Частота инфракрасного излучения: длина волны, применение, свойства, польза, частота, спектр

Содержание

длина волны, применение, свойства, польза, частота, спектр

Инфракрасное излучение — это электромагнитное излучение, находящееся на границе с красным спектром видимого света. Человеческий глаз не способен видеть этот спектр, однако мы его ощущаем кожей, как тепло. При воздействии инфракрасных лучей, предметы нагреваются. Чем короче длина волны инфракрасного излучения, тем сильнее будет тепловой эффект.

Согласно международной организации стандартизации (ISO), инфракрасное излучение делится на три диапазона: ближний, средний и дальний. В медицине, в импульсной инфракрасной светодиодной терапии (LEDT), применяется только ближний инфракрасный диапазон, поскольку он не рассеивается на поверхности кожи и проникает на подкожные структуры.

Спектр ближнего инфракрасного излучения ограничен от 740 до 1400 нм, но с увеличением длины волны — снижается способность лучей проникать в ткани, за счет поглощения фотонов водой. В аппаратах “РИКТА” используются инфракрасные диоды с длиной волны в диапазоне 860-960 нм и средней мощностью 60 мВт (+/- 30).

Излучение инфракрасных лучей не такое глубокое, как лазерное, однако у него более широкий спектр воздействия. Было доказано, что фототерапия ускоряет заживление ран, уменьшает воспаление и снимает болевой синдром, воздействуя на подкожные ткани и способствуя пролиферации и адгезии клеток в тканях [1].

LEDT интенсивно способствует прогреванию ткани поверхностных структур, улучшает микроциркуляцию, стимулирует регенерацию клеток, способствует уменьшению воспалительного процесса и восстановлению эпителия [2].

ЭФФЕКТИВНОСТЬ ИНФРАКРАСНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ В ЛЕЧЕНИИ ЧЕЛОВЕКА

LEDT используется, как дополнение к низкоинтенсивной лазерной терапии аппаратов “РИКТА” и обладает лечебным и профилактическим эффектами.

Воздействие аппарата инфракрасного излучения способствует ускорению метаболических процессов в клетках, активирует регенеративные механизмы [3] и улучшает кровоснабжение [4]. У инфракрасного излучения комплексное действие, оно оказывает следующие эффекты на организм:

увеличение диаметра сосудов и улучшение кровообращения;
активация клеточного иммунитета;
снятие отечности тканей и воспаления;
купирование болевых синдромов;
улучшение метаболизма;
снятие эмоционального напряжения;
восстановление водно-солевого баланса;
нормализация гормонального фона.

Воздействуя на кожу, инфракрасные лучи раздражают рецепторы, передавая сигнал в мозг. Центральная нервная система рефлекторно отвечает, стимулируя общий метаболизм и повышая общий иммунитет.

Гормональный ответ способствует расширению просвета сосудов микроциркуляторного роста, улучшая кровоток. Это приводит к нормализации артериального давления, лучшему транспорту кислорода в органы и ткани [5].

БЕЗОПАСНОСТЬ

Несмотря на пользу, оказываемую импульсной инфракрасной светодиодной терапией, воздействие инфракрасным излучением должно быть дозированным. Бесконтрольное облучение может привести к ожогам, покраснениям кожи, перегреву тканей.

Количество и длительность процедур, частоту и область инфракрасного излучения, а также другие особенности лечения должен назначать специалист.

ПРИМЕНЕНИЕ ИНФРАКРАСНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

LEDT-терапия показала высокую эффективность при лечении разных заболеваний: пневмонии, гриппа, ангины, бронхиальной астмы, васкулита, пролежней, варикозного расширения вен, заболеваний сердца, обморожений и ожогов, некоторых форм дерматитов, заболеваний периферической нервной системы и злокачественных новообразований кожи [6].

Инфракрасное излучение, наряду с электромагнитным и лазерным, оказывает общеукрепляющее действие и помогает при лечении и профилактики многих заболеваний. Аппарат “РИКТА” сочетает в себе излучение многокомпонентного типа и позволяет добиться максимального эффекта в короткий срок. Купить прибор инфракрасного излучения можно в нашем каталоге.

НАЧАЛА ФИЗИКИ

НАЧАЛА ФИЗИКИ
ГЛАВА 31. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ВОЛНЫ. РАДИОВОЛНЫ, СВЕТ, РЕНТГЕНОВСКИЕ ЛУЧИ. ШКАЛА ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН

Область шкалы электромагнитных волн с частотами, лежащими в интервале 10¹² − 4,3·10¹⁴ Гц (и длинами волн от нескольких миллиметров до 760 нм называется инфракрасным излучением (или инфракрасными лучами). Открыл инфракрасные лучи английский астроном У. Гершель в 1800 г. Инфракрасное излучение также называют тепловым, так как инфракрасное излучение от нагретых предметов воспринимается кожей человека как ощущение тепла. При этом длины волн, излучаемые телом, зависят от температуры нагревания: чем выше температура, тем короче длина волны и выше интенсивность излучения. Источником инфракрасного излучения являются возбуждённые атомы или молекулы нагретого вещества. Тело человека излучает инфракрасные волны с длиной волны 5 ?10 мкм. Используют инфракрасные лучи в медицине (для локального нагревания частей тела) и ряде областей техники. В частности, основным элементом пультов дистанционного управления бытовой техникой являются инфракрасные диоды. Приборы ночного видения регистрируют инфракрасное излучение от тех или иных предметов.

Электромагнитное излучение в интервале частот 4,3·10¹⁴ − 7,7·10¹⁴ Гц (или длин волн 760 − 390 нм) воспринимается человеческим глазом как свет и называется видимым светом. Волны различных частот внутри этого диапазона воспринимаются глазом, как имеющие различный цвет. Волна с самой маленькой частотой из видимого диапазона 4,0·10¹⁴ Гц (длина волны 750·10^-9 м) воспринимается как красная, с самой большой частотой внутри видимого диапазона 7,7·10¹⁴ Гц (длина волны 390·10^-9 м) — как фиолетовая. Видимый свет излучается при переходе электронов в атомах, молекулами твердых тел, нагретых до 1000 С и более.

