Научете повече за инфрачервеното лъчение. Източници на инфрачервено лъчение: видове, приложение

Инфрачервената светлина е визуално недостъпна за човешкото зрение. Междувременно дългите инфрачервени вълни се възприемат от човешкото тяло като топлина. Инфрачервената светлина има някои от свойствата на видимата светлина. Излъчването от тази форма може да бъде фокусирано, отразено и поляризирано. Теоретично инфрачервената светлина се тълкува повече като инфрачервено лъчение (IR). Космическият IR заема спектралния диапазон на електромагнитното излъчване 700 nm - 1 mm. IR вълните са по-дълги от вълните на видимата светлина и по-къси от радиовълните. Съответно, честотите на IR са по-високи от честотите на микровълните и по-ниски от честотите на видимата светлина. Честотата на IR е ограничена в диапазона от 300 GHz - 400 THz.

Инфрачервените вълни са открити от британския астроном Уилям Хершел. Откритието е регистрирано през 1800 г. Използвайки стъклени призми в своите експерименти, ученият по този начин изследва възможността за разделяне на слънчевата светлина на отделни компоненти.

Когато Уилям Хершел трябваше да измери температурата на отделни цветя, той откри фактор за повишаването на температурата при последователно преминаване през следните серии:

• виолетово,
• син,
• зеленина,
• жълтък,
• портокал,
• червен.

Вълнов и честотен диапазон на инфрачервеното лъчение

Въз основа на дължината на вълната учените условно разделят инфрачервено лъчениена няколко спектрални части. В същото време не единна дефиницияграниците на всяка отделна част.

Скала за електромагнитно излъчване: 1 - радиовълни; 2 - микровълни; 3 - IR вълни; 4 - видима светлина; 5 - ултравиолетово; 6 — рентгенови лъчи; 7 - гама лъчи; B - диапазон на дължината на вълната; E - енергия

Теоретично са обозначени три вълнови диапазона:

1. Близо до
2. Средно аритметично
3. По-нататък

Близкият инфрачервен диапазон се маркира от дължини на вълните, приближаващи края на спектъра на видимата светлина. Приблизително изчисленият вълнов сегмент е показан тук с дължината: 750 - 1300 nm (0,75 - 1,3 µm). Честотата на излъчване е приблизително 215-400 Hz. Късите инфрачервени вълни ще излъчват минимална топлина.

Среден IR обхват (междинен), покрива дължини на вълните 1300-3000 nm (1,3 - 3 µm). Честотите тук се измерват в диапазона 20-215 THz. Нивото на излъчваната топлина е относително ниско.

Далечният инфрачервен обхват е най-близо до обхвата на микровълните. Оформление: 3-1000 микрона. Честотен диапазон 0.3-20 THz. Тази група се състои от къси дължини на вълните в максималния честотен диапазон. Това е мястото, където се излъчва максимална топлина.

Приложения на инфрачервеното лъчение

IR лъчите са намерили приложение в различни полета. Сред най-известните устройства са термовизионни камери, оборудване за нощно виждане и др. Комуникационното и мрежовото оборудване използва инфрачервена светлина като част от кабелни и безжични операции.

Дистанционните управления са оборудвани с инфрачервена комуникационна система с малък обхват, при която сигналът се предава чрез инфрачервени светодиоди. Пример: обикновени домакински уреди – телевизори, климатици, плеъри. Инфрачервената светлина предава данни през оптични кабелни системи.

В допълнение, инфрачервеното лъчение се използва активно изследователска астрономияза изследване на космоса. Именно благодарение на инфрачервеното лъчение е възможно да се откриват космически обекти, невидими за човешкото око.

Малко известни факти за инфрачервената светлина

Човешките очи наистина не могат да видят инфрачервени лъчи. Но кожата на човешкото тяло, която реагира на фотони, а не само на топлинно излъчване, е способна да ги „види“.

Повърхността на кожата всъщност действа като „очна ябълка“. Ако излезете навън в слънчев ден, затворите очи и протегнете длани към небето, лесно можете да намерите местоположението на слънцето.

През зимата в помещение с температура на въздуха 21-22ºС, топло облечени (пуловер, панталон). През лятото в същото помещение, при същата температура, хората също се чувстват комфортно, но с по-леки дрехи (къси панталони, тениска).

