Widmo promieniowania podczerwonego. Co leczy się promieniami podczerwonymi? Promieniowanie podczerwone: źródła naturalne i sztuczne

Promieniowanie podczerwone jest niewidoczne dla ludzkiego oka, jednak emitowane jest przez wszystkie substancje płynne i stałe. Zapewnia przebieg wielu procesów na Ziemi. Znajduje zastosowanie w różnych obszarach naszej działalności.

Wszystkie właściwości promieniowania podczerwonego na ciele zostały zbadane przez fototerapeutów. Wpływ zależy od długości fali i czasu trwania ekspozycji. Są niezbędne do normalnego życia.

Zakres IR mieści się w przedziale od końca czerwonego widma widzialnego do fioletu (ultrafioletu). Interwał ten dzieli się na obszary: długi, średni i krótki. W bliskiej wiązce promienie są bardziej niebezpieczne. Ale długofalowy korzystny wpływ na organizm.

Korzyści z promieniowania podczerwonego:

  • zastosowanie w medycynie do leczenia różnych chorób;
  • badania naukowe - pomoc w odkryciach;
  • korzystny wpływ na wzrost roślin;
  • zastosowanie w przemyśle spożywczym do przyspieszania przemian biochemicznych;
  • sterylizacja żywności;
  • zapewnia działanie urządzeń - radiowych, telefonicznych i innych;
  • produkcja różnych aparatów i urządzeń opartych na IR;
  • wykorzystania do celów wojskowych dla bezpieczeństwa ludności.

Negatywne aspekty krótkofalowej podczerwieni wynikają z temperatury ogrzewania. Im jest wyższy, tym silniejsze jest natężenie promieniowania.

Szkodliwe właściwości krótkiego IR:

  • po wystawieniu na działanie oczu - zaćma;
  • w kontakcie ze skórą - oparzenia, pęcherze;
  • przy wpływie na mózg - nudności, zawroty głowy, przyspieszenie akcji serca;
  • podczas korzystania z grzejników na podczerwień nie zbliżaj się do nich.

Źródła promieniowania

Słońce- główny naturalny generator IR. Około 50% jego promieniowania znajduje się w widmie podczerwonym. Dzięki nim narodziło się życie. Energia słoneczna jest wysyłana do obiektów o niższej temperaturze i nagrzewa je.

Ziemia go pochłania, a większość wraca do atmosfery. Wszystkie obiekty mają różne właściwości promieniujące, które mogą zależeć od kilku ciał.

Sztuczne pochodne obejmują wiele przedmiotów wyposażonych w diody LED. To jest żarówka, żarnik wolframowy, grzejniki, niektóre lasery. Niemal wszystko, co nas otacza, jest zarówno źródłem, jak i pochłaniaczem podczerwieni. Każde ogrzane ciało emituje niewidzialne światło.

Aplikacja

Promienie podczerwone są wykorzystywane w medycynie, życiu codziennym, przemyśle, astronomii. Dotyczą one wielu dziedzin życia człowieka. Gdziekolwiek się udaje, gdziekolwiek jest, wszędzie doświadcza narażenia na promieniowanie podczerwone.

Zastosowanie w medycynie

Od czasów starożytnych ludzie dostrzegali uzdrawiającą moc ciepła w leczeniu chorób. Wiele zaburzeń jest podejmowanych z powodu niekorzystnych warunków środowiskowych. Przez całe życie organizm gromadzi szkodliwe substancje.

Promieniowanie podczerwone jest od dawna stosowane w medycynie. Najbardziej przydatne właściwości ma długofalowa podczerwień. Badania dowiodły, że taka terapia pobudza organizm do usuwania toksyn, alkoholu, nikotyny, ołowiu, rtęci.

Normalizuje proces metaboliczny, wzmacnia układ odpornościowy, znika wiele infekcji, znikają nie tylko objawy, ale i sama choroba. Zdrowie wyraźnie się wzmacnia: spada ciśnienie, pojawia się dobry sen, rozluźniają się mięśnie, rozszerzają się naczynia krwionośne, przyspiesza się przepływ krwi, poprawia się nastrój, odchodzi stres psychiczny.

Metody leczenia mogą być ukierunkowane bezpośrednio na dotknięty obszar lub wpływać na cały organizm.

Cechą fizjoterapii miejscowej jest ukierunkowane działanie IR na chore części ciała. Ogólne procedury są przeznaczone dla całego ciała. Poprawa następuje po kilku sesjach.

Przykład głównych schorzeń, w których wskazana jest terapia IR:

  • układ mięśniowo-szkieletowy - złamania, zapalenie stawów, zapalenie stawów;
  • układ oddechowy - astma, zapalenie oskrzeli, zapalenie płuc;
  • układ nerwowy - nerwobóle, niespokojny sen, depresja;
  • aparat moczowy - niewydolność nerek, zapalenie pęcherza moczowego, zapalenie gruczołu krokowego;
  • skóra – oparzenia, owrzodzenia, blizny, stany zapalne, łuszczyca;
  • kosmetologia - działanie antycellulitowe;
  • stomatologia - usuwanie nerwów, zakładanie plomb;
  • cukrzyca;
  • eliminacja narażenia na promieniowanie.

Ta lista nie odzwierciedla wszystkich aspektów medycyny, w których stosuje się promienie podczerwone.

Fizjoterapia ma przeciwwskazania: ciąża, choroby krwi, indywidualna nietolerancja, patologie podczas zaostrzeń, gruźlica, nowotwory, procesy ropne, skłonność do krwawień.

Grzejnik na podczerwień

Promienniki IR stają się coraz bardziej popularne. Wynika to ze znaczących korzyści płynących z podejścia ekonomiczno-społecznego.