Волны с частотой 7,7·10¹⁴ − 10¹⁷ Гц (длина волны от 390·10^-9 до 1·10^-9 м) принято называть ультрафиолетовым излучением. Ультрафиолетовое излучение открыл в 1801 г. немецкий физик И. Риттер, который после открытия инфракрасного излучения провел поиски излучения, с длиной волны более короткой, чем у фиолетового цвета. Риттер обнаружил ультрафиолетовое излучение по его химическому действию. Ультрафиолетовое излучение имеет выраженное биологическое действие: оно способно убивать ряд микроорганизмов, способно вызвать усиление пигментации человеческой кожи (загар), при избыточном облучении в отдельных случаях может способствовать развитию онкологических заболеваний (рак кожи).

478/597

Инфракрасное тепло

Инфракрасные обогреватели

Отопление электрическое

КАРТА САЙТА

Оглавление

Инфракрасное тепло это тот же вид тепла, который получает человек от солнца, русской печи, батарей центрального отопления и других подобных источников.

Что такое инфракрасное тепло

Инфракрасное излучение более известно как тепловое излучение или в простонародий инфракрасное тепло. Большая часть Солнечной энергии поступает на Землю в виде инфракрасного излучения.
Солнце находящееся в зените обеспечивает освещённость на уровне моря чуть более 1 кВт. на один квадратный метр. При этом 523 Вт приходится на инфракрасное излучение, 445 Вт. — на видимый свет, 32 Вт.- на ультрафиолетовое излучение.

Инфракрасное тепло это электромагнитные волны, излучающиеся в диапазоне меньшем, чем 0,005м, но большем чем 770 нм.
Всё пространство вокруг нас заполнено электромагнитными волнами, которые в зависимости от частоты колебаний подразделяются на: рентгеновские лучи, видимый свет, инфракрасное излучение и радиоволны. Такой нескончаемый поток энергии происходит в результате колебаний электрических зарядов атомов и молекул.
Излучение видимого света, которое мы воспринимаем глазами, отличается длинной волны от рентгеновского излучения, излучения радио или инфракрасного излучения. Все они имеют одинаковые свойства распространения со скоростью света, то есть около 300000 км/сек.
Любое нагретое тело излучает электромагнитные волны. Это излучение получается в результате преобразования энергии теплового движения частиц в электромагнитную волну и называется тепловым излучением или инфракрасным теплом.
Инфракрасное излучение отличается от остальных видов тем, что энергия, посылаемая им на необходимое место, в то же время осуществляет и его нагрев.
Все объекты с температурой поверхности большей абсолютного нуля (-273 °С) испускают инфракрасное тепло.
Любое нагретое твёрдое тело испускает непрерывный инфракрасный спектр с волнами, имеющими все частоты излучения в широком диапазоне длин волн. Поэтому выделить какую-то определённую частоту из данного спектра и организовать работу с её применением на данном этапе практически не возможно.
При этом температура объекта, а также его физические свойства определяют эффективность и длину излучаемой инфракрасной волны.
Так при температурах ниже 450 °С излучение исходящее от твёрдого тела полностью расположено в инфракрасной области спектра — такое тело не испускает видимых глазом лучей и кажется тёмным.
С повышением температуры нагрева повышается, и доля излучения в видимом спектре тело приобретает сначала тёмно-красный свет затем ярко красный, желтый и наконец, белый. При достижении температуры 1000 °С и выше тело испускает ультрафиолетовое излучение.

Закон теплового излучения открытый Планком устанавливает зависимость мощности интенсивности излучения твёрдого тела от длины волны и температуры. График, представляющий данный закон для двух различных длин волн и температур нагрева представлен на рисунке.
Из данного графика видно, что поверхность под кривой с определённой температурой нагрева даёт возможность определить интенсивность излучения в зависимости от длинны волны.
Отсюда вывод, что площадь интенсивности излучения возрастает с увеличением температуры нагрева тела и уменьшением длинны волны.

Диапазон волны инфракрасного излучения
делится на три составляющих: коротковолновая (λ = 0,74-2,5 мкм.), средневолновая (λ = 2,5-50 мкм.), длинноволновая (λ = 50-2000 мкм.).
Длинноволновая область излучения инфракрасного тепла не оказывает вредного влияния на организм человека, и являются самым благоприятным диапазоном волн передающих тепловую энергию.
Чем выше температура излучателя, тем короче (жёстче) длинна испускаемой волны. Исследования учёных доказали, что лучшим диапазоном волн для человека является средневолновый.
Причём не вся его часть, а та, которая лежит в интервале 5 — 15 мкм. Тепловое излучение самого человека составляй 9,6 мкм. то есть оно находится как раз в этом интервале.
Средний диапазон волн наиболее перспективен и в промышленном производстве, так как большинство оптимальных процессов сушки материалов находятся в интервале длин волн 2,5 — 10 мкм.

Вредно ли инфракрасное тепло

«Инфракрасное излучение«
не имеет ничего общего с «Рентгеновским или Ультрафиолетовым излучением», которые находятся за пределами видимой области спектра и ни как не связаны с восприятием тепла в организме человека.
Но так как слово «излучение» относится ко всем выше перечисленным видам, то это вызывает у простого человека синдром опасности получения им вредного излучения вызывающего неизлечимые болезни.
Инфракрасное тепло это тоже тепло, которое человек получает от солнца, печки, горячей батарей. Мы воспринимаем тепло, когда поглощаем инфракрасное излучение и чувствуем холод при излучении его в окружающее пространство.
При этом наше восприятие тепла не имеет ничего общего с окружающей температурой воздуха. Данный вид тепла является для нас естественным и совершенно безопасным видом излучения кроме того он может оказать существенную пользу в лечении многих заболеваний.

Как говорилось выше, в инфракрасном спектре есть область с длинами волн порядка от 5 до 10 мкм. которая способна оказывать на человека общеукрепляющее и оздоравливающе действие.
На этой основе строятся инфракрасные сауны, в которых инфракрасная энергия, передаваемая волновым способом, проникает глубоко в ткани организма и эффективно их прогревает.
В результате расширяются кровяные сосуды, ускоряется поток крови и других жидкостей, что приводит к снижению давления на сердце, улучшается обмен веществ, повышается процесс доставки питательных веществ и кислорода к клеткам организма.