Този феномен е лесен за обяснение: въпреки една и съща температура на въздуха, стените и таванът на помещението през лятото излъчват повече далечни инфрачервени вълни, носени от слънчевата светлина (FIR - Far Infrared). Следователно човешкото тяло, при еднакви температури, възприема повече топлина през лятото.

Двойки хора, които спят в едно легло, неволно са предаватели и приемници на FIR вълни по отношение един на друг. Ако човек е сам в леглото, той действа като предавател на FIR вълни, но вече не получава същите вълни в отговор.

Когато хората говорят помежду си, те неволно изпращат и получават FIR вълнови вибрации един от друг. Приятелските (любящи) прегръдки също активират предаването на FIR радиация между хората.

Как природата възприема инфрачервената светлина?

Хората не могат да виждат инфрачервена светлина, но змиите от семейство усойници (като гърмящите) имат сензорни кухини, които се използват за създаване на изображения в инфрачервена светлина.

Това свойство позволява на змиите да откриват топлокръвни животни в пълна тъмнина. Научно се предполага, че змиите с две сензорни кухини имат инфрачервено възприятие за дълбочина.

Рибите успешно използват близка инфрачервена светлина (NIR), за да уловят плячка и да се ориентират във водните зони. Този NIR сензор помага на рибата да се ориентира точно в условия на слаба светлина, на тъмно или в мътна вода.

Инфрачервеното лъчение играе важна роля при формирането на времето и климата на Земята, както и слънчева светлина. Общата маса на слънчевата светлина, погълната от Земята, и равно количество инфрачервена радиация трябва да се преместят от Земята обратно в космоса. Иначе е неизбежно глобално затоплянеили глобално охлаждане.

Има очевидна причина, поради която въздухът се охлажда бързо в суха нощ. Ниско нивовлажността и липсата на облаци в небето отварят свободен път за инфрачервеното лъчение. Инфрачервените лъчи се разпространяват по-бързо в открития космос и съответно отвеждат по-бързо топлината.

Значителна част, идваща на Земята, е инфрачервената светлина. Всякакви естествен организъмили обектът има температура, което означава, че излъчва инфрачервена енергия. Дори обекти, които предварително са студени (например кубчета лед), излъчват инфрачервена светлина.

Технически възможности на инфрачервената зона

Техническият потенциал на инфрачервените лъчи е неограничен. Има много примери. Инфрачервено проследяване (насочване) се използва в пасивни системи за управление на ракети. В този случай се използва електромагнитно излъчване от целта, получено в инфрачервената част на спектъра.

Метеорологичните сателити, оборудвани със сканиращи радиометри, произвеждат топлинни изображения, които след това позволяват аналитични техники за определяне на височините и видовете облаци, изчисляване на температурите на сушата и повърхностните води и определяне на повърхностните характеристики на океана.

Инфрачервеното лъчение е най-разпространеният начин за дистанционно управление на различни устройства. Много продукти са разработени и произведени на базата на FIR технология. Японците особено се отличиха тук. Ето само няколко примера, които са популярни в Япония и по света:

• специални облицовки и FIR нагреватели;
• FIR чинии за запазване на риба и зеленчуци свежи за дълго време;
• керамична хартия и FIR керамика;
• платнени FIR ръкавици, якета, столчета за кола;
• фризьорски FIR сешоар, който намалява увреждането на косата;

Инфрачервената рефлектография (консервация на изкуството) се използва за изследване на картини и помага да се разкрият подлежащите слоеве, без да се разрушава структурата. Тази техника помага да се разкрият детайли, скрити под рисунката на художника.

По този начин се установява дали настоящата картина е оригинално произведение на изкуството или просто професионално изработено копие. Идентифицирани са и промените, свързани с реставрационните работи на произведения на изкуството.

IR лъчи: въздействие върху човешкото здраве

Благоприятното влияние на слънчевата светлина върху човешкото здраве е научно доказано. Въпреки това, прекомерното излагане на слънчева радиацияпотенциално опасни. Слънчевата светлина съдържа ултравиолетови лъчи, които изгарят кожата на човешкото тяло.

Междувременно инфрачервеното излъчване с дълги вълни осигурява всички ползи за здравето на естествената слънчева светлина. В същото време опасните ефекти от слънчевата радиация са напълно елиминирани.