W przemyśle i rolnictwie od dawna ustalono, że urządzenia elektromagnetyczne nie rozpraszają ciepła, ale ogrzewają pożądany obiekt, skupiając promieniowanie podczerwone w postaci fali bezpośrednio na obiekcie. Tak więc w dużym warsztacie miejsce pracy jest ogrzewane, aw magazynie ścieżka osoby, a nie całe pomieszczenie.

Centralne ogrzewanie odbywa się za pomocą ciepłej wody w bateriach. Rozkład temperatur jest nierównomierny, ogrzane powietrze unosi się do sufitu, aw strefie parkietu jest wyraźnie chłodniej. W przypadku promiennika podczerwieni można uniknąć problemu marnowania ciepła.

Instalacje w połączeniu z naturalną wentylacją obniżają wilgotność powietrza do normy, na przykład w chlewniach i oborach czujniki rejestrują 70-75% lub mniej. Podczas korzystania z takiego emitera liczba zwierząt wzrasta.

spektroskopia w podczerwieni

Dział fizyki odpowiedzialny za wpływ podczerwieni na ciała nosi nazwę spektroskopii w podczerwieni. Za jego pomocą rozwiązywane są problemy ilościowej i jakościowej analizy mieszanin substancji, badania oddziaływań międzycząsteczkowych, badania kinetyki i właściwości półproduktów reakcji chemicznych.

Ta metoda mierzy drgania cząsteczek za pomocą spektrometru. Ma dużą tabelaryczną bazę danych, która pozwala zidentyfikować tysiące substancji na podstawie ich atomowego odcisku palca.

Pilot

Służy do sterowania urządzeniami na odległość. Diody podczerwieni są stosowane głównie w sprzęcie AGD. Na przykład pilot do telewizora, niektóre smartfony mają port podczerwieni.

Promienie te nie przeszkadzają, ponieważ niewidoczne dla ludzkich oczu.

termografia

Termowizja w promieniach podczerwonych wykorzystywana jest do celów diagnostycznych, a także w poligrafii, weterynarii i innych dziedzinach.

Przy różnych chorobach zmienia się temperatura ciała. Układ krążenia zwiększa intensywność w obszarze naruszeń, co odbija się na monitorze instrumentu.

Zimne odcienie są ciemnoniebieskie, wzrost ciepła jest zauważalny poprzez zmianę koloru najpierw na zielony, a następnie żółty, czerwony i biały.

Właściwości promieni IR

Promienie podczerwone mają taką samą naturę jak światło widzialne, ale znajdują się w innym zakresie. Pod tym względem są zgodne z prawami optyki i są wyposażone w współczynniki promieniowania, odbicia i transmisji.

Charakterystyczne cechy:

  • specyficzną cechą jest brak potrzeby stosowania ogniwa pośredniego w wymianie ciepła;
  • zdolność do przechodzenia przez niektóre nieprzezroczyste ciała;
  • ogrzewa substancję, będąc przez nią wchłanianą;
  • niewidzialny;
  • ma działanie chemiczne na klisze fotograficzne;
  • powoduje wewnętrzny efekt fotoelektryczny w germanie;
  • zdolny do optyki falowej (interferencji i dyfrakcji);
  • utrwalone metodami fotograficznymi.

Promieniowanie podczerwone w życiu

Osoba emituje i pochłania promienie podczerwone. Mają one działanie lokalne i ogólne. A jakie będą konsekwencje - korzyść czy szkoda, zależy od ich częstotliwości.

Długie fale podczerwone odchodzą od ludzi i pożądane jest, aby je odbierać. Na ich podstawie opiera się leczenie fizjoterapeutyczne. Wszakże uruchamiają one mechanizm regeneracji i gojenia narządów.

Fale krótkie mają inną zasadę działania. Mogą powodować rozgrzanie narządów wewnętrznych.

Również długotrwała ekspozycja na promienie ultrafioletowe prowadzi do konsekwencji, takich jak oparzenia, a nawet onkologia. Eksperci medyczni nie zalecają ekspozycji na słońce w ciągu dnia, zwłaszcza jeśli masz ze sobą dziecko.

Promieniowanie podczerwone (IR) jest formą promieniowania elektromagnetycznego, które zajmuje zakres widmowy między widzialnym światłem czerwonym (podczerwień: PONIŻEJ czerwieni) a krótkofalową emisją radiową. Promienie te wytwarzają ciepło i są znane w nauce jako fale termiczne. Promienie te wytwarzają ciepło i są znane w nauce jako fale termiczne.

Wszystkie nagrzane ciała emanują badaniem w podczerwieni, w tym ciało ludzkie i Słońce, które w ten sposób razem z Tobą ogrzewa naszą planetę, dając życie wszystkim żyjącym na niej istotom. Ciepło, które odczuwamy z ognia przy ognisku lub kominku, z grzejnika lub ciepłego asfaltu, jest konsekwencją działania promieni podczerwonych.

Całe widmo promieniowania podczerwonego jest zwykle podzielone na trzy główne zakresy, które różnią się długością fali:

  • Krótkofalówka, z długą falą λ = 0,74-2,5 mikrona;
  • Fala średnia, z falą długą λ = 2,5-50 mikronów;
  • Długie fale, o długiej fali λ = 50-2000 mikronów.

