Инфракрасное излучение невидимо для наших глаз, но это не значит, что другие наши органы чувств не могут его воспринимать. Тепло, которое мы ощущаем, сидя у костра, вызвано именно инфракрасным излучением, испускаемым горящими поленьями. Инфракрасное излучение окружает нас постоянно, поскольку все объекты с температурой выше нуля, а значит, и наши тела, являются источниками инфракрасного излучения.
Инфракрасное излучение (сокращенно ИК ), — это электромагнитное излучение, которое человеческий глаз не может обнаружить, с длиной волны больше, чем у красного света. Диапазон инфракрасного излучения охватывает длины волн от 780 нм до примерно 1 мм (другими словами: от 0,78 мкм до примерно 1000 мкм) и частоту от 300 ГГц и до 385 ТГц. С более длинноволновой стороны он граничит с микроволновым диапазоном излучения.
Как и все электромагнитные волны, инфракрасное излучение распространяется в вакууме со скоростью света c = 3*10 8 м/c. Электромагнитная волна характеризуется:
- частота f , т.е. число полных изменений магнитного и электрического полей в секунду, выраженное в герцах (Гц);
- длина волны λ, т.е. расстояние между соседними точками, где электрическое и магнитное поля имеют одинаковую фазу.
Эти величины связаны между собой: чем выше частота, тем короче длина волны: f = c / λ .
Энергия кванта излучения, фотона, прямо пропорциональна частоте и обратно пропорциональна длине волны: E = h * f = h * c / λ , где h — постоянная Планка, h = 4,14·10 –15 эВ·с = 6,63·10 –34 Дж·с .
Энергия инфракрасных фотонов меньше, чем у видимого света.
Свойства
Инфракрасное излучение испускается всеми телами. Его также называют тепловым излучением. Тепловое излучение охватывает широкий диапазон длин волн, от ультрафиолетового до инфракрасного, но максимум этого излучения находится в определенном диапазоне длин волн, зависящем от температуры.
Испускание теплового излучения вызвано беспорядочным движением электрически заряженных частиц в веществе. Максимальное излучение от человеческого тела, а также от предметов при комнатной температуре происходит при длине волны около 10 мкм. Энергия теплового излучения сильно зависит от температуры тела — она прямо пропорциональна T 4 , где T — температура по абсолютной шкале. Из этого следует, что тело с более высокой температурой излучает гораздо больше энергии, чем тело с более низкой температурой.
Инфракрасное излучение условно делится на ближнее и дальнее инфракрасное излучение:
- Ближнее инфракрасное излучение — это волны в диапазоне (0,78 — 10) мкм. Они излучаются телами с температурой выше комнатной, например, лампой накаливания, костром и т.д.
- Дальнее инфракрасное излучение — это волны в диапазоне (10 — 1000) мкм. Источниками этого излучения являются тела, находящиеся при комнатной температуре и ниже.
Инфракрасное излучение ассоциируется у нас с отоплением. Действительно, известны инфракрасные лампы (инфракрасные нагреватели), используемые для нагрева человеческого тела в терапевтических целях (рис. 2.). Но инфракрасное излучение может также охлаждать тело. Как это возможно?
Выделение инфракрасного излучения происходит за счет внутренней энергии организма. Когда тело поглощает инфракрасное излучение, энергия поглощенных электромагнитных волн преобразуется в увеличение внутренней энергии. В условиях равновесия потоки тепловой энергии равны — одинаковое количество энергии излучается и поглощается телом. Температура тела при этом остается постоянной.
Инфракрасное отопление.
Когда поглощенное излучение несет больше энергии, чем испущенное, внутренняя энергия тела увеличивается, и его температура повышается. Это объясняет, почему мы можем греться у огня или согревать руки, держа их у стакана с горячим чаем. В космосе и в вакууме инфракрасное излучение является единственным способом передачи тепловой энергии.
Инфракрасное охлаждение.
Когда тело имеет более высокую температуру, чем его окружение, испускаемое излучение имеет больше энергии, чем поглощаемое. Тело теряет внутреннюю энергию, и его температура снижается. Падение температуры происходит быстрее, чем в результате теплопроводности, поскольку воздух является плохим проводником тепла. Каждый, кто стоял рядом с большой глыбой льда, ощущал холод от ее бока. Но не лед излучает холод, а человеческое тело, которое направляет на лед больше энергии, чем получает от него.