Чрез използване на технология за възпроизвеждане на инфрачервени лъчи се постига пълен контрол на температурата () и неограничена слънчева светлина. Но това не е всичко известни фактиползи от инфрачервеното лъчение:

• Далечните инфрачервени лъчи укрепват сърдечно-съдовата система, стабилизират сърдечната честота, увеличават сърдечния дебит, като същевременно намаляват диастолното кръвно налягане.
• Стимулирането на сърдечно-съдовата функция с далечна инфрачервена светлина е идеален начин за поддържане на здрава сърдечно-съдова система. Има опит на американски астронавти по време на дълъг космически полет.
• Далечните инфрачервени IR лъчи при температури над 40°C отслабват и в крайна сметка убиват раковите клетки. Този факт е потвърден от Американската асоциация по борба с рака и Национален институтрак.
• Инфрачервените сауни често се използват в Япония и Корея (хипертермична терапия или Waon терапия) за лечение на сърдечно-съдови заболявания, особено хронична сърдечна недостатъчност и периферни артериални заболявания.
• Изследванията, публикувани в списанието Neuropsychiatric Disease and Treatment, подчертават инфрачервените лъчи като "медицински пробив" в лечението на травматични мозъчни наранявания.
• Твърди се, че инфрачервената сауна е седем пъти по-ефективна при елиминирането на тялото. тежки метали, холестерол, алкохол, никотин, амоняк, сярна киселина и други токсини.
• И накрая, FIR терапията в Япония и Китай излезе начело сред тях ефективни начинилечение на астма, бронхит, настинка, грип, синузит. Отбелязано е, че FIR терапията премахва възпалението, отока и запушванията на лигавицата.

Инфрачервена светлина и живот от 200 години

Инфрачервено лъчение- електромагнитно лъчение, заемащо спектралната област между червения край на видимата светлина (с дължина на вълната λ = 0,74 μm и честота 430 THz) и микровълново радио лъчение (λ ~ 1-2 mm, честота 300 GHz).

Целият диапазон на инфрачервеното лъчение е условно разделен на три области:

Краят на дългите вълни на този диапазон понякога се отделя в отделен диапазон електромагнитни вълни- терахерцова радиация (субмилиметрова радиация).

Инфрачервеното лъчение се нарича още „топлинно лъчение“, тъй като инфрачервеното лъчение от нагрети предмети се възприема от човешката кожа като усещане за топлина. В този случай дължините на вълните, излъчвани от тялото, зависят от температурата на нагряване: колкото по-висока е температурата, толкова по-къса е дължината на вълната и толкова по-висок е интензитетът на излъчване. Спектърът на излъчване на абсолютно черно тяло при относително ниски (до няколко хиляди Келвина) температури се намира главно в този диапазон. Инфрачервеното лъчение се излъчва от възбудени атоми или йони.

Енциклопедичен YouTube

1 / 3

✪ 36 Инфрачервени и ултравиолетова радиацияСкала за електромагнитни вълни

✪ Физически експерименти. Инфрачервено отражение

✪ Електрическо отопление (инфрачервено отопление). Коя отоплителна система да избера?

субтитри

История на откриването и обща характеристика

Инфрачервеното лъчение е открито през 1800 г. от английския астроном У. Хершел. Докато изучава Слънцето, Хершел търси начин да намали нагряването на уреда, с който се правят наблюденията. Използвайки термометри, за да определи ефектите на различни части от видимия спектър, Хершел откри, че „максимумът на топлина“ се крие зад наситения червен цвят и, вероятно, „отвъд видимото пречупване“. Това изследване бележи началото на изследването на инфрачервеното лъчение.

Преди това лабораторните източници на инфрачервено лъчение бяха изключително горещи тела или електрически разряди в газове. Днес са създадени съвременни източници на инфрачервено лъчение с регулируема или фиксирана честота на базата на твърдотелни и молекулярни газови лазери. За запис на радиация в близката инфрачервена област (до ~1,3 μm) се използват специални фотографски плаки. Фотоелектричните детектори и фоторезистори имат по-широк диапазон на чувствителност (до приблизително 25 микрона). Радиацията в далечната инфрачервена област се регистрира от болометри - детектори, които са чувствителни към нагряване от инфрачервено лъчение.