Bliskie lub krótkofalowe promienie podczerwone wcale nie są gorące, w rzeczywistości nawet ich nie czujemy. Fale te wykorzystywane są np. w pilotach do telewizorów, systemach automatyki, systemach bezpieczeństwa itp. Ich częstotliwość jest większa, a zatem ich energia jest wyższa niż w przypadku promieni dalekiej (długiej) podczerwieni. Ale nie na takim poziomie, aby zaszkodzić ciału. Ciepło zaczyna być wytwarzane przy średnich długościach fal podczerwieni i już czujemy ich energię. Promieniowanie podczerwone nazywane jest również promieniowaniem „termicznym”, ponieważ promieniowanie z nagrzanych przedmiotów jest odbierane przez ludzką skórę jako uczucie ciepła. W tym przypadku długości fal emitowanych przez ciało zależą od temperatury ogrzewania: im wyższa temperatura, tym krótsza długość fali i większe natężenie promieniowania. Na przykład źródło o długości fali 1,1 µm odpowiada stopionym metalom, a źródło o długości fali 3,4 µm odpowiada metalowi na końcu walcowania, kucia.

Dla nas interesujące jest widmo o długości fali 5-20 mikronów, ponieważ w tym zakresie spada ponad 90% promieniowania wytwarzanego przez systemy ogrzewania na podczerwień o piku promieniowania 10 mikronów. Bardzo ważne jest, aby przy tej częstotliwości samo ciało ludzkie emitowało fale podczerwone o długości 9,4 mikrona. Zatem każde promieniowanie o danej częstotliwości jest postrzegane przez organizm ludzki jako powiązane i ma na nie korzystny, a tym bardziej leczniczy wpływ.

Przy takim oddziaływaniu na organizm promieniowania podczerwonego dochodzi do efektu „absorpcji rezonansowej”, który charakteryzuje się aktywnym pochłanianiem energii zewnętrznej przez organizm. W rezultacie można zaobserwować wzrost poziomu hemoglobiny u osoby, wzrost aktywności enzymów i estrogenów, w wyniku ogólnym - pobudzenie czynności życiowych człowieka.

Oddziaływanie promieniowania podczerwonego na powierzchnię ludzkiego ciała, jak już powiedzieliśmy, jest pożyteczne, a przy tym przyjemne. Przypomnij sobie pierwsze słoneczne dni na początku wiosny, kiedy po długiej i pochmurnej zimie w końcu wyszło słońce! Czujesz, jak przyjemnie otula rozświetlony obszar Twojej skóry, twarzy, dłoni. Nie chcę już nosić rękawiczek i czapki, mimo dość niskiej temperatury w porównaniu do „wygodnej”. Ale gdy tylko pojawi się mała chmurka, od razu odczuwamy namacalny dyskomfort z powodu przerwania tak przyjemnego doznania. To jest właśnie to promieniowanie, którego tak bardzo nam brakowało przez całą zimę, kiedy przez długi czas nie było Słońca, a my, chcąc nie chcąc, nosiliśmy nasz „słup podczerwieni”.

W wyniku ekspozycji na promieniowanie podczerwone można zaobserwować:

  • Przyspieszenie metabolizmu w organizmie;
  • Przywrócenie tkanki skórnej;
  • Spowolnienie procesu starzenia;
  • Usuwanie nadmiaru tłuszczu z organizmu;
  • Uwalnianie ludzkiej energii motorycznej;
  • Zwiększenie oporności organizmu na środki przeciwdrobnoustrojowe;
  • aktywacja wzrostu roślin

i wiele wiele innych. Ponadto promieniowanie podczerwone jest wykorzystywane w fizjoterapii do leczenia wielu chorób, w tym nowotworów, ponieważ sprzyja rozszerzaniu naczyń włosowatych, pobudza przepływ krwi w naczyniach, poprawia odporność i daje ogólny efekt terapeutyczny.

I wcale nie jest to zaskakujące, ponieważ promieniowanie to jest nam dane przez naturę jako sposób przekazywania ciepła, życia wszystkim żywym istotom, które tego ciepła i komfortu potrzebują, omijając pustą przestrzeń i powietrze jako pośredników.

Istnieją różne źródła promieniowania podczerwonego. Obecnie znajdują się w sprzęcie AGD, systemach automatyki, systemach bezpieczeństwa, a także są wykorzystywane do suszenia produktów przemysłowych. Źródła światła podczerwonego, właściwie użytkowane, nie mają wpływu na organizm ludzki, dlatego produkty te cieszą się dużą popularnością.

Historia odkrycia

Przez wiele stuleci wybitne umysły badały naturę i działanie światła.

Światło podczerwone zostało odkryte na początku XIX wieku dzięki badaniom astronoma W. Herschela. Jego istotą było badanie zdolności grzewczych różnych obszarów słonecznych. Naukowiec przyniósł im termometr i obserwował wzrost temperatury. Proces ten zaobserwowano, gdy urządzenie dotknęło czerwonej ramki. V. Herschel doszedł do wniosku, że istnieje pewnego rodzaju promieniowanie, którego nie można zobaczyć wizualnie, ale można je określić za pomocą termometru.

Promienie podczerwone: zastosowanie

Są szeroko rozpowszechnione w życiu człowieka i znalazły zastosowanie w różnych dziedzinach:

  • Działania wojenne. Nowoczesne pociski i głowice bojowe, zdolne do samonaprowadzania celu, są wyposażone w efekt wykorzystania promieniowania podczerwonego.
  • Termografia. Promieniowanie podczerwone służy do badania obszarów przegrzanych lub przechłodzonych. Obrazy w podczerwieni są również wykorzystywane w astronomii do wykrywania ciał niebieskich.
  • gen. Dużą popularność zyskały, których działanie ma na celu ogrzewanie elementów wnętrz i ścian. Następnie oddają ciepło do pomieszczenia.
  • Pilot. Wszystkie istniejące piloty do TV, kuchenek, klimatyzatorów itp. wyposażone w promienie podczerwone.
  • W medycynie promienie podczerwone są wykorzystywane do leczenia i zapobiegania różnym chorobom.