Инфракрасное тепло может оказывать и вредное влияние на организм. Так если спектр излучения сдвинут в более короткую область (с длиной волны 0,78…1,4 мкм., тепловое излучение мартеновской печи) то проникновение лучей в тело человека может достигать порядка до 4 см.
Если же такому излучению подвергаться довольно длительное время, то можно получить тепловой удар. Поэтому при выборе инфракрасного обогревателя следует обращать внимание на частотный спектр его излучения.
Чем он короче, тем менее полезным он будет для здоровья. В обычных условиях приобретения такого обогревателя грубо его частотные характеристики можно определить по интенсивности свечения нагревательного элемента.
Если он испускает видимый свет даже в затемнённом помещений, то такой обогреватель излучает более короткий диапазон волн и его лучше не приобретать.
В тоже время абсолютно тёмный нагревательный элемент говорит о том, что данный обогреватель относится к классу длинноволновых, и выбор его более предпочтителен.

Инфракрасное тепло — улучшение экологии в помещениях

Системы конвекционного отопления (центрального отопления) создают идеальные условия для образования конденсата. Это происходит, потому что данная система отопления в первую очередь нагревает воздух и практически не нагревает стеновые панели здания.
В таких условиях температура воздуха может составлять +21 ° C при влажности воздуха 70%, а стены прогреты до +15 ° C.
Так как тёплый воздух проходит над холодной поверхностью (окна, стены, двери) то возникает точка росы (температура выпадения конденсата) и на стенах либо внутри их (в зависимости от разницы температур на поверхности) появляется конденсат.
При этом тёплый, влажный воздух и конденсат создают идеальные условия для размножения бактерий, плесени и грибков. Однако это не все неприятности конвекционного отопления.
Воздушный поток, который непременно возникает при данной системы топления, является идеальным транспортным механизмом для разноса этих организмов по всему помещению.

Инфракрасное тепло, создаваемое инфракрасными обогревателями при отоплении бытовых и производственных помещений имеет то преимущество перед конвекционным, что оно прогревает окружающую среду, экономически, без излишнего подогрева воздуха.
В тоже время часть инфракрасного тепла попадает на стены и окна, повышая их температуру и значительно сдвигая точку росы. Таким образом, воздух остаётся сухим, но прохладным и люди чувствуют себя более комфортно.
Такая технология применения инфракрасного тепла позволяет значительно улучшить экологию в
обогреваемых помещениях на производстве.
и предотвратить распространение таких неприятных заболеваний как простуды, кашель, озноб, а также появления на стенах плесени.

Инфракрасное тепло влияние на человека

Инфракрасное тепло позволяет человеку комфортно чувствовать себя при довольно низких температурах окружающей его среды.
Отдача тепловой энергии телом человека в окружающую среду должна по возможности находится в равновесии
с образованием её в процессе обмена веществ в самом организме. Организм человека производит в среднем 100 ккал/ч. тепла. Это число увеличивается при
увеличении обмена веществ, например при мышечной работе. Сколько тепла вырабатывает организм, столько же он должен и отдать в окружающую среду. Если
он отдаёт больше, чем вырабатывает, то возникает опасность замерзания, если он отдаёт слишком мало, то наступает тепловой удар. С помощью одежды
и отопления мы стараемся выровнять разницу между производством тепла организмом и отдачей её. Отдача тепла происходит в первую очередь путём излучения и
конвекции. Чем больше скорость воздуха и разница температуры между телом человека и окружающим воздухом, тем больше отдача. Во время езды на мотоцикле
вследствие большой скорости воздуха излучаемое тепло отдаётся больше, чем во время прогулки пешком, при которой благодаря мышечной работе вырабатывается больше тепла.

Инфракрасное тепло отдаётся в основном путём излучения и определяется изменением температуры окружающих стен и мебели. Мы не находим
комфортных условий в квартире с высокой температурой воздуха, когда её стены очень холодные (здание стоящее на открытом месте), потому, что мы отдаём очень
много тепла путём излучения. И, наоборот, несмотря на довольно низкую температуру воздуха можно себя чувствовать довольно хорошо при соответственно
высокой температуре стен. Задачей отопления является не содержание помещения при определённой температуре, а поддержание теплового равновесия человеческого организма.

На самом деле температура, которую ощущает человек (так называемая температура ощущения Т_о) складывается из
температуры воздуха Т_в и инфракрасного тепла И_т . Т_о
приближенно равна (Т_в+И_т)/2. Поэтому одно и то же значение Т_о можно получить при разных
значениях Т_в, даже отрицательных. Например, на склоне снежной горы под ярким солнцем можно с комфортом загорать.

Воздух обладает низкой теплоемкостью, поэтому для нагрева воздуха до нормативной температуры по всему объему помещения требуются
большие затраты энергии. Однако, рабочая зона, в которой находятся люди, как правило, располагается на высоте до 2-х метров — все, что выше этой
зоны, по существу обогревается впустую. Теплый воздух поднимается вверх, скапливаясь под потолком и увеличивает непроизводительные потери на отопление.
Дополнительные потери приходятся на нагретый воздух, удаляемый из производственного помещения системой вентиляции находящейся как правило в его верхней части.
Отопление производства инфракрасными обогревателями
это не простой процесс, требующий учёта различных нюансов. Поэтому перед установкой системы отопления в обязательном порядке необходимо произвести её расчёт.
Что позволит экономно расходовать энергоресурсы и при этом обеспечить комфортную температуру в помещении для человека.

Человек чувствует себя довольно хорошо, когда воспринимает на себя инфракрасные лучи, несмотря на холодные
стены и низкую внешнюю температуру, куда он отдаёт много тепла. Кожа человека очень хорошо воспринимает инфракрасное тепло.

Данные о восприятии инфракрасного тепла кожей человека

*Сила облучения в ккал/мин см²**	Ощущения
0,0015	Ощущение боли
0,0002	Горячо, жжёт, напряжение лица
0,00005	Ощущение тепла
0,000015	После некоторого действия лёгкое ощущение тепла

Инфракрасное излучение это тот же вид тепла, который мы получаем от солнца, русской печки, батареи центрального отопления и т. д. Это излучение, которое подчинятся тем же законам физики, что и видимый свет. Спектральная область, находится между красным видимым светом и коротковолновым излучением. Оно присуще всем нагретым телам при этом длина волны, излучаемая им, зависит от температуры самого тела, чем она выше, тем короче волна и выше интенсивность самого излучения. Так земная поверхность нагретая солнечными лучами сама является источником излучения с интервалом длин волн 7 — 14 мкм. (микрометров) с максимумом 10 мкм. Человек так же излучает и поглощает инфракрасное излучение с пиком 9,6 мкм. Тепло с такой длинной волн глубоко проникает в тело человека, интенсивно прогревая его благоприятно действуя на внутренние органы.

