Общая система обозначений оправдана реакциями человека на инфракрасные лучи. Ближняя ИК-область наиболее близка к длине волны, видимой человеческим глазом. Среднее и дальнее ИК-излучение постепенно удаляются от видимой части спектра. Другие определения следуют различным физическим механизмам (таким как пики эмиссии и поглощение воды), а самые новые основаны на чувствительности используемых детекторов. Например, обычные кремниевые сенсоры чувствительны в области около 1050 нм, а арсенид индий-галлия – в диапазоне от 950 нм до 1700 и 2200 нм.
Четкая граница между инфракрасным и видимым светом не определена. Глаз человека значительно менее чувствителен к красному свету, превышающему длину волны 700 нм, однако интенсивное свечение (лазера) можно видеть примерно до 780 нм. Начало ИК-диапазона определяется в разных стандартах по-разному – где-то между этими значениями. Обычно это 750 нм. Поэтому видимые инфракрасные лучи возможны в диапазоне 750–780 нм.
Обозначения в системах связи
Оптическая связь в ближней ИК-области технически подразделяется на ряд полос частот. Это связано с различными источниками света, поглощающими и передающими материалами (волокнами) и детекторами. К ним относятся:
- О-диапазон 1,260-1,360 нм.
- Е-диапазон 1,360-1,460 нм.
- S-диапазон 1,460-1,530 нм.
- C-диапазон 1,530-1,565 нм.
- L-диапазон 1,565-1,625 нм.
- U-диапазон 1,625-1,675 нм.
Термография
Термография, или тепловидение – это тип инфракрасного изображения объектов. Поскольку все тела излучают в ИК-диапазоне, а интенсивность радиации увеличивается с температурой, для ее обнаружения и получения снимков можно использовать специализированные камеры с ИК-датчиками. В случае очень горячих объектов в ближней инфракрасной или видимой области, этот метод называется пирометрией.
Термография не зависит от освещения видимым светом. Следовательно, можно «видеть» окружающую среду даже в темноте. В частности, теплые предметы, в том числе люди и теплокровные животные, хорошо выделяются на более холодном фоне. Инфракрасная фотография ландшафта улучшает отображение объектов в зависимости от их теплоотдачи: голубое небо и вода кажутся почти черными, а зеленая листва и кожа ярко проявляются.
Исторически термография широко использовалась военными и службами безопасности. Кроме того, она находит множество других применений. Например, пожарные используют ее, чтобы видеть сквозь дым, находить людей и локализовать горячие точки во время пожара. Термография может выявить патологический рост тканей и дефекты в электронных системах и схемах из-за их повышенного выделения тепла. Электрики, обслуживающие линии электропередач, могут обнаружить перегревающиеся соединения и детали, что сигнализирует о нарушении их работы, и устранить потенциальную опасность. При нарушении теплоизоляции специалисты-строители могут увидеть утечки тепла и повысить эффективность систем охлаждения или обогрева. В некоторых автомобилях высокого класса тепловизоры устанавливаются для помощи водителю. С помощью термографических изображений можно контролировать некоторые физиологические реакции у людей и теплокровных животных.
Внешний вид и способ работы современной термографической камеры не отличаются от таковых у обычной видеокамеры. Возможность видеть в инфракрасном спектре является настолько полезной функцией, что возможность записи изображений часто является опциональной, и модуль записи не всегда доступен.
Другие изображения
В ИК-фотографии ближний инфракрасный диапазон захватывается с помощью специальных фильтров. Цифровые фотоаппараты, как правило, блокируют ИК-излучение. Однако дешевые камеры, у которых нет соответствующих фильтров, способны «видеть» в ближнем ИК-диапазоне. При этом обычно невидимый свет выглядит ярко-белым. Особенно это заметно во время съемки вблизи освещенных инфракрасных объектов (например, лампы), где возникающие помехи делают снимок блеклым.
Также стоит упомянуть Т-лучевую визуализацию, которая представляет собой получение изображения в дальнем терагерцовом диапазоне. Отсутствие ярких источников делает такие снимки технически более сложными, чем большинство других методов ИК-визуализации.