Zastanów się, gdzie te elementy są stosowane.

Palniki gazowe na podczerwień

Palnik na podczerwień służy do ogrzewania różnych pomieszczeń.

Początkowo był używany do szklarni, garaży (czyli lokali niemieszkalnych). Jednak nowoczesna technologia umożliwiła zastosowanie go nawet w mieszkaniach. U ludzi taki palnik nazywany jest urządzeniem słonecznym, ponieważ po włączeniu powierzchnia robocza urządzenia przypomina światło słoneczne. Z biegiem czasu takie urządzenia zastąpiły grzejniki olejowe i konwektory.

Kluczowe cechy

Palnik na podczerwień różni się od innych urządzeń sposobem nagrzewania. Przeprowadzane jest przenoszenie ciepła, dzięki czemu nie są zauważalne dla ludzi. Ta cecha umożliwia przenikanie ciepła nie tylko do powietrza, ale także do elementów wnętrza, co dodatkowo podnosi temperaturę w pomieszczeniu. Promiennik podczerwieni nie wysusza powietrza, ponieważ promienie kierują się przede wszystkim na przedmioty wewnętrzne i ściany. W przyszłości przenoszenie ciepła odbywać się będzie ze ścian lub przedmiotów bezpośrednio do przestrzeni pomieszczenia, a proces ten będzie przebiegał w ciągu kilku minut.

Pozytywne strony

Główną zaletą takich urządzeń jest szybkie i łatwe ogrzewanie pomieszczeń. Na przykład ogrzanie chłodni do +24ºC zajmuje 20 minut. Podczas procesu nie ma ruchu powietrza, co przyczynia się do powstawania pyłów i dużych zanieczyszczeń. Dlatego emiter podczerwieni jest instalowany w pomieszczeniach przez alergików.

Dodatkowo promienie podczerwone padające na powierzchnię z kurzem nie powodują jej przypalenia, a co za tym idzie brak zapachu spalonego pyłu. Jakość grzania i trwałość urządzenia zależy od elementu grzejnego. Takie urządzenia wykorzystują typ ceramiczny.

Cena

Cena takich urządzeń jest dość niska i dostępna dla wszystkich grup ludności. Na przykład palnik gazowy kosztuje od 800 rubli. Cały piec można kupić za 4000 rubli.

Sauna

Co to jest kabina na podczerwień? Jest to specjalny pokój, który jest zbudowany z naturalnych odmian drewna (na przykład cedru). Zainstalowane są w nim emitery podczerwieni, działające na drzewo.

Podczas ogrzewania uwalniane są fitoncydy - przydatne składniki, które zapobiegają rozwojowi lub pojawianiu się grzybów i bakterii.

Taka kabina na podczerwień popularnie nazywana jest sauną. W pomieszczeniu temperatura powietrza osiąga 45ºС, więc przebywanie w nim jest całkiem wygodne. Taka temperatura pozwala równomiernie i głęboko ogrzać ludzkie ciało. Dlatego ciepło nie wpływa na układ sercowo-naczyniowy. Podczas zabiegu usuwane są nagromadzone toksyny i żużle, przyspieszana jest przemiana materii w organizmie (dzięki szybkiemu ruchowi krwi), a także wzbogacane są w tlen tkanki. Jednak pocenie się nie jest główną właściwością sauny na podczerwień. Ma na celu poprawę samopoczucia.

Wpływ na osobę

Takie przesłanki mają korzystny wpływ na organizm ludzki. Podczas zabiegu rozgrzewane są wszystkie mięśnie, tkanki i kości. Przyspieszenie krążenia krwi wpływa na metabolizm, co pomaga nasycić mięśnie i tkanki tlenem. Ponadto kabina na podczerwień jest odwiedzana w celu zapobiegania różnym chorobom. Większość ludzi zostawia tylko pozytywne recenzje.

Negatywny wpływ promieniowania podczerwonego

Źródła promieniowania podczerwonego mogą powodować nie tylko pozytywny wpływ na organizm, ale także mu szkodzić.

Przy dłuższej ekspozycji na promienie rozszerzają się naczynia włosowate, co prowadzi do zaczerwienienia lub oparzeń. Źródła promieniowania podczerwonego powodują szczególne uszkodzenia narządów wzroku - jest to powstawanie zaćmy. W niektórych przypadkach osoba ma drgawki.

Na organizm ludzki wpływają krótkie promienie, powodujące Gdy temperatura mózgu wzrasta o kilka stopni, obserwuje się pogorszenie: ciemnienie w oczach, zawroty głowy, nudności. Dalszy wzrost temperatury może prowadzić do powstania zapalenia opon mózgowych.

Pogorszenie lub poprawa stanu następuje pod wpływem natężenia pola elektromagnetycznego. Charakteryzuje się temperaturą i odległością od źródła promieniowania energii cieplnej.

Długie fale promieniowania podczerwonego odgrywają szczególną rolę w różnych procesach życiowych. Krótkie bardziej wpływają na ludzkie ciało.

Jak zapobiegać szkodliwemu działaniu promieni IR?

Jak wspomniano wcześniej, krótkotrwałe promieniowanie cieplne ma negatywny wpływ na organizm ludzki. Rozważ przykłady, w których promieniowanie podczerwone jest niebezpieczne.