Об этом хорошо знали наши предки и нередко прибегали к лечению теплом определённых заболеваний посредством прогревания тела в парилках. Температура воздуха у потолка парилки достигает порядка +100°С, при этом кожа человека нагревается до +39 — 40°С. Человек начинает интенсивно потеть и дальнейший рост температуры замедляется. Достигнув +41°С градуса, температура кожи опускается. Внутренние органы начинают постепенно прогреваться и достигают температуры +38 — 39°С. В результате чего в организме человека резко возрастают обменные процессы, что соответствует лихорадочному состоянию. При этом значительно повышается сопротивляемость организма действию вирусов и бактерий, улучшается здоровье. Древнегреческий врач Пемендидес писал в своё время «Дайте мне способ вызвать лихорадку, и я излечу любую болезнь».

Влияние инфракрасного излучения на человека было изучено японским врачом Тадаши Ишикава в 60-х годах прошлого столетия. Он установил что инфракрасный луч может проникать в тело человека на большую глубину вызывая аналогичный эффект получаемый человеком в парилке. Но в этом случае потоотделение кожи начинается уже при температуре +50 — 60°С и внутренние органы прогреваются значительно глубже, чем в парилке. Инфракрасные волны, проникая вглубь тела человека, прогревают все его органы и усиливают кровообращение. Физическая терморегуляция перестраивается на увеличение теплоотдачи, в тоже время химическая терморегуляция приводит к уменьшению теплопродукции. Что ведёт к расширению сосудов кожи, подкожной клетчатки и органов дыхания которые в свою очередь улучшают питание мышц и резко повышают снабжение тканей кислородом.
Результатом этих работ стало создание инфракрасных кабин, в котором основным элементом обогрева были
длинноволновые инфракрасные обогреватели.

Длительные исследования учёных по влиянию инфракрасного излучения на человека показали, что инфракрасное тепло оказывает положительное воздействие на его здоровье. При этом поглощённое телом излучение согревает человека, преобразуясь в тепло, а излишки тепла отдаются прохладному воздуху, действуя освежающе на него. Но не следует забывать и о том, что длительное пребывание под интенсивным инфракрасным излучением может спровоцировать тепловой удар.

Подведя итоги, приходим к заключению: инфракрасное излучение это естественный природный вид излучения на земле; человек постоянно подвергается действию инфракрасных лучей это его нормальное состоянии; кратковременное воздействие в небольших дозах инфракрасного тепла на человека благотворно влияет на его здоровье; длительное пребывание под мощным источником инфракрасного излучения может привести к тепловому удару.

Обогреватели для дома
.
— Инфракрасные обогреватели для дома, принципы их применения, достоинства, преимущество перед другими видами обогрева.

Обогреватели для дачи
.
— Обогреватели для дачи, принципы их применения, преимущество перед масляными конвекционными обогревателями.

инфракрасное излучение | Heat Plus

инфракрасное излучение

С древних времен люди хорошо знали благотворную силу тепла или, говоря научным языком, инфракрасного излучения. Инфракрасное излучение – это часть спектра излучения Солнца, которая непосредственно примыкает к красной части видимой области спектра и обладает способностью нагревать большинство предметов. Человеческий глаз не в состоянии видеть в этой части спектра, но мы можем чувствовать тепло.

Как известно, любой объект, чья температура превышает (–273) градусов Цельсия излучает, а спектр его излучения определяется только его температурой и излучающей способностью. Инфракрасное излучение имеет две важные характеристики: длину волны (частоту) излучения и интенсивность. Инфракрасные лучи были открыты в 1800 году английским физиком Уильямом Гершелем.

Подразделяют три области инфракрасного излучения в зависимости от длины волны: ближняя (0,75—1,5 микрометров), средняя (1,5 – 5,6 мкм) и дальняя (5,6—100 мкм)( 1 мкм=1/1000000 м). Инфракрасные лучи абсолютно безопасны для организма человека в отличие от рентгеновских, ультрафиолетовых или СВЧ.

В инфракрасном спектре есть область с длинами волн примерно от 7 до 14 мкм(так называемая длинноволновая часть инфракрасного диапазона), оказывающая на организм человека по — настоящему уникальное полезное действие. Эта часть инфракрасного излучения соответствует излучению самого человеческого тела с максимумом на длине волны около 10 мкм. Поэтому любое внешнее излучение с такими длинами волн наш организм воспринимает как «своё». Самый известный естественный источник инфракрасных лучей на нашей Земле — это Солнце, а самый известный искусственный источник длинноволновых инфракрасных лучей — это печь, и каждый человек обязательно испытывал на себе их благотворное влияние.

Воздействуя на организм человека в длинноволновой части инфракрасного диапазона, можно получить явление, называемое «резонансным поглощением», при котором внешняя энергия будет активно поглощаться организмом. В результате этого воздействия повышается потенциальная энергия клетки организма, и из нее уходит не связанная вода, повышается деятельность специфических клеточных структур, растет уровень иммуноглобулинов, увеличивается активность ферментов и эстрогенов, происходят и другие биохимические реакции. Это касается всех типов клеток организма и крови.

Что такое инфракрасное излучение. Источники инфракрасного излучения: виды, применение

Ежедневно человек находится под влиянием инфракрасного излучения и естественным его источником является солнце. Элементы накаливания и разные электронагревательные приборы относят к неестественным производным
. Данная радиация применяется в системах отопления, инфракрасных лампах, обогревательных устройствах, пультах к телевизору, медицинском оборудовании. Поэтому всегда необходимо знать, какая польза и вред инфракрасного излучения для человека.

Инфракрасное излучение: что это

В 1800 году английский физик открыл инфракрасное тепло, разложив солнечный свет в спектр с помощью призмы
. Уильям Гершель прикладывал термометр к каждому цвету, пока не заметил повышение температуры при переходе от фиолетового цвета к красному. Таким образом, была открыта область ощущения тепла, но она не видна человеческому взору. Различают излучение по двум основным параметрам: частоту (интенсивность) и длину луча. В то же время длина волны делится на три типа: ближняя (от 0,75 до 1,5 мкм), средняя (от 1,5 до 5,6 мкм), дальняя (от 5,6 до 100 мкм).