Роль инфракрасного излучения в регулировании температуры на поверхности Земли.
Инфракрасное излучение играет важную роль в энергетическом балансе атмосферы Земли. Солнечное излучение, в основном в видимом световом диапазоне, достигает поверхности Земли. Нагретая поверхность Земли испускает инфракрасное излучение в качестве вторичного излучения. Это излучение, проходя через атмосферу, в значительной степени поглощается содержащимися в ней водяным паром, углекислым газом, метаном и другими парниковыми газами, повышая температуру воздуха.
Можно подсчитать, что если бы Земля не имела атмосферы, ее средняя температура, обусловленная балансом поглощенного и испущенного излучения, была бы чуть меньше -18°C. Однако мы знаем, что средняя температура нашего земного шара более чем на 33°C выше и составляет около 15°C. Таким образом, атмосфера является теплоизоляцией Земли. Температура на Земле подходит для жизни, потому что парниковые газы (углекислый газ, водяной пар) прозрачны для видимого света, но поглощают инфракрасное излучение.
Применение
Благодаря своим свойствам инфракрасное излучение имеет множество применений и оказывает большое влияние на нашу повседневную жизнь. Оно используется в химическом анализе для определения структуры материалов. Оно также используется в терапевтических целях в так называемой диатермии — процедуре, которая заключается во внутреннем прогревании болезненных мышц и суставов.
Оно используется в термолокации для наблюдения за объектами в темноте с помощью ночного зрения, например, наблюдение за летучими мышами в пещере ночью. Поскольку инфракрасное излучение меньше поглощается при прохождении через туман и облака, чем видимое излучение, оно используется для фотографирования объектов на значительном расстоянии.
Тепловизионная камера, используемая, например, военными, также использует инфракрасное излучение. Это излучение также используется в пультах дистанционного управления домашними электронными устройствами (например, телевизором, видеомагнитофоном, дверью гаража, сигнализацией), в управлении трамвайными выключателями.
Источник: www.asutpp.ru
Что такое инфракрасное излучение?
Инфракрасное излучение (ИК) или инфракрасный свет — это тип лучистой энергии, который невидим для человеческого глаза, но который мы можем ощущать как тепло. Все объекты во Вселенной излучают инфракрасное излучение в той или иной степени, но два наиболее очевидных источника — солнце и огонь.
Полина Колесо
ИК-излучение — это один из трёх способов передачи тепла из одного места в другое.
ИК — это тип электромагнитного излучения, континуум частот, возникающий, когда атомы поглощают, а затем выделяют энергию. Электромагнитное излучение от самой высокой до самой низкой частоты включает гамма-лучи, рентгеновские лучи, ультрафиолетовое излучение, видимый свет, инфракрасное излучение, микроволны и радиоволны. Вместе эти виды излучения составляют электромагнитный спектр.
0 РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
По данным НАСА, британский астроном Уильям Гершель открыл инфракрасный свет в 1800 году. В эксперименте по измерению разницы температур между цветами видимого спектра он поместил термометры на пути света в пределах каждого оттенка. Он наблюдал повышение температуры от синего до красного и обнаружил ещё более высокую температуру сразу за красным концом видимого спектра.
Как появляются ИК-волны
В электромагнитном спектре инфракрасные волны возникают на частотах выше частот микроволн и чуть ниже частот красного видимого света — отсюда и название «инфракрасный». По данным Калифорнийского технологического института, волны инфракрасного излучения длиннее, чем волны видимого света. Частоты ИК-излучения находятся в диапазоне от примерно 300 гигагерц (ГГц) до примерно 400 терагерц (ТГц), а длина волны оценивается в диапазоне от 1000 микрометров (мкм) до 760 нанометров. Хотя, по данным НАСА, эти значения не являются окончательными.
А знаете ли вы, как выглядит современный Лас-Вегас в инфракрасном свете?
Подобно спектру видимого света, который варьируется от фиолетового (самая короткая длина волны видимого света) до красного (самая длинная длина волны), инфракрасное излучение имеет свой собственный диапазон длин волн. Более короткие «ближние инфракрасные» волны, которые ближе к видимому свету в электромагнитном спектре, не излучают заметного тепла и излучаются пультом дистанционного управления телевизором для переключения каналов.
РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
0 РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
По данным НАСА, более длинные «дальние инфракрасные» волны, которые ближе к микроволновой части электромагнитного спектра, можно ощущать как сильное тепло — такое как тепло от солнечного света или огня. ИК-излучение — это один из трёх способов передачи тепла из одного места в другое, два других — конвекция и теплопроводность. Всё, что имеет температуру выше примерно минус 268 градусов по Цельсию, излучает ИК-излучение. По данным Университета Теннесси, Солнце излучает половину своей полной энергии в виде инфракрасного излучения, а большая часть видимого света звезды поглощается и как бы переизлучается в виде инфракрасного излучения.
Бытовое использование
Бытовые приборы, такие как тепловые лампы и тостеры, используют ИК-излучение для передачи тепла — как и промышленные обогреватели, например те, которые используются для сушки и отверждения материалов. По данным Агентства по охране окружающей среды, лампы накаливания преобразуют только около 10 процентов потребляемой ими электроэнергии в энергию видимого света. Остальные 90 процентов преобразуются в инфракрасное излучение.
Хорошие новости! Исследователи разработали специальные очки для незрячих, которые используют инфракрасную технологию, помогающую ориентироваться в пространстве.
Инфракрасные лазеры можно использовать для прямой связи на расстоянии в несколько сотен метров или ярдов. Согласно How Stuff Works, пульты дистанционного управления телевизора, использующие инфракрасное излучение, посылают импульсы ИК-энергии от светоизлучающего диода (LED) к ИК-приёмнику в телевизоре. Приёмник преобразует световые импульсы в электрические сигналы, которые указывают микропроцессору выполнить запрограммированную команду.
Источник: www.techinsider.ru
Источники инфракрасного излучения: виды, применение
Существуют разные источники инфракрасного излучения. В настоящее время они находятся в бытовой технике, системах автоматики, охраны, а также используются при сушке промышленных изделий. Источники инфракрасного света при правильной эксплуатации не влияют на человеческий организм, поэтому изделия пользуются огромной популярностью.
История открытия
На протяжении многих веков изучением природы и действия света занимались выдающиеся умы.
Инфракрасный свет был обнаружен в начале 19 века с помощью исследований астронома В. Гершеля. Суть его заключалась в изучении нагревательных способностей различных солнечных участков. К ним ученый подносил термометр и следил за возрастанием температуры. Данный процесс наблюдался, когда прибор коснулся красной границы. В. Гершель сделал вывод, что существует некое излучение, которое нельзя увидеть зрительно, но возможно определить с помощью термометра.
Инфракрасные лучи: применение
Они широко распространены в жизни человека и нашли свое применение в разных сферах:
- Военное дело. Современные ракеты и боеголовки, способные самостоятельно наводиться на цель, снабжены приборами ночного видения, которые являются результатом применения инфракрасного излучения.
- Термография. Инфракрасное излучение применяют для изучения перегретых или переохлажденных местностей. Инфракрасные снимки также применяются в астрономии для обнаружения небесных тел.
- Быт. Большую популярность получили инфракрасные обогреватели, функционирование которых направлено на нагрев предметов интерьера и стен. Затем они отдают тепло пространству.
- Дистанционное управление. Все существующие пульты для телевизора, печей, кондиционеров и т.д. снабжены инфракрасными лучами.
- В медицине инфракрасными лучами проводят лечение и профилактику различных заболеваний.
Рассмотрим, где применяются данные элементы.
Инфракрасные газовые горелки
Инфракрасная горелка служит для обогрева различных помещений.
Сначала она использовалась для теплиц, гаражей (то есть нежилых помещений). Однако современные технологии позволили применять ее даже в квартирах. В народе такую горелку называют прибором солнца, так как во включенном состоянии рабочая поверхность оборудования напоминает солнечный свет. Со временем такие устройства заменили масляные обогреватели и конвекторы.
Главные особенности
Инфракрасная горелка отличается от других приборов способом нагрева. Передача теплоты осуществляется за счет излучения инфракрасных лучей, которые не заметны для человека. Такая особенность позволяет теплу проникать не только в воздух, но и на предметы интерьера, которые в дальнейшем также повышают температуру в помещении. Инфракрасный излучатель не сушит воздух, потому что лучи в первую очередь направлены на предметы интерьера и стены. В дальнейшем передача теплоты будет осуществляться от стен или предметов непосредственно пространству комнаты, причем процесс происходит за несколько минут.