Do tej pory promienniki podczerwieni emitujące temperatury powyżej 100ºС mogą szkodzić zdrowiu. Wśród nich są:

  • Urządzenia przemysłowe emitujące energię promieniowania. Aby zapobiec negatywnym skutkom, konieczne jest stosowanie kombinezonów i elementów osłony termicznej, a także prowadzenie działań profilaktycznych wśród personelu pracującego.
  • urządzenie na podczerwień. Najbardziej znanym grzejnikiem jest piec. Od dawna jest jednak nieużywany. Coraz częściej w mieszkaniach, domach wiejskich i domkach zaczęto stosować elektryczne promienniki podczerwieni. Jego konstrukcja zawiera element grzejny (w postaci spirali), który jest chroniony specjalnym materiałem termoizolacyjnym. Taka ekspozycja na promienie nie szkodzi ludzkiemu ciału. Powietrze w strefie ogrzewanej nie jest osuszane. Możesz ogrzać pomieszczenie w 30 minut. Promieniowanie podczerwone najpierw ogrzewa przedmioty, a następnie ogrzewa całe mieszkanie.

Promieniowanie podczerwone ma szerokie zastosowanie w różnych dziedzinach, od przemysłu po medycynę.

Należy jednak obchodzić się z nimi ostrożnie, ponieważ promienie mogą mieć negatywny wpływ na ludzi. Wszystko zależy od długości fali i odległości od urządzenia grzewczego.

Tak więc dowiedzieliśmy się, jakie istnieją źródła promieniowania podczerwonego.

Promieniowanie gamma jonizujący relikt Dryf magnetyczny dwufotonowy Spontaniczny wymuszony

Promieniowanie podczerwone- promieniowanie elektromagnetyczne, zajmujące obszar widmowy między czerwonym końcem światła widzialnego (o długości fali λ = 0,74 µm) a promieniowaniem mikrofalowym (λ ~ 1-2 mm).

Właściwości optyczne substancji w promieniowaniu podczerwonym znacznie różnią się od ich właściwości w promieniowaniu widzialnym. Na przykład kilkucentymetrowa warstwa wody jest nieprzezroczysta dla promieniowania podczerwonego o długości fali λ = 1 µm. Promieniowanie podczerwone stanowi większość promieniowania żarówek, lamp wyładowczych, około 50% promieniowania słonecznego; Niektóre lasery emitują promieniowanie podczerwone. Do jego rejestracji wykorzystują odbiorniki termiczne i fotoelektryczne oraz specjalne materiały fotograficzne.

Teraz cały zakres promieniowania podczerwonego jest podzielony na trzy składowe:

  • region krótkofalowy: λ = 0,74-2,5 µm;
  • obszar fali średniej: λ = 2,5-50 µm;
  • region długofalowy: λ = 50-2000 µm;

Ostatnio długofalowa krawędź tego zakresu została wyróżniona na odrębny, niezależny zakres fal elektromagnetycznych - promieniowanie terahercowe(promieniowanie submilimetrowe).

Promieniowanie podczerwone jest również nazywane promieniowaniem „termicznym”, ponieważ promieniowanie podczerwone z nagrzanych przedmiotów jest odbierane przez ludzką skórę jako uczucie ciepła. W tym przypadku długości fal emitowanych przez ciało zależą od temperatury ogrzewania: im wyższa temperatura, tym krótsza długość fali i większe natężenie promieniowania. Widmo promieniowania ciała absolutnie czarnego w stosunkowo niskich (do kilku tysięcy kelwinów) temperaturach leży głównie w tym zakresie. Promieniowanie podczerwone jest emitowane przez wzbudzone atomy lub jony.

Historia odkrycia i ogólna charakterystyka

Promieniowanie podczerwone zostało odkryte w 1800 roku przez angielskiego astronoma W. Herschela. Zajmując się badaniem Słońca, Herschel szukał sposobu na zmniejszenie nagrzewania się instrumentu, za pomocą którego prowadzono obserwacje. Używając termometrów do określenia wpływu różnych części widma widzialnego, Herschel odkrył, że „maksymalne ciepło” kryje się za nasyconą czerwienią i być może „za załamaniem światła widzialnego”. Badanie to zapoczątkowało badanie promieniowania podczerwonego.

Wcześniej tylko rozżarzone ciała lub wyładowania elektryczne w gazach służyły jako laboratoryjne źródła promieniowania podczerwonego. Obecnie na bazie laserów na ciele stałym i gazowych molekularnych powstały nowoczesne źródła promieniowania podczerwonego o regulowanej lub stałej częstotliwości. Do rejestracji promieniowania w bliskiej podczerwieni (do ~1,3 μm) stosuje się specjalne klisze fotograficzne. Szerszy zakres czułości (do około 25 mikronów) posiadają detektory fotoelektryczne i fotorezystory. Promieniowanie w obszarze dalekiej podczerwieni rejestrowane jest przez bolometry - detektory czułe na nagrzewanie promieniowaniem podczerwonym.

Sprzęt IR jest szeroko stosowany zarówno w technice wojskowej (np. do naprowadzania rakiet), jak iw technice cywilnej (np. w światłowodowych systemach łączności). Elementami optycznymi w spektrometrach IR są soczewki i pryzmaty lub siatki dyfrakcyjne i lustra. Aby uniknąć absorpcji promieniowania w powietrzu, spektrometry dalekiej podczerwieni produkowane są w wersji próżniowej.

Ponieważ widma w podczerwieni są związane z ruchami obrotowymi i wibracyjnymi w cząsteczce, a także z przejściami elektronowymi w atomach i cząsteczkach, spektroskopia w podczerwieni dostarcza ważnych informacji o strukturze atomów i cząsteczek, a także o strukturze pasmowej kryształów.

Aplikacja

Medycyna

Promienie podczerwone są wykorzystywane w fizjoterapii.