Именно длинноволновая энергия обладает положительными свойствами, соответствуя природному излучению человеческого тела с наибольшей длиной волны в 9,6 мкм. Поэтому каждое внешнее воздействие тело воспринимает как «родное». Самым лучшим примером ультракрасного излучения является тепло Солнца. Такой луч имеет отличие в том, что он нагревает объект, а не пространство вокруг него. Инфракрасное излучение – это вариант раздачи тепла
.

Польза инфракрасного излучения

Приборы, в которых используется длинноволновое тепловое излучение, воздействуют двумя разными способами на человеческий организм. Первый метод обладает укрепляющим свойством, повышая защитные функции и предотвращая раннее старение. Этот тип позволяет справиться с разными заболеваниями, повышая природную защиту организма к недугам. Это одна из форм лечения, которая основывается на поддержании здоровья и подходит для применения в домашних условиях и медицинских учреждениях.

Второй вид влияния ультракрасных лучей заключается в прямом лечении заболеваний и общих недомоганий. Ежедневно человек сталкивается с расстройствами, связанными со здоровьем. Поэтому длинные излучатели обладают терапевтическим свойством. Во многих лечебных заведениях Америки, Канады, Японии, странах СНГ и Европы применяется такое излучение. Волны способны глубоко проникать в тело, прогревая внутренние органы и костную систему. Эти эффекты способствуют улучшению кровообращения и ускорению потоку жидкостей в организме.

Повышенная циркуляция крови благотворно влияет на метаболизм человека, ткани насыщаются кислородом, а мышечная система получает питание
. Многие болезни можно устранить регулярным воздействием излучения, проникающего глубоко в человеческое тело. Такая длина волны избавит от таких недугов, как:

повышенное или пониженное давление;
болевые ощущения в области спины;
лишний вес, ожирение;
заболевания сердечно-сосудистой системы;
депрессивное состояние, стресс;
нарушения работы пищеварительного тракта;
артрит, ревматизм, невралгия;
артроз, воспаление суставов, судороги;
недомогание, слабость, истощение;
бронхит, астма, воспаление легких;
расстройство сна, бессонница;
мышечные и поясничные боли;
проблемы с кровоснабжением, циркуляцией крови;
оториноларингологические заболевания без гнойных отложений;
недуги кожных покровов, ожоги, целлюлит;
почечная недостаточность;
простудные и вирусные недуги;
снижение защитной функции организма;
интоксикация;
цистит и простатит обостренной формы;
холецистит без образования камней, гастродуоденит.

Положительное влияние излучения основывается на том, что когда волна попадает на кожный покров, она действует на окончания нервов и возникает ощущение тепла
. Свыше 90% радиации уничтожается влагой, находящейся в верхнем слое кожи, она не вызывает ничего больше чем повышения температуры тела. Спектр воздействия, длина которого составляет 9,6 мкм, абсолютно безопасен для человека.

Истории наших читателей

Владимир
61 год

Излучение стимулирует кровообращение, приводя в норму кровяное давление и обменные процессы. При снабжении мозговых тканей кислородом снижается риск появления головокружения и улучшается память. Ультракрасный луч способен вывести соли тяжелых металлов, холестерин и токсины. Во время терапии у больного повышается иммунитет, нормализуется гормональный фон и восстанавливается водно-солевой баланс. Волны снижают действие разных ядовитых химических веществ, обладают противовоспалительным свойством, подавляют образование грибков, включая плесневых.

Применение инфракрасного излучения

Ультракрасная энергия используется в разных областях, положительно влияя на человека:

Термография. С помощью инфракрасного излучения определяется температура предметов, находящихся на расстоянии. В основном тепловые волны используются в военных и промышленных сферах. Нагретые объекты с таким прибором можно увидеть без освещения.
Обогрев. Ультракрасные лучи способствуют повышению температуры, благотворно сказываясь на человеческом здоровье
. Помимо полезных инфракрасных саун, их применяют для сварки, отжига пластмассовых предметов, отверждения поверхностей в промышленной и медицинской сфере.
Слежение. Этот способ использования тепловой энергии заключается в пассивном наведении ракет. В этих летательных элементах внутри находится механизм, называемый «тепловым искателем». Машины, самолеты и другой транспорт, а также люди излучают тепло, помогая ракетам найти правильное направление полета.
Метеорология. Излучение помогает спутникам определиться с расстоянием, на котором находятся облака, определяет их температуру и вид
. Теплые облака показываются серым цветом, а холодные – белым. Данные изучаются без помех как днем, так и ночью. Земная горячая плоскость будет обозначена серым или черным цветом.
Астрономия. Астрономы оснащены уникальными приборами – инфракрасными телескопами, позволяющими наблюдать за разными объектами в небе. Благодаря им ученые способны найти протозвезды до того, как они начнут излучать свет, видимый человеческому глазу. Такой телескоп с легкостью определит холодные объекты, но в просматриваемом инфракрасном спектре нельзя увидеть планеты из-за заглушающего света от звезд. Также устройство используется для наблюдения за ядрами галактик, которые закрывает газ и пыль.
Искусство. Рефлектограммы, которые работают на основе инфракрасного излучения, помогают специалистам в этой сфере детальнее рассмотреть нижние слои предмета или наброски художника. Этот метод позволяет сопоставить чертежи рисунка и его видимую часть для выяснения подлинности картины, и была ли она на реставрации. Ранее устройство приспосабливалось для изучения старых документов в письменном виде и изготовления чернил.

Это лишь основные методы использования тепловой энергии в науке, но ежегодно появляется новое оборудование, работающее на его основе.

Вред инфракрасного излучения

Инфракрасный свет приносит не только положительное действие на человеческий организм, стоит помнить о вреде, который он может нанести при неправильном применении и быть опасными для окружающих. Именно ИК-диапазоны с короткой длиной волны негативно воздействуют
. Плохое влияние инфракрасного излучения на организм человека проявляется в виде воспаления нижних слоев кожи, расширенных капилляров и образования волдырей.