Светодиоды и лазеры
Искусственные источники инфракрасного излучения включают, помимо горячих объектов, светодиоды и лазеры. Первые представляют собой небольшие недорогие оптоэлектронные устройства, изготовленные из таких полупроводниковых материалов, как арсенид галлия. Они используются в качестве оптоизоляторов и в качестве источников света в некоторых системах связи на основе волоконной оптики. Мощные ИК-лазеры с оптической накачкой работают на основе двуокиси и окиси углерода. Они используются для инициации и изменения химических реакций и разделения изотопов. Кроме того, они применяются в лидарных системах определения дистанции до объекта. Также источники инфракрасного излучения используются в дальномерах автоматических самофокусирующих камер, охранной сигнализации и оптических приборах ночного видения.
ИК-приемники
К приборам обнаружения ИК-излучения относятся термочувствительные устройства, такие как термопарные детекторы, болометры (некоторые из них охлаждаются до температур, близких к абсолютному нулю, чтобы снизить помехи от самого детектора), фотогальванические элементы и фотопроводники. Последние изготавливаются из полупроводниковых материалов (например, кремния и сульфида свинца), электрическая проводимость которых увеличивается при воздействии инфракрасных лучей.
Обогрев
Инфракрасное излучение используется для нагрева – например, для отопления саун и удаления льда с крыльев самолетов. Кроме того, оно все чаще применяется для плавления асфальта во время укладки новых дорог или ремонта поврежденных участков. ИК-излучение может использоваться при приготовлении и подогреве пищи.
Связь
ИК-длины волн применяются для передачи данных на небольшие расстояния, например, между компьютерной периферией и персональными цифровыми помощниками. Эти устройства обычно соответствуют стандартам IrDA.
ИК-связь обычно используется внутри помещений в районах с высокой плотностью населения. Это наиболее распространенный способ дистанционного управления устройствами. Свойства инфракрасных лучей не позволяют им проникать сквозь стены, и поэтому они не взаимодействуют с техникой в соседних помещениях. Кроме того, ИК-лазеры используются в качестве источников света в оптоволоконных системах связи.
Спектроскопия
Инфракрасная радиационная спектроскопия – это технология, используемая для определения структур и составов (главным образом) органических соединений путем изучения пропускания ИК-излучения через образцы. Она основана на свойствах веществ поглощать определенные его частоты, которые зависят от растяжения и изгиба внутри молекул образца.
Характеристики инфракрасного поглощения и излучения молекул и материалов дают важную информацию о размере, форме и химической связи молекул, атомов и ионов в твердых телах. Энергии вращения и вибрации квантуются во всех системах. ИК-излучение энергии hν, испускаемое или поглощаемое данной молекулой или веществом, является мерой разности некоторых внутренних энергетических состояний. Они, в свою очередь, определяются атомным весом и молекулярными связями. По этой причине инфракрасная спектроскопия является мощным инструментом определения внутренней структуры молекул и веществ или, когда такая информация уже известна и табулирована, их количества. ИК-методы спектроскопии часто используются для определения состава и, следовательно, происхождения и возраста археологических образцов, а также для обнаружения подделок произведений искусства и других предметов, которые при осмотре под видимым светом напоминают оригиналы.
Польза и вред инфракрасных лучей
Длинноволновое ИК-излучение применяется в медицине с целью:
- нормализации артериального давления путем стимуляции кровообращения;
- очищения организма от солей тяжелых металлов и токсинов;
- улучшения кровообращения мозга и памяти;
- нормализации гормонального фона;
- поддержания водно-солевого баланса;
- ограничения распространения грибков и микробов;
- обезболивания;
- снятия воспаления;
- укрепления иммунитета.
Вместе с тем ИК-излучение может нанести вред при острых гнойных заболеваниях, кровотечениях, острых воспалениях, болезнях крови, злокачественных опухолях. Неконтролируемое продолжительное воздействие ведет к покраснению кожи, ожогам, дерматиту, тепловому удару. Коротковолновые ИК-лучи опасны для глаз – возможно развитие светобоязни, катаракты, нарушений зрения. Поэтому для отопления должны применяться исключительно источники длинноволнового излучения.