Положительные стороны
Главным преимуществом таких приборов является быстрый и легких обогрев помещения. Например, чтобы нагреть холодную комнату до температуры +24ºС, потребуется 20 минут. В процессе не возникает движение воздуха, который способствует образованию пыли и больших загрязнений. Поэтому инфракрасный излучатель устанавливают в помещениях те люди, которые имеют аллергию.
Кроме того, инфракрасные лучи, попадая на поверхность с пылью, не вызывают ее горение, и, как следствие, нет запах горелой пыли. Качество обогрева и долговечность прибора зависит от нагревательного элемента. В таких устройствах используется керамический тип.
Стоимость
Цена таких устройств довольна низка и доступна всем слоям населения. Например, газовая горелка стоит от 800 рублей. Целую печку можно приобрести за 4000 рублей.
Сауна
Что собой представляет инфракрасная кабина? Это специальное помещение, которое строится из натуральных сортов дерева (например, кедра). В него устанавливаются инфракрасные излучатели, действующие на дерево.
Во время нагрева выделяются фитонциды — полезные компоненты, которые предотвращают развитие или появление грибков и бактерий.
Такая инфракрасная кабина в народе называется сауной. Внутри помещения температура воздуха достигает 45ºС, поэтому находиться в нем довольно комфортно. Такая температура позволяет прогреть человеческое тело равномерно и глубоко. Поэтому тепло не воздействует на сердечно-сосудистую систему.
Во время процедуры удаляются накопленные токсины и шлаки, ускоряется обмен веществ в организме (за счет быстрого движения крови), также ткани обогащаются кислородом. Однако выделение пота — это не главное свойство инфракрасной сауны. Она направлена на улучшение самочувствия.
Влияние инфракрасной сауны на человека
Такие помещения благотворно сказываются на организме человека. Во время процедуры прогреваются все мышцы, ткани и кости. Ускорение кровообращения влияет на обмен веществ, который помогает насытить мышцы и ткани кислородом. Кроме того, инфракрасную кабину посещают с целью профилактики различных заболеваний. Большинство людей оставляет только положительные отзывы.
Негативное воздействие инфракрасного излучения
Источники инфракрасного излучения могут вызывать не только положительное воздействие на организм, но и наносить ему вред.
При длительном воздействии лучей происходит расширение капилляров, что приводит к появлению покраснения или ожогов. Особый вред источники инфракрасного излучения наносят органам зрения — это образование катаракты. В некоторых случаях у человека появляются судороги.
На организм человека влияют короткие лучи, вызывая тепловой удар. При повышении температуры головного мозга на несколько градусов наблюдается ухудшение состояния: потемнение в глазах, головокружение, тошнота. Дальнейший рост температуры может привести к образованию менингита.
Ухудшение или улучшение состояния происходит за счет интенсивности электромагнитного поля. Она характеризуется температурой и расстоянием до источника излучения тепловой энергии.
Длинные волны инфракрасного излучения играют особую роль в разных процессах жизнедеятельности. Короткие же больше влияют на человеческий организм.
Как предотвратить вредное влияние ИК-лучей?
Как говорилось ранее, отрицательное воздействие на человеческий организм оказывает короткое тепловое излучение. Рассмотрим примеры, в которых ИК-излучение опасно.
На сегодняшний день вредить здоровью могут инфракрасные нагреватели, излучающие температуру выше 100ºС. Среди них выделяют следующие:
- Промышленное оборудование, излучающее лучистую энергию. Чтобы предотвратить негативное воздействие, следует использовать спецодежду и теплозащитные элементы, а также проводить профилактические мероприятия среди работающего персонала.
- Инфракрасный прибор. Самым известным обогревателем является печь. Однако она уже давно вышла из обихода. Все чаще в квартирах, загородных домах и дачах стали использовать электрические инфракрасные нагреватели. В его конструкции предусмотрен нагревательный элемент (в виде спирали), который защищен специальным теплоизолирующим материалом. Такое воздействие лучей не вредит человеческому организму. Воздух в обогреваемой зоне не сушится. Нагреть помещение можно за 30 минут. Сначала инфракрасное излучение нагревает предметы, а уже они и всю квартиру.
Инфракрасное излучение широко применяется в различных сферах, начиная с промышленной и заканчивая медициной.
Однако обращаться с ними следует аккуратно, так как лучи могут оказать негативное воздействие на человека. Все зависит от длины волны и расстояния до нагревательного прибора.
Итак, мы выяснили, какие существуют источники инфракрасного излучения.
Источник: fb.ru