От использования ИК-лучей необходимо сразу отказаться при таких болезнях и симптомах:

заболевания кровеносной системы, кровотечения;
хроническая или острая форма гнойных процессов;
беременность и лактация;
злокачественные опухоли;
легочная и сердечная недостаточность;
острые воспаления;
эпилепсия;
при продолжительном влиянии ИК-излучения повышается риск развития светобоязни, катаракты и других заболеваний глаз.

Сильное воздействие инфракрасной радиации приводит к покраснению кожи и возникновению ожога. У рабочих в сфере металлургии иногда наблюдается развитие теплового удара и дерматита. Чем меньше расстояние пользователя к обогревательному элементу, тем меньше времени он должен проводить возле устройства. Перегревание тканей мозга на один градус и тепловой удар сопровождается такими симптомами, как тошнота, головокружение, тахикардия, потемнение в глазах. При повышении температуры на два и выше градуса существует риск развития менингита.

Если под воздействием инфракрасного излучения случился тепловой удар, следует незамедлительно поместить пострадавшего в прохладном помещении
и снять с него всю одежду, которая сжимать или стесняет движения. Повязки, смоченные в холодной воде, или мешочки со льдом прикладываются на область груди, шеи, паха, лба, позвоночника и подмышек.

При отсутствии мешочка для льда, можно использовать для этих целей любую ткань или предмет одежды. Компрессы делаются лишь с очень холодной водой, периодически смачивая в ней повязки.

При возможности человек полностью оборачивается холодной простыней. Дополнительно можно обдувать больного потоком холодного воздуха, используя вентилятор. Обильное питье холодной воды поможет облегчить состояние пострадавшего. При тяжелых случаях облучения требуется вызвать скорую помощь и сделать искусственное дыхание.

Как избежать вредного влияния ИК-волн

Чтобы защитить себя от негативного воздействия тепловых волн, необходимо придерживаться некоторых правил:

Если работа напрямую связана с высокотемпературными нагревателями, то требуется использование защитной одежды для оберегания тела и глаз
.
С особой осторожностью применяются бытовые обогреватели, у которых открытые нагревательные элементы. Нельзя находиться близко возле них и лучше сократить время их влияния к минимуму.
В помещении должны располагаться такие устройства, которые наименее воздействуют на человека и его здоровье.
Не стоит долго находиться под солнечными лучами
. Если изменить это нельзя, то нужно постоянно носить головной убор и одежду, прикрывающую открытые участки тела. В особенности это относится к детям, которые не всегда могут определить повышение температуры тела.

При соблюдении этих правил человек сможет защититься от неприятных последствий чрезмерного теплового влияния. Инфракрасные лучи могут принести как вред, так и пользу при определенном их применении.

Методы лечения

Терапия с помощью инфракрасного цвета делится на два типа: местная и общая. При первом типе отмечается локальное воздействие на тот или иной участок, а при общем лечении волны обрабатывают весь организм человека. Процедура проводится два раза в день по 15-30 минут. Курс лечения составляет от 5 до 20 сеансов. Необходимо обязательно надевать защитные средства при излучении. Для глаз используются картонные накладки или специальные очки. После процедуры на коже появляется покраснение с размытыми границами, которое пропадает по истечении часа после воздействия лучей
. Инфракрасное излучение в медицине очень ценится.

Высокая интенсивность излучения может причинить вред здоровью, поэтому нужно следовать всем противопоказаниям.

Тепловая энергия ежедневно сопровождает человека в повседневной жизни. Инфракрасное излучение приносит не только пользу, но и вред
. Поэтому требуется к ультракрасному свету относиться осторожно. Устройства, которые излучают эти волны, должны использоваться по правилам безопасности. Многие не знают, вредно ли тепловое воздействие, но при правильном применении приборов можно улучшить состояние здоровья человека и избавиться от тех или иных заболеваний.

Свет – это залог существования живых организмов на Земле. Существует огромное количество процессов, которые могут протекать благодаря воздействию инфракрасного излучения. Помимо этого, его применяют в лечебных целях. С ХХ века терапия светом стала значимой составляющей традиционной медицины.

Особенности излучения

Фототерапия – это специальный раздел в физиотерапии, занимающийся изучением воздействия волны световой на организм человека. Было отмечено, что волны имеют различный диапазон, поэтому они по-разному сказываются на человеческом организме. Важно отметить, излучение владеет самой большой глубиной проникновения. Что касается поверхностного влияния, то им обладает ультрафиолет.

Диапазон инфракрасного спектра (спектр излучения) имеет соответствующую длину своей волны, а именно 780 нм. до 10000 нм. Что касается физиотерапии, то для лечения человека применяется длина волны, которая колеблется в спектре от 780 нм. до 1400 нм. Данный диапазон инфракрасного излучения считается нормой для терапии. Простыми словами, применяется соответствующая длина волны, а именно более короткая, способная проникать в кожу на три сантиметра. Помимо этого, учитывается специальная энергия кванта, частота излучений.

Согласно многим исследованиям, было установлено, что свет, радиоволны, лучи инфракрасные, обладают одной природой, так как это разновидности электромагнитной волны, которая окружает людей повсюду. Подобные волны обеспечивают работу телевизоров, мобильных телефонов и радио. Простыми словами, волны позволяют человеку увидеть окружающий мир.

Инфракрасный спектр имеет соответствующую частоту, длина волны которой 7-14 мкм, что оказывает уникальное воздействие на организм человека. Данная часть спектра соответствует излучениям человеческого тела.

Что касается объектов кванта, то молекулы не имеют возможности произвольно колебаться. Каждая молекула кванта обладает определенным комплексом энергии, частот излучений, которыми запасаются в момент колебаний. Однако стоит учесть, что молекулы воздуха оснащены обширным набором таких частот, поэтому атмосфера способна поглощать излучение в разнообразных спектрах.

Источники излучения

Солнце является основным источником ИК.

Благодаря ему предметы могут нагреваться до конкретной температуры. В итоге осуществляется излучение тепловой энергии в спектре данных волн. Затем энергия доходит к объектам. Процесс передачи тепловой энергии осуществляется от предметов с высокой температурой к более низкой. В этой ситуации у объектов присутствуют различные излучающие свойства, имеющие зависимость от нескольких тел.