Находки на IR оборудване широко приложениекак в военна техника(например за насочване на ракети) и в граждански (например в оптични комуникационни системи). IR спектрометрите използват или лещи, и призми като оптични елементи, или дифракционни решеткии огледала. За да се елиминира поглъщането на радиация във въздуха, спектрометрите за далечната инфрачервена област се произвеждат във вакуумен вариант.

Тъй като инфрачервените спектри са свързани с ротационни и вибрационни движения в молекулата, както и с електронни преходи в атоми и молекули, ИЧ спектроскопията позволява да се получи важна информацияза структурата на атомите и молекулите, както и лентовата структура на кристалите.

Обхват на инфрачервеното лъчение

Обектите обикновено излъчват инфрачервено лъчение в целия спектър от дължини на вълните, но понякога само ограничен участък от спектъра представлява интерес, тъй като сензорите обикновено събират лъчение само в рамките на определена честотна лента. По този начин инфрачервеният обхват често се разделя на по-малки ленти.

Конвенционална схема на разделяне

Най-често разделянето на по-малки диапазони се извършва по следния начин:

CIE схема

Международна комисия по осветление Международна комисия по осветление ) препоръчва инфрачервеното лъчение да се раздели на следните три групи:

• 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)

Диаграма ISO 20473

Топлинно излъчване

Топлинното излъчване или радиация е пренос на енергия от едно тяло към друго под формата на електромагнитни вълни, излъчвани от телата поради тяхната вътрешна енергия. Топлинното излъчване попада главно в инфрачервената област на спектъра от 0,74 микрона до 1000 микрона. Отличителна черталъчист топлообмен е, че може да се извършва между тела, разположени не само във всяка среда, но и във вакуум. Пример за топлинно излъчване е светлината от лампа с нажежаема жичка. Силата на топлинното излъчване на обект, който отговаря на критериите за абсолютно черно тяло, се описва от закона на Стефан-Болцман. Връзката между емисионните и абсорбционните способности на телата се описва от закона за излъчване на Кирхоф. Топлинното излъчване е един от трите основни вида пренос на топлинна енергия (в допълнение към топлопроводимостта и конвекцията). Равновесното излъчване е топлинно излъчване, което е в термодинамично равновесие с материята.

Приложение

Устройство за нощно виждане

Има няколко начина за визуализиране на невидимо инфрачервено изображение:

• Съвременните полупроводникови видеокамери са чувствителни в близкия инфрачервен диапазон. За да се избегнат грешки при цветопредаване, обикновените домашни видеокамери са оборудвани със специален филтър, който прекъсва инфрачервеното изображение. Камерите за системи за сигурност като правило нямат такъв филтър. На тъмно обаче няма естествени източници на близка инфрачервена светлина, така че без изкуствено осветление (например инфрачервени светодиоди) такива камери няма да покажат нищо.
• Електронно-оптичният преобразувател е вакуумно фотоелектронно устройство, което усилва светлината във видимия спектър и близкия инфрачервен диапазон. Той има висока чувствителност и е способен да произвежда изображения при много слаба светлина. Те са исторически първите устройства за нощно виждане и все още се използват широко днес в евтини устройства за нощно виждане. Тъй като работят само в близкия инфрачервен диапазон, те, подобно на полупроводниковите видеокамери, изискват осветление.
• Болометър - термодатчик. Болометри за системи за техническо виждане и устройства за нощно виждане са чувствителни в диапазона на дължината на вълната 3..14 микрона (среден IR), което съответства на излъчване от тела, нагрети от 500 до −50 градуса по Целзий. По този начин болометричните устройства не изискват външно осветление, регистрирайки излъчването на самите обекти и създавайки картина на температурната разлика.

Термография

Инфрачервена термография, термично изображение или термично видео е научен начинполучаване на термограма - изображение в инфрачервени лъчи, показващо разпределението на температурните полета. Термографските камери или термичните камери откриват радиация в инфрачервения диапазон на електромагнитния спектър (приблизително 900-14000 нанометра или 0,9-14 µm) и използват тази радиация за създаване на изображения, които помагат за идентифициране на прегрети или недостатъчно охладени зони. Тъй като инфрачервеното лъчение се излъчва от всички обекти, които имат температура, съгласно формулата на Планк за излъчване на черно тяло, термографията позволява да се „види“ околната среда с или без видима светлина. Количеството радиация, излъчвано от даден обект, се увеличава с повишаване на температурата му, така че термографията ни позволява да видим разликите в температурата. Когато гледаме през термокамера, топлите обекти се виждат по-добре от тези, охладени до температурата на околната среда; хората и топлокръвните животни се виждат по-лесно заобикаляща среда, както през деня, така и през нощта. В резултат на това напредъкът в използването на термография може да се отдаде на военните и службите за сигурност.