Источник
Ежедневно каждый человек, так или иначе, испытывает на себе воздействие инфракрасного излучения. Его формируют электрические приборы, но это не единственный источник. Встает вопрос, отражается ли постоянное их воздействие на организме человека. Немаловажно знать, в чем заключаются польза и вред инфракрасного излучения.
Что такое инфракрасное излучение
Инфракрасное излучение – это вид тепловой энергии. По-другому его называют «тепловое излучение». Оно производится лампами накаливания, а также составляет около половины от всего излучения Солнца. Это электромагнитное излучение, чья длина волны достигает от 0,74 мкм до 2000 мкм (что составляет 2 мм). Невооруженным глазом увидеть его нельзя, для его регистрации существуют специальные приборы.
Данная энергия бывает нескольких видов:
- ближняя λ = 0,74-2,5 мкм;
- средняя λ = 2,5-50 мкм;
- дальняя λ = 50-2000 мкм.
Часть средневолнового инфракрасного излучения, а именно от 7 до 14 мкм, обладает свойствами, способными положительным образом влиять на организм, поскольку данная длина волны соответствует естественному излучению человеческого тела.
Влияние инфракрасного излучения на организм человека
Намеренное использование свойств ИК-лучей приносит пользу организму человека. Вот примеры, как именно они способствуют общему укреплению здоровья:
- Лучи способствуют уничтожению болезнетворных бактерий, тем самым помогая в борьбе с простудными заболеваниями.
- Действие инфракрасных лучей укрепляет иммунитет детей и взрослых.
- Также докторами отмечена их польза для кожи. За счет усиления кровотока коже легче получить необходимые вещества, вследствие этого она становится более подтянутой.
- Косметическим эффектом польза лучей для кожи неограниченна. Многочисленные исследования показывают, что они способствуют излечению кожных заболеваний, таких как крапивница, псориаз, дерматит.
- Насыщенность замкнутого пространства инфракрасным излучением способствует снижению вреда от пыли для организма человека.
Важно! Лечебное действие инфракрасного излучения обусловлено тем, что лучи, проникая в организм человека, запускают цепочки сложных биохимических реакций.
Лечение инфракрасным излучением
Таким образом, польза инфракрасного излучения для человека достигается через следующий механизм:
- Тепло, поступающее от лучей, запускает и ускоряет биохимические реакции.
- В первую очередь, начинается усиление процессов регенерации тканей, сеть сосудов становится шире, ускоряется ток крови.
- Вследствие этого рост здоровых клеток становится все более интенсивным, плюс ко всему в организме начинают самостоятельно вырабатываться биологически активные вещества.
- Все это снижает артериальное давление за счет лучшего кровоснабжения, благодаря чему достигается мышечная релаксация.
- Обеспечивается легкий доступ белых кровяных тел к очагам воспаления. Это приводит к укреплению иммунитета и усилению защитных функций организма в борьбе с различными заболеваниями.
Именно благодаря таким особым свойствам и достигается общеукрепляющий эффект для организма при лечении инфракрасными лучами.
При лечении облучению может подвергаться как организм целиком, так и некоторая его пораженная часть. Процедуры могут проводиться до 2 раз в день, а продолжительность сеанса – до получаса. Количество процедур зависит от потребностей пациента. Чтобы не навредить, во время сеансов обязательно необходимо защитить от воздействия излучения глаза и зону вокруг них. Для этого используются различные способы.
Внимание! Покраснение кожи, проявившееся после процедуры на коже, исчезнет в течение часа.
Польза инфракрасных лучей
Научно доказана польза применения инфракрасных лучей в медицине. Общее укрепление здоровья человека, лечение бактериальных инфекций, снижение артериального давления и расслабление мышц – вот неполный список положительных сторон этого удивительного открытия.
Человек, благодаря своему упорству, сумел найти этому удивительному явлению полезное применение в самых различных и иногда даже не связанных друг с другом сферах своей деятельности. Разумеется, за всем этим стоит внимательное изучение свойств лучей.
Сферы применения инфракрасного излучения
Его используют в пищевой промышленности, при физико-химическом анализе, а также во многих других сферах:
- С его помощью стерилизуют продукты питания.
- В пищевом производстве лучи используют не только для термической обработки сырья, но и для ускорения биохимических реакций в нем.