Источники инфракрасного излучения присутствуют повсюду, они оснащенными такими элементами, как светодиоды. Все современные телевизоры оснащены пультами, работающими на дистанционном управлении, так как он функционирует в соответствующей частоте инфракрасного спектра. В их составе имеются светодиоды. Различные источники инфракрасного излучения можно увидеть на промышленных производствах, например: в сушке лакокрасочных поверхностей.

Самым ярким представителем искусственного источника на Руси являлись русские печи. Практически все люди испытали на себе влияние подобной печи, а также оценили ее пользу. Именно поэтому от нагретой печи или же радиатора отопления можно почувствовать такое излучение. В настоящее время огромной популярностью пользуются обогреватели инфракрасные. Они обладают перечнем преимуществ по сравнению с конвекционным вариантом, так как более экономичны.

Значение коэффициента

В инфракрасном спектре имеется несколько разновидностей коэффициента, а именно:

излучения;
коэффициент отражения;
пропускной коэффициент.

Итак, коэффициент излучения является способностью объектов излучать частоту излучений, а также энергию кванта. Может меняться в соответствии с материалом и его свойствами, а также температуры. Коэффициент имеет такое максимальное излечение = 1, но в реальной ситуации он всегда меньше. Что касается низкой способности излучения, то ею наделены элементы, имеющие блестящую поверхность, а также металлы. Коэффициент зависит от температурных показателей.

Коэффициент отражения дает увидеть возможность материалов отражать частоту изучений. Зависит от типа материалов, свойств и температурных показателей. В основном отражение имеется у полированных и гладких поверхностей.

Коэффициент пропускания показывает способность предметов проводить сквозь себя частоту инфракрасного излучения. Подобный коэффициент напрямую зависит от толщины и разновидности материала. Важно заметить, что большая часть материалов не имеет такой коэффициент.

Использование в медицине

Световое лечение инфракрасным излучением стало достаточно популярным в современном мире. Применение инфракрасного излучения в медицине обусловлено тем, что методика имеет лечебные свойства. Благодаря этому, наблюдается благотворное влияние на организм человека. Тепловое влияние образует в тканях тело, регенерирует ткани и стимулирует репарацию, ускоряет физико-химические реакции.

Помимо этого, организм испытывает значительные улучшения, так как происходят такие процессы:

ускорение кровотока;
расширение сосудов;
выработка биологически активных веществ;
мышечная релаксация;
прекрасное настроение;
комфортное состояние;
хороший сон;
снижение давления;
снятие физического, психоэмоционального перенапряжения и прочее.

Видимый эффект от лечения наступает в течение нескольких процедур. Помимо отмеченных функций, инфракрасный спектр оказывает противовоспалительное влияние на организм человека, помогает бороться с инфекцией, стимулирует и укрепляет иммунную систему.

Подобная терапия в медицине имеет следующие свойства:

биостимулирующее;
противовоспалительное;
дезинтоксикационное;
улучшение кровотока;
пробуждение второстепенных функций организма.

Инфракрасное световое излучения, а точнее лечение им, имеет видимую пользу для человеческого организма.

Лечебные методики

Терапия бывает двух видов, а именно – общая, местная. Что касается местного воздействия, то лечение осуществляется на определенной части тела больного. Во время общей терапии, применение световой терапии рассчитано на весь организм.

Процедура осуществляется дважды в день, продолжительность сеанса колеблется в пределах 15-30 минут. Общий лечебный курс содержит не менее пяти – двадцати процедур. Следите за тем, чтобы была готова защита от инфракрасного излучения, предназначенная для области лица. Для глаз предназначены специальные очки, вата или же картонные накладки. После проведения сеанса, кожа покрывается эритемой, а именно – покраснениями, имеющими размытые границы. Эритема исчезает через час после процедуры.

Показания и противопоказания к лечению

ИК имеет основные показания к применению в медицине:

болезни лор-органов;
невралгия и неврит;
заболевания, затрагивающие опорно-двигательный аппарат;
патология глаз и суставов;
воспалительные процессы;
раны;
ожоги, язвы, дерматозы и рубцы;
астма бронхиальная;
цистит;
болезнь мочекаменная;
остеохондроз;
холецистит без камней;
артрит;
гастродуоденит в хронической форме;
пневмония.

Световое лечение имеет положительные результаты. Помимо лечебного эффекта, ИК может быть опасно для человеческого организма. Это обусловлено тем, что имеются определенные противопоказания, не соблюдая которые можно нанести вред здоровью.

Если имеются следующие недуги, то подобное лечение принесет вред:

период беременности;
болезни крови;
индивидуальная непереносимость;
хронические болезни в острой стадии;
гнойные процессы;
туберкулез активной формы;
предрасположенность к кровотечениям;
новообразования.

Следует учитывать указанные противопоказания, чтобы не причинить вреда собственному здоровью. Слишком высокая интенсивность излучения способна причинить огромный вред.

Что касается вреда ИК в медицине и на производстве, то может возникнуть ожог и сильнейшее покраснение кожного покрова. В некоторых случаях у людей возникали опухоли на лице, так как они контактировали с данным излучением достаточно долго. Существенный вред инфракрасного излучения может вылиться в форме дерматитов, а также бывает тепловой удар.

Инфракрасные лучи достаточно опасны для глаз, особенно в диапазоне до 1,5 мкм. Длительное воздействие оказывает существенный вред, так как появляется светобоязнь, катаракта, проблемы со зрением. Длительное влияние ИК – очень опасно не только для людей, но для растений. Используя оптические приборы, можно постараться исправить проблему со зрением.

Воздействие на растения

Всем известно, что ИК оказывают благотворное влияние на рост, развитие растений. Например, если обустроить теплицу обогревателем с ИК, то можно увидеть ошеломляющий результат. Обогрев осуществляется в инфракрасном спектре, где соблюдается определенная частота, а волна равна от 50 000 нм. до 2 000 000 нм.

Существуют достаточно интересные факты, согласно которым можно узнать, что все растения, живые организмы, подвергаются влиянию солнечного света. Радиация солнца имеет определенный диапазон, состоящий из 290 нм. – 3000 нм. Простыми словами, лучистая энергия оказывает важную роль в жизни каждого растения.

Учитывая интересные и познавательные факты, можно определить, что растения нуждаются в свете и солнечной энергии, так как они отвечают за формирование хлорофилла и хлоропластов. Скорость света влияет на растяжение, зарождение клеток и ростовых процессов, сроки плодоношения и цветения.