Инфрачервено самонасочване

Инфрачервена глава за самонасочване - глава за самонасочване, която работи на принципа на улавяне на инфрачервени вълни, излъчвани от целта, която се улавя. Това е оптико-електронно устройство, предназначено за идентифициране на цел на околния фон и подаване на сигнал за улавяне към устройство за автоматично насочване (ADU), както и за измерване и подаване на сигнал към автопилота ъглова скоростзрителни линии.

Инфрачервен нагревател

Трансфер на данни

Разпространението на инфрачервени светодиоди, лазери и фотодиоди направи възможно създаването на безжичен оптичен метод за предаване на данни, базиран на тях. IN компютърна технологияобикновено се използва за свързване на компютри с периферни устройства (IrDA интерфейс) За разлика от радиоканала, инфрачервеният канал е нечувствителен към електромагнитни смущения и това позволява да се използва в индустриална среда. Недостатъците на инфрачервения канал включват необходимостта от оптични прозорци на оборудването, правилна относителна ориентация на устройствата, ниски скоростипредаване (обикновено не надвишава 5-10 Mbit/s, но при използване на инфрачервени лазери е възможно значително повече високи скорости). Освен това не е гарантирана поверителността на трансфера на информация. При условия на пряка видимост инфрачервеният канал може да осигури комуникация на разстояние от няколко километра, но е най-удобен за свързване на компютри, разположени в една и съща стая, където отраженията от стените на помещението осигуряват стабилна и надеждна комуникация. Най-естественият тип топология тук е „шина“ (т.е. предаваният сигнал се получава едновременно от всички абонати). Инфрачервеният канал не можа да получи широко разпространение, той беше изместен от радиоканала.

Топлинното излъчване се използва и за получаване на предупредителни сигнали.

Дистанционно

Инфрачервените диоди и фотодиодите се използват широко в дистанционни контролни панели, системи за автоматизация, системи за сигурност и някои мобилни телефони(инфрачервен порт) и др. Инфрачервените лъчи не отвличат вниманието на човека поради своята невидимост.

Интересното е, че инфрачервеното излъчване на домашно дистанционно управление лесно се записва с помощта на цифрова камера.

Лекарство

Най-честите приложения на инфрачервеното лъчение в медицината се намират в различни сензори за кръвен поток (PPG).

Широко използваните измерватели на сърдечната честота (HR - Heart Rate) и насищането с кислород в кръвта (Sp02) използват зелени (за пулс) и червени и инфрачервени (за SpO2) светодиоди.

Инфрачервеното лазерно лъчение се използва в техниката DLS (Digital Light Scattering) за определяне на сърдечната честота и характеристиките на кръвния поток.

Инфрачервените лъчи се използват във физиотерапията.

Ефект на дълговълново инфрачервено лъчение:

• Стимулиране и подобряване на кръвообращението.При излагане на кожата на дълговълново инфрачервено лъчение, кожните рецептори се дразнят и поради реакцията на хипоталамуса гладката мускулатура на кръвоносните съдове се отпуска, в резултат на което съдовете се разширяват .
• Подобряване на метаболитните процеси. При излагане на топлина инфрачервеното лъчение стимулира активността на клетъчно ниво, подобрявайки процесите на неврорегулация и метаболизъм.

Стерилизация на храни

Инфрачервеното лъчение се използва за стерилизиране на хранителни продукти за дезинфекция.

Хранително-вкусовата промишленост

Особеността на използването на инфрачервено лъчение в Хранително-вкусовата промишленосте възможността за проникване на електромагнитна вълна в капилярно-порести продукти като зърно, зърнени култури, брашно и др. на дълбочина до 7 мм. Тази стойност зависи от естеството на повърхността, структурата, свойствата на материала и честотните характеристики на излъчването. Електромагнитна вълна с определен честотен диапазон има не само термичен, но и биологичен ефект върху продукта, спомагайки за ускоряване на биохимичните трансформации в биологичните полимери (

Инфрачервеното (IR) лъчение е вид електромагнитно лъчение, което заема спектралния диапазон между видимата червена светлина (INFRAred: ПОД червеното) и късовълновите радиовълни. Тези лъчи създават топлина и са научно известни като топлинни вълни. Тези лъчи създават топлина и са научно известни като топлинни вълни.