Pilot

Diody podczerwieni i fotodiody są szeroko stosowane w pilotach, systemach automatyki, systemach bezpieczeństwa, niektórych telefonach komórkowych (podczerwień) itp. Promienie podczerwone nie rozpraszają uwagi osoby ze względu na ich niewidzialność.

Co ciekawe, promieniowanie podczerwone domowego pilota można łatwo uchwycić za pomocą aparatu cyfrowego.

podczas malowania

Promienniki podczerwieni stosowane są w przemyśle do suszenia powierzchni lakierniczych. Metoda suszenia na podczerwień ma istotne zalety w porównaniu z tradycyjną metodą konwekcyjną. Przede wszystkim jest to oczywiście efekt ekonomiczny. Szybkość i energia zużywana podczas suszenia na podczerwień jest mniejsza niż w przypadku tradycyjnych metod.

Sterylizacja żywności

Za pomocą promieniowania podczerwonego produkty spożywcze są sterylizowane w celu dezynfekcji.

Środek antykorozyjny

Promienie podczerwone służą do zapobiegania korozji lakierowanych powierzchni.

przemysł spożywczy

Cechą wykorzystania promieniowania podczerwonego w przemyśle spożywczym jest możliwość wnikania fali elektromagnetycznej w takie produkty kapilarno-porowate jak zboże, zboża, mąka itp. na głębokość do 7 mm. Wartość ta zależy od rodzaju powierzchni, struktury, właściwości materiału oraz odpowiedzi częstotliwościowej promieniowania. Fala elektromagnetyczna o określonym zakresie częstotliwości ma nie tylko termiczny, ale i biologiczny wpływ na produkt, pomaga przyspieszyć przemiany biochemiczne w polimerach biologicznych (skrobia, białko, lipidy). Taśmociągi suszarnicze z powodzeniem mogą być stosowane przy układaniu zboża w spichlerzach oraz w przemyśle mącznym.

Ponadto promieniowanie podczerwone jest szeroko stosowane do ogrzewania pomieszczeń i przestrzeni zewnętrznych. Promienniki podczerwieni służą do organizowania dodatkowego lub głównego ogrzewania w pomieszczeniach (domach, mieszkaniach, biurach itp.), a także do lokalnego ogrzewania przestrzeni zewnętrznych (kawiarenki uliczne, altany, werandy).

Wadą jest znacznie większa nierównomierność nagrzewania, co w wielu procesach technologicznych jest całkowicie niedopuszczalne.

Sprawdzanie autentyczności pieniędzy

Emiter podczerwieni jest stosowany w urządzeniach do sprawdzania pieniędzy. Zastosowane na rachunku jako jeden z elementów zabezpieczających specjalne atramenty metameryczne widoczne są jedynie w zakresie podczerwieni. Detektory walut na podczerwień to najbardziej bezbłędne urządzenia do sprawdzania autentyczności pieniędzy. Nakładanie znaczników podczerwieni na banknoty, w przeciwieństwie do znaczników ultrafioletowych, jest kosztowne dla fałszerzy, a zatem nieopłacalne ekonomicznie. Dlatego wykrywacze banknotów z wbudowanym emiterem podczerwieni są dziś najbardziej niezawodną ochroną przed fałszowaniem.

zagrożenie dla zdrowia

Silne promieniowanie podczerwone w obszarach o wysokiej temperaturze może być niebezpieczne dla oczu. Jest to najbardziej niebezpieczne, gdy promieniowaniu nie towarzyszy światło widzialne. W takich miejscach konieczne jest noszenie specjalnych okularów ochronnych na oczy.

Zobacz też

Inne metody wymiany ciepła

Metody rejestracji (rejestracji) widm IR.

Notatki

Spinki do mankietów

Promieniowanie podczerwone jest naturalnym rodzajem promieniowania. Każdy człowiek jest na nią narażony codziennie. Ogromna część energii Słońca dociera do naszej planety w postaci promieni podczerwonych. Jednak we współczesnym świecie istnieje wiele urządzeń wykorzystujących promieniowanie podczerwone. Może wpływać na organizm ludzki na różne sposoby. W dużej mierze zależy to od rodzaju i celu korzystania z tych samych urządzeń.

Co to jest

Promieniowanie podczerwone lub promienie IR to rodzaj promieniowania elektromagnetycznego, które zajmuje obszar widmowy od czerwonego światła widzialnego (charakteryzującego się długością fali 0,74 mikrona) do krótkofalowego promieniowania radiowego (o długości fali 1-2 mm). Jest to dość duży obszar widma, dlatego dzieli się go dalej na trzy obszary:

  • blisko (0,74 - 2,5 mikrona);
  • średni (2,5 - 50 mikronów);
  • daleko (50-2000 mikronów).

Historia odkrycia

W 1800 r. angielski naukowiec W. Herschel zauważył, że w niewidocznej części widma słonecznego (poza światłem czerwonym) temperatura termometru wzrasta. Następnie udowodniono podporządkowanie promieniowania podczerwonego prawom optyki i wyciągnięto wniosek o jego związku ze światłem widzialnym.

Dzięki pracom radzieckiego fizyka A. A. Glagoleva-Arkadyeva, który w 1923 roku otrzymał fale radiowe o długości λ = 80 μm (zakres IR), eksperymentalnie udowodniono istnienie ciągłego przejścia od promieniowania widzialnego do promieniowania IR i fal radiowych. W ten sposób wyciągnięto wniosek o ich wspólnej naturze elektromagnetycznej.