- ИК-спектроскопия является методом качественного и количественного анализа, позволяющего устанавливать строение многих молекул, благодаря особым свойствам инфракрасного излучения.
- При проверке купюр на подлинность также используется данная технология. При изготовлении купюр, их помечают специальными красителями, которые можно увидеть только с помощью ИК-лучей. Мошенникам такие деньги подделать очень сложно.
- Свойства инфракрасных лучей полезны для использования в приборах ночного видения, считывающих объекты в темноте.
- Лучи применяются для дистанционного управления.
Особого внимания заслуживает ранее упомянутое применение инфракрасных лучей в медицине. Однако все же существует некоторый вред от воздействия лучей и противопоказания к их применению. Как правило, польза и вред инфракрасного излучения для человека обусловлены длиной волны.
Вред и последствия воздействия инфракрасных лучей
Сильное воздействие инфракрасного света наносит вред, а не пользу оболочке глаза, если, точнее, высушивает ее. Это встречается в местах с очень высокой степенью нагрева.
Сильное облучение также вызывает ожог кожи. В этом случае сначала происходит покраснение кожи. К профессиональным заболеваниям людей, часто сталкивающихся на рабочем месте с облучением, относят как раз болезни, симптомами которых является поражения кожи. Могут возникнуть и новообразования. К более легким последствиям вредного воздействия относят дерматит, что тоже является непростым заболеванием.
Противопоказания к применению инфракрасного излучения
Следует избегать использования инфракрасного излучения в качестве лечебной или профилактической процедуры в следующих случаях:
- беременность и период лактации;
- частые кровотечения;
- гнойные процессы;
- хронические заболевания в стадии обострения;
- болезни крови;
- онкологические заболевания.
Особые свойства инфракрасного излучения в данных случаях могут стать причиной нанесения организму вреда, что усугубит уже имеющиеся заболевания. Пользу при наличии подобных противопоказаний такое лечение точно не принесет.
Как избежать вредного воздействия инфракрасного излучения
Патогенное действие на организм инфракрасных лучей происходит, если они являются коротковолновыми. Их основными источниками являются бытовые обогреватели. Таким образом, во избежание вреда для организма, следует либо максимально ограничить их использование в быту, либо находиться как можно дальше от источника тепла. В этом случае бытовое инфракрасное излучение очень вредно. В инструкции, прикладываемой в комплекте к безопасному обогревателю, обязательно должно быть указано, что его поверхность покрыта материалом, защищенным от тепла, или же что поверхность его излучения меньше 100 оС. Они излучают лишь длинные волны, свойства которых не причинят здоровью вреда, даже могут оказать некую пользу.
С источниками вредного воздействия можно столкнуться на производстве. Это могут быть различные технические печи. Для защиты от пагубных свойств лучей работникам в обязательном порядке выдается специальная одежда и снаряжение, которое позволит минимизировать вред.
Первая помощь при тепловом ударе
Если же осложнений избежать не удалось, необходимо предпринять комплекс определенных мер.
При оказании первой помощи от теплового удара следует произвести следующие действия.
- Вызвать бригаду скорой помощи.
- Переместить пострадавшего в прохладное место, лучше всего в тень, где будет доступ свежего воздуха.
- Облегчить ему дыхание, сняв или расстегнув одежду. Дать валидол.
- Положить пострадавшего в горизонтальное положение, приподняв ему ноги.
- Напоить пострадавшего 1 л воды с небольшим добавлением соли.
- Охладить человека, обмотав его холодным мокрым полотенцем, приложить ко лбу лед.
- В случае потери сознания необходимо дать пострадавшему понюхать нашатырный спирт.
Заключение
Таким образом, польза и вред инфракрасного излучения для человека зависят только от того, как грамотно применять лучи. Как и любая вещь, имеющая техногенную природу, инфракрасные лучи имеют свои плюсы и минусы. Со временем человечество находит их свойствам все больше полезного применения, открывая новые возможности при этом, не забывая об их возможном пагубном влиянии. К счастью, в быту не так много излучающих предметов, способных нанести человеку непоправимый вред.
Была ли Вам данная статья полезной?
Источник