Всички нагрети тела излъчват инфрачервено лъчение, включително човешкото тяло и Слънцето, което по този начин затопля нашата планета, давайки живот на целия живот на нея. Топлината, която усещаме от огън в близост до огън или камина, нагревател или топъл асфалт, всичко това е следствие от инфрачервените лъчи.

Целият спектър на инфрачервеното лъчение обикновено се разделя на три основни диапазона, различаващи се по дължина на вълната:

• Къса дължина на вълната, с дължина на вълната λ = 0,74-2,5 µm;
• Средна вълна, с дължина на вълната λ = 2,5-50 µm;
• Дълга вълна, с дължина на вълната λ = 50-2000 µm.

Близките или късовълновите инфрачервени лъчи изобщо не са горещи; всъщност ние дори не ги усещаме. Тези вълни се използват например в дистанционни управления за телевизори, системи за автоматизация, системи за сигурност и др. Честотата им е по-висока и съответно енергията им е по-висока от тази на далечните (дълги) инфрачервени лъчи. Но не на такова ниво, че да навреди на тялото. Топлината започва да се създава при средни инфрачервени дължини на вълните и ние вече усещаме тяхната енергия. Инфрачервеното лъчение се нарича още „топлинно“ лъчение, тъй като излъчването от нагрети предмети се възприема от човешката кожа като усещане за топлина. В този случай дължините на вълните, излъчвани от тялото, зависят от температурата на нагряване: колкото по-висока е температурата, толкова по-къса е дължината на вълната и толкова по-висок е интензитетът на излъчване. Например, източник с дължина на вълната 1,1 микрона съответства на разтопен метал, а източник с дължина на вълната 3,4 микрона съответства на метал в края на валцуването или коването.

За нас е интересен спектърът с дължина на вълната 5-20 микрона, тъй като в този диапазон се появяват повече от 90% от излъчването, произведено от инфрачервените отоплителни системи, с радиационен пик от 10 микрона. Много важно е, че именно на тази честота самото човешко тяло излъчва инфрачервени вълни от 9,4 микрона. Така всяко излъчване с дадена честота се възприема от човешкия организъм като свързано и има благоприятен и дори оздравителен ефект върху него.

При такова излагане на тялото на инфрачервено лъчение възниква ефектът на „резонансно поглъщане“, който се характеризира с активното поглъщане на външна енергия от тялото. В резултат на това може да се наблюдава повишаване на нивото на хемоглобина на човек, повишаване на активността на ензимите и естрогените и като цяло стимулиране на жизнената активност на човека.

Въздействието на инфрачервеното лъчение върху повърхността на човешкото тяло, както вече казахме, е полезно и на всичкото отгоре приятно. Спомнете си първото слънчеви днив началото на пролетта, когато след дългата и облачна зима слънцето най-накрая се показа! Усещате как приятно обгръща осветената зона на вашата кожа, лице, длани. Вече не искам да нося ръкавици и шапка, въпреки доста ниската температура в сравнение с "удобната". Но веднага щом се появи малък облак, веднага изпитваме забележим дискомфорт от прекъсването на такова приятно усещане. Това е самата радиация, която толкова ни липсваше през цялата зима, когато Слънцето отсъстваше дълго време и ние, волю или неволю, изпълнихме нашия „инфрачервен пост“.

В резултат на излагане на инфрачервено лъчение можете да наблюдавате:

• Ускоряване на метаболизма в организма;
• Възстановяване на кожната тъкан;
• Забавяне на процеса на стареене;
• Премахване на излишните мазнини от тялото;
• Освобождаване на двигателната енергия на човека;
• Повишаване на антимикробната резистентност на организма;
• Активиране на растежа на растенията

и много много други. Освен това инфрачервеното лъчение се използва във физиотерапията за лечение на много заболявания, включително рак, тъй като насърчава разширяването на капилярите, стимулира притока на кръв в съдовете, подобрява имунитета и има общ терапевтичен ефект.