Niemal wszystko w przyrodzie jest w stanie emitować długości fal odpowiadające widmu podczerwieni, co oznacza, że ​​organizm ludzki nie jest wyjątkiem. Wszyscy wiemy, że wszystko wokół składa się z atomów i jonów, nawet ludzie. A te wzbudzone cząstki mają zdolność emitowania, mogą przechodzić w stan wzbudzony pod wpływem różnych czynników, np. wyładowań elektrycznych lub pod wpływem ciepła. Tak więc w widmie emisyjnym płomienia kuchenki gazowej występuje pasmo o λ=2,7 µm od cząsteczek wody io λ=4,2 µm od dwutlenku węgla.

Fale IR w życiu codziennym, nauce i przemyśle

Korzystając z niektórych urządzeń w domu iw pracy, rzadko zadajemy sobie pytanie o wpływ promieniowania podczerwonego na organizm człowieka. Tymczasem promienniki podczerwieni są dziś dość popularne. Ich podstawową różnicą w stosunku do grzejników i konwektorów olejowych jest możliwość bezpośredniego ogrzewania nie samego powietrza, ale wszystkich obiektów w pomieszczeniu. Oznacza to, że najpierw ogrzewane są meble, podłogi i ściany, a następnie oddają ciepło do atmosfery. Jednocześnie promieniowanie podczerwone ma również wpływ na organizmy - człowieka i jego zwierzęta domowe.

Promienie IR są również szeroko stosowane w transmisji danych i zdalnym sterowaniu. Wiele telefonów komórkowych ma porty podczerwieni do wymiany plików między nimi. A wszystkie piloty od klimatyzatorów, centrów muzycznych, telewizorów, niektórych sterowanych zabawek dziecięcych również wykorzystują promienie elektromagnetyczne w zakresie podczerwieni.

Wykorzystanie promieni podczerwonych w wojsku i astronautyce

Najważniejsze promienie podczerwone są przeznaczone dla przemysłu lotniczego i wojskowego. Na bazie fotokatod, które są czułe na promieniowanie podczerwone (do 1,3 mikrona), powstają (różne lornetki, celowniki itp.). Pozwalają, jednocześnie naświetlając obiekty promieniowaniem podczerwonym, celować lub obserwować w absolutnej ciemności.

Dzięki stworzonym bardzo czułym odbiornikom promieni podczerwonych możliwa stała się produkcja pocisków samonaprowadzających. Czujniki w ich głowach reagują na promieniowanie podczerwone celu, które jest zwykle cieplejsze niż otoczenie, i kierują pocisk do celu. Wykrywanie nagrzanych części statków, samolotów, zbiorników za pomocą wykrywaczy ciepła opiera się na tej samej zasadzie.

Lokalizatory i dalmierze na podczerwień mogą wykrywać różne obiekty w całkowitej ciemności i mierzyć odległość do nich. Specjalne urządzenia - które emitują w zakresie podczerwieni, służą do komunikacji kosmicznej i naziemnej dalekiego zasięgu.

Promieniowanie podczerwone w działalności naukowej

Jednym z najczęstszych jest badanie widm emisyjnych i absorpcyjnych w obszarze IR. Znajduje zastosowanie w badaniu właściwości powłok elektronowych atomów, do określania budowy różnych cząsteczek, a ponadto w analizie jakościowej i ilościowej mieszanin różnych substancji.

Ze względu na różnice we współczynnikach rozpraszania, przepuszczania i odbicia ciał w promieniach widzialnych i podczerwonych, zdjęcia wykonane w różnych warunkach są nieco inne. Obrazy w podczerwieni często pokazują więcej szczegółów. Takie obrazy są szeroko stosowane w astronomii.

Badanie wpływu promieni podczerwonych na organizm

Pierwsze dane naukowe dotyczące wpływu promieniowania podczerwonego na organizm ludzki pochodzą z lat 60. XX wieku. Autorem badań jest japoński lekarz Tadashi Ishikawa. W trakcie swoich eksperymentów udało mu się ustalić, że promienie podczerwone mają tendencję do wnikania głęboko w ludzkie ciało. Jednocześnie zachodzą procesy termoregulacji, podobne do reakcji na przebywanie w saunie. Jednak pocenie zaczyna się już przy niższej temperaturze otoczenia (wynosi około 50°C), a nagrzewanie narządów wewnętrznych następuje znacznie głębiej.

Podczas takiego ogrzewania zwiększa się krążenie krwi, rozszerzają się naczynia narządów oddechowych, tkanki podskórnej i skóry. Jednak długotrwałe narażenie człowieka na promieniowanie podczerwone może spowodować udar cieplny, a silne promieniowanie podczerwone prowadzi do oparzeń różnego stopnia.

Ochrona IR

Istnieje niewielka lista środków mających na celu zmniejszenie ryzyka narażenia organizmu człowieka na promieniowanie podczerwone:

  1. Zmniejszona intensywność promieniowania. Osiąga się to poprzez dobór odpowiedniego wyposażenia technologicznego, terminową wymianę przestarzałego, a także jego racjonalne rozplanowanie.
  2. Usunięcie pracowników ze źródła promieniowania. Jeśli linia produkcyjna na to pozwala, preferowane jest zdalne sterowanie nią.
  3. Montaż ekranów ochronnych na źródle lub miejscu pracy. Takie ogrodzenia można ustawić na dwa sposoby, aby zmniejszyć wpływ promieniowania podczerwonego na organizm człowieka. W pierwszym przypadku muszą odbijać fale elektromagnetyczne, w drugim muszą je opóźniać i zamieniać energię promieniowania na energię cieplną, a następnie ją usuwać. Ze względu na to, że ekrany ochronne nie powinny pozbawiać specjalistów możliwości monitorowania procesów zachodzących w produkcji, mogą być wykonane jako przezroczyste lub półprzezroczyste. W tym celu jako materiały wybiera się szkła krzemianowe lub kwarcowe, a także metalowe siatki i łańcuchy.
  4. Izolacja termiczna lub chłodzenie gorących powierzchni. Głównym celem izolacji termicznej jest zmniejszenie ryzyka poparzeń pracowników.
  5. Indywidualne środki ochrony(różne kombinezony, okulary z wbudowanymi filtrami światła, przyłbice).
  6. Działania zapobiegawcze. Jeśli w trakcie powyższych działań poziom ekspozycji ciała na promieniowanie podczerwone pozostaje wystarczająco wysoki, należy dobrać odpowiedni tryb pracy i odpoczynku.

Korzyści dla ludzkiego organizmu

Promieniowanie podczerwone oddziałujące na organizm ludzki prowadzi do poprawy krążenia krwi poprzez rozszerzenie naczyń krwionośnych, lepsze nasycenie narządów i tkanek tlenem. Ponadto wzrost temperatury ciała ma działanie przeciwbólowe ze względu na działanie promieni na zakończenia nerwowe w skórze.

Zauważono, że operacje chirurgiczne wykonywane pod wpływem promieniowania podczerwonego mają szereg zalet:

  • nieco łatwiej tolerować ból po operacji;
  • szybsza regeneracja komórek;
  • Oddziaływanie promieniowania podczerwonego na człowieka pozwala uniknąć wychłodzenia narządów wewnętrznych w przypadku operacji na otwartych jamach, co zmniejsza ryzyko wstrząsu.

U pacjentów z oparzeniami promieniowanie podczerwone stwarza możliwość usunięcia martwicy, a także wykonania autoplastii na wcześniejszym etapie. Ponadto czas trwania gorączki jest krótszy, niedokrwistość i hipoproteinemia są mniej wyraźne, a częstość powikłań jest zmniejszona.

Udowodniono, że promieniowanie IR może osłabiać działanie niektórych pestycydów poprzez zwiększanie odporności nieswoistej. Wielu z nas wie o leczeniu nieżytu nosa i niektórych innych objawów przeziębienia za pomocą niebieskich lamp IR.

Szkoda dla ludzi

Warto zauważyć, że szkodliwość promieniowania podczerwonego dla organizmu człowieka może być również bardzo znacząca. Najbardziej oczywistymi i powszechnymi przypadkami są oparzenia skóry i zapalenie skóry. Mogą wystąpić albo przy zbyt długiej ekspozycji na słabe fale widma podczerwieni, albo podczas intensywnego napromieniowania. Jeśli mówimy o procedurach medycznych, to rzadko, ale nadal dochodzi do udarów cieplnych, osłabienia i zaostrzenia bólu przy niewłaściwym leczeniu.

Oparzenia oczu to jeden ze współczesnych problemów. Najbardziej niebezpieczne dla nich są promienie podczerwone o długości fali z zakresu 0,76-1,5 mikrona. Pod ich wpływem soczewka i ciecz wodnista ulegają nagrzaniu, co może prowadzić do różnych zaburzeń. Jednym z najczęstszych skutków ubocznych jest światłowstręt. Powinny o tym pamiętać dzieci bawiące się wskaźnikami laserowymi oraz spawacze, którzy zaniedbują środki ochrony osobistej.

Promieniowanie IR w medycynie

Leczenie promieniowaniem podczerwonym ma charakter miejscowy i ogólny. W pierwszym przypadku miejscowe działanie przeprowadzane jest na określoną część ciała, w drugim całe ciało jest wystawione na działanie promieni. Przebieg leczenia zależy od choroby i może wynosić od 5 do 20 sesji trwających 15-30 minut. Podczas wykonywania zabiegów warunkiem koniecznym jest stosowanie sprzętu ochronnego. Aby zachować zdrowie oczu, stosuje się specjalne tekturowe podkładki lub okulary.

Po pierwszym zabiegu na powierzchni skóry pojawia się zaczerwienienie o niewyraźnych granicach, które mija po około godzinie.

Działanie emiterów IR

Przy dostępności wielu urządzeń medycznych ludzie kupują je do użytku indywidualnego. Należy jednak pamiętać, że takie urządzenia muszą spełniać specjalne wymagania i być użytkowane zgodnie z przepisami bezpieczeństwa. Ale co najważniejsze, ważne jest, aby zrozumieć, że jak każde urządzenie medyczne, emitery fal podczerwonych nie mogą być używane w przypadku wielu chorób.

Wpływ promieniowania podczerwonego na organizm człowieka
Długość fali, µm Przydatna akcja
9,5 um Działanie immunokorekcyjne w stanach niedoborów odporności spowodowanych głodem, zatruciem tetrachlorkiem węgla, stosowaniem leków immunosupresyjnych. Prowadzi to do przywrócenia prawidłowych parametrów komórkowego ogniwa odpornościowego.
16,25 um Działanie przeciwutleniające. Odbywa się to dzięki powstawaniu wolnych rodników z nadtlenków i wodoronadtlenków oraz ich rekombinacji.
8,2 i 6,4 um Działanie przeciwbakteryjne i normalizacja mikroflory jelitowej dzięki wpływowi na syntezę hormonów prostaglandyn, prowadząc do efektu immunomodulującego.
22,5 um Prowadzi to do przeniesienia wielu nierozpuszczalnych związków, takich jak skrzepy krwi i blaszki miażdżycowe, do stanu rozpuszczalnego, co pozwala na ich usunięcie z organizmu.

Dlatego wykwalifikowany specjalista, doświadczony lekarz powinien wybrać przebieg terapii. W zależności od długości emitowanych fal podczerwonych, urządzenia mogą być wykorzystywane do różnych celów.