И това изобщо не е изненадващо, защото това излъчване ни е дадено от природата като начин за предаване на топлина и живот на всички живи същества, които се нуждаят от тази топлина и комфорт, заобикаляйки празното пространство и въздуха като посредници.

През 1800 г. ученият Уилям Хершел обявява откритието си на среща на Кралското общество в Лондон. Той измерва температури извън спектъра и открива невидими лъчи с голяма нагряваща мощност. Той проведе експеримента с помощта на телескопични филтри. Той забеляза, че те поглъщат светлина и топлина от слънчевите лъчи в различна степен.

След 30 години безспорно е доказано съществуването на невидими лъчи, намиращи се отвъд червената част на видимия слънчев спектър. Французинът Бекерел нарича това лъчение инфрачервено.

Свойства на инфрачервеното лъчение

Спектърът на инфрачервеното лъчение се състои от отделни линии и ленти. Но може и непрекъснато. Всичко зависи от източника на инфрачервените лъчи. С други думи, има значение кинетична енергияили температурата на атом или молекула. Всеки елемент от периодичната таблица в условията различни температуриТо има различни характеристики.

Например, инфрачервените спектри на възбудени атоми, поради относителното състояние на покой на ядрения сноп, ще имат строго линейни IR спектри. А възбудените молекули са на ивици и произволно разположени. Всичко зависи не само от механизма на суперпозиция на собствените линейни спектри на всеки атом. Но също и от взаимодействието на тези атоми един с друг.

С повишаването на температурата спектралните характеристики на тялото се променят. Така нагретите твърди вещества и течности излъчват непрекъснат инфрачервен спектър. При температури под 300°C радиацията се нагрява твърдоизцяло разположен в инфрачервената област. Както изследването на инфрачервените вълни, така и приложението на най-важните им свойства зависят от температурния диапазон.

Основните свойства на инфрачервените лъчи са абсорбция и допълнително нагряване на телата. Принцип на топлообмен инфрачервени нагревателиразлични от принципите на конвекция или проводимост. Намирайки се в поток от горещи газове, обектът губи известно количество топлина, докато температурата му е по-ниска от температурата на нагрятия газ.

И обратното: ако инфрачервени излъчватели облъчват обект, това не означава, че повърхността му поглъща това лъчение. Освен това може да отразява, абсорбира или предава лъчи без загуба. Почти винаги облъченият обект поглъща част от тази радиация, отразява част и пропуска част.

Не всички светещи обекти или нагрети тела излъчват инфрачервени вълни. Например, луминесцентни лампиили пламъкът на газовата печка няма такова излъчване. Принципът на работа на флуоресцентните лампи се основава на сияние (фотолуминесценция). Неговият спектър е най-близък до дневния спектър, Бяла светлина. Следователно в него почти няма инфрачервено лъчение. И най-високият интензитет на излъчване на пламъка на газовата печка пада върху дължината на вълната син цвят. IR излъчването на изброените нагрети тела е много слабо.

Има и вещества, които са прозрачни за видимата светлина, но не могат да пропускат инфрачервени лъчи. Например слой вода с дебелина няколко сантиметра няма да пропуска инфрачервено лъчение с дължина на вълната, по-голяма от 1 микрон. В този случай човек може да различи предмети, разположени на дъното, с просто око.

За да разберем принципа на действие на инфрачервените излъчватели, е необходимо да си представим същността на такива физическо явлениекато инфрачервено лъчение.

Инфрачервен обхват и дължина на вълната

Инфрачервеното лъчение е вид електромагнитно лъчение, което заема диапазона от 0,77 до 340 микрона в спектъра на електромагнитните вълни. В този случай диапазонът от 0,77 до 15 микрона се счита за късовълнов, от 15 до 100 микрона - средна вълна и от 100 до 340 - дълга вълна.

Късовълновата част от спектъра е в съседство с Видима светлина, а дълговълновият се слива с областта на ултракъсите радиовълни. Следователно инфрачервеното лъчение има както свойствата на видимата светлина (разпространява се по права линия, отразява се, пречупва се като видимата светлина), така и свойствата на радиовълните (може да преминава през някои материали, които са непрозрачни за видимата радиация).

Инфрачервените излъчватели с повърхностна температура от 700 C до 2500 C имат дължина на вълната от 1,55-2,55 микрона и се наричат ​​​​"светлина" - по дължина на вълната те са по-близки до видимата светлина, излъчвателите с по-ниска повърхностна температура имат по-голяма дължина на вълната и се наричат ​​" тъмен".

Източници на инфрачервено лъчение

Най-общо казано, всяко тяло, нагрято до определена температура, излъчва Термална енергияв инфрачервения диапазон на спектъра на електромагнитните вълни и може да пренася тази енергия чрез лъчист топлообмен към други тела. Трансферът на енергия се осъществява от тялото с повече висока температуракъм тяло с по-ниска температура, докато различни телаимат различни емисионни и абсорбционни способности, които зависят от естеството на двете тела, състоянието на тяхната повърхност и др.

Електромагнитното излъчване има квантово-фотонен характер. При взаимодействие с материята фотонът се поглъща от атомите на веществото, като им предава своята енергия. В същото време се увеличава енергията на топлинните вибрации на атомите в молекулите на веществото, т.е. радиационната енергия се превръща в топлина.

Същността на лъчистото отопление е, че горелката, като източник на радиация, генерира, формира в пространството и насочва топлинното излъчване в отоплителната зона. Той попада върху ограждащи конструкции (подове, стени), технологично оборудване, хора в зоната на облъчване, абсорбира се от тях и ги нагрява. Радиационният поток, абсорбиран от повърхности, дрехи и човешка кожа, създава топлинен комфорт, без да повишава температурата на околната среда. Въздухът в отопляваните помещения, оставайки почти прозрачен за инфрачервеното лъчение, се нагрява поради „вторична топлина“, т.е. конвекция от конструкции и предмети, нагрявани от радиация.

Свойства и приложение на инфрачервеното лъчение

Установено е, че излагането на отопление с инфрачервено лъчение има благоприятен ефект върху човека. Ако топлинното лъчение с дължина на вълната над 2 микрона се възприема главно от кожата, като получената топлинна енергия се провежда вътре, тогава лъчение с дължина на вълната до 1,5 микрона прониква през повърхността на кожата, частично я загрява, достига мрежата от кръвоносните съдове и директно повишава температурата на кръвта. При определена интензивност на топлинния поток въздействието му предизвиква приятно топлинно усещане. При лъчисто отопление човешкото тяло излъчва повечетоизлишната топлина чрез конвекция към околния въздух, който има повече ниска температура. Тази форма на топлообмен има освежаващ ефект и има благоприятен ефект върху благосъстоянието.

В нашата страна изследването на технологията за инфрачервено отопление се извършва от 30-те години на миналия век по отношение на селско стопанство, и за индустрията.

Проведените медико-биологични изследвания позволиха да се установи, че инфрачервените отоплителни системи по-пълно отговарят на спецификата на животновъдните помещения, отколкото конвективните централни или въздушни отоплителни системи. На първо място, поради факта, че при инфрачервено отопление температурата вътрешни повърхностиогради, особено пода, надвишава температурата на въздуха в помещението. Този фактор има благоприятен ефект върху топлинния баланс на животните, като елиминира интензивната загуба на топлина.

Инфрачервените системи, работещи заедно със системите за естествена вентилация, осигуряват намаление относителна влажноствъздух до стандартни стойности (в свинеферми и обори за телета до 70-75% и по-ниски).

В резултат на работата на тези системи температурно-влажностните условия в помещенията достигат благоприятни параметри.

Използването на лъчисти отоплителни системи за селскостопански сгради позволява не само да се създаде необходимите условиямикроклимат, но и за интензифициране на производството. В много ферми в Башкирия (колхоз на име Ленин, колхоз на име Нуриманов) производството на потомство се увеличи значително след въвеждането на инфрачервено отопление (увеличено опрасване в зимен период 4 пъти), безопасността на младите животни се е увеличила (от 72,8% на 97,6%).

В момента инфрачервената отоплителна система е инсталирана и работи един сезон в предприятието за чувашки бройлери в предградията на Чебоксари. Според отзиви от ръководители на ферми, в периода на минимални зимни температури -34-36 С, системата е работила без прекъсване и е осигурявала необходимата топлина за отглеждане на птици за месо (подови помещения) за период от 48 дни. В момента се обмисля въпросът за оборудването на останалите птицеферми с инфрачервени системи.