Специфика микроволновой печи

Бытовые микроволновые печи оснащены микроволнами, показатели которых немного ниже гамма и рентгеновских лучей. Такие печи способны спровоцировать ионизирующий эффект, который несет опасность человеческому здоровью. Микроволны расположились в промежутке между инфракрасными и радиоволнами, поэтому такие печи не могут ионизировать молекулы, атомы. Исправные СВЧ-печи не оказывают воздействия на людей, так как они впитываются в пищу, образуя тепло.

СВЧ-печи – не могут излучать радиоактивных частиц, поэтому не оказывают радиоактивного влияния на пищу и живые организмы. Именно поэтому не стоит переживать, что микроволновые печи способны навредить вашему здоровью!

Открытие инфракрасного излучения
Виды теплообмена
Физические свойства
Диапазон ИК волн благоприятных для человека

Английский исследователь Гершель У. в 1800 году в процессе изучения солнечного света установил, что в Солнечных лучах при разложении их на отдельные спектры при помощи призмы за границей красного видимого спектра, происходит повышение показаний термометра. Термометр, размещенный в этой области, показал большую температуру, чем поверочный термометр. Позже установили, что свойства этих лучей поддаются законам оптики, выходит, имеют одинаковую природу, с световым излучением. Таким образом, было открыто инфракрасное излучение.

Уточним, каким образом горячие предметы отдают тепло окружающим их объектам:
теплопередачей
(теплообмен между телами при контакте или через разделитель),
конвекцией
(передача тепла теплоносителем, жидкостью или газом от источника тепла, к более холодным предметам)
тепловым излучением
(поток электромагнитного излучения в конкретном диапазоне длины волны, излучаемое веществом на основе его внутренней избыточной энергии).

Все объекты окружающего нас материального мира это источники и одновременно поглотители теплового излучения.
Тепловое излучение, основой которого являются инфракрасные лучи — это поток электромагнитных лучей, которые удовлетворяют законам оптики, имеют одинаковую природу со световым излучением. ИК-луч расположен между красным воспринимаемым человеком светом (0.7 мкм) и коротковолновым радиоизлучением (1 — 2 мм). К тому же, ИК-область спектра делят на коротковолновую (0.7 — 2 мкм), средневолновую (от 2 до 5.1 мкм), длинноволновую
(5.1 — 200 мкм). Инфракрасные лучи испускают все вещества
жидкие и твердые, при этом от температуры вещества зависит длина излучаемой волны
. При более высокой температуре, длина волны излучаемая веществом короче, но больше интенсивность излучения.

В диапазоне длинноволнового излучения (от 9 до 11 мкм) находится наиболее благоприятное тепловое излучение для человека
. Длинноволновые излучатели, обладают более низкой температурой поверхности излучения, их характеризуют темными — при низкой температуре поверхности они не светятся (до 300°С). Средневолновые излучатели с более высокой температурой поверхности, характеризуют серыми, с максимальной температурой тела излучают короткие волны, их называют белыми или светлыми.

Подтверждение советскими ученными

Физические свойства инфракрасного излучения

Для инфракрасных лучей существует ряд отличий от оптических свойств видимого света. (прозрачность, коэффициент отражения, коэффициент преломления) К примеру ИК-излучения имеющего длину волны более 1 мкм, поглощаются водой
в слое 1-2 см, по этому вода в некоторых случаях используется как теплозащитный барьер. Лист кремния непрозрачен в видимой области, но прозрачен в инфракрасной. Ряд металлов имеет рефлекторные качества
которые для инфракрасного излучения выше, чем для воспринимаемого человеком света, вдобавок существенно улучшаются их свойства с увеличением показателя длины волны излучения. А именно, показатель отражения Al, Au, Ag при волне длиной около 10 мкм приближается к 98%
. Учитывая эти свойства материалов, их используют при производстве инфракрасного оборудования . Прозрачные для инфракрасных лучей материалы — в качестве излучателей инфракрасного излучения (кварц, керамика), материалы имеющие высокую способностью к отражению лучей — в качестве рефлекторов, позволяющих сфокусировать ИК-излучение в нужном направлении (преимущественно алюминий).

Также важно знать о свойствах поглощения и рассеяния инфракрасного излучения. Сквозь воздух инфракрасные лучи распространяются практически беспрепятственно. А именно, молекулы азота и кислорода сами по себе инфракрасные лучи не поглощают, а только незначительно рассеивают, уменьшая интенсивность. Водяной пар, озон, углекислый газ, а также другие примеси, находящиеся в воздухе, абсорбируют инфракрасное излучение: водяной пар — практически во всей инфракрасной области спектра, углекислый газ — в средней части инфракрасной области. Присутствие в воздухе мелких частиц — пыли, дыма, мелких капель жидкостей приводит к ослаблению силы инфракрасного излучения в результате рассеяния его на этих частицах.

Уильям Гершель впервые заметил, что за красным краем полученного с помощью призмы спектра Солнца есть невидимое излучение, вызывающее нагрев термометра. Это излучение стали позднее называть тепловым или инфракрасным.

Ближнее ИК-излучение очень похоже на видимый свет и регистрируется такими же инструментами. В среднем и дальнем ИК используются болометры, отмечающие изменения.

В среднем ИК-диапазоне светит вся планета Земля и все предметы на ней, даже лед. За счет этого Земля не перегревается солнечным теплом. Но не всё ИК-излучение проходит через атмосферу. Есть лишь несколько окон прозрачности, остальное излучение поглощается углекислым газом, водяным паром, метаном, озоном и другими парниковыми газами, которые препятствуют быстрому остыванию Земли.

Из-за поглощения в атмосфере и теплового излучения предметов телескопы для среднего и дальнего ИК выносят в космос и охлаждают до температуры жидкого азота или даже гелия.

ИК-диапазон — один из самых интересных для астрономов. В нем светит космическая пыль, важная для образования звезд и эволюции галактик. ИК-излучение лучше видимого проходит через облака космической пыли и позволяет видеть объекты, недоступные наблюдению в других участках спектра.

Источники

Фрагмент одного из так называемых Глубоких полей «Хаббла» . В 1995 году космический телескоп в течение 10 суток накапливал свет, приходящий с одного участка неба. Это позволило увидеть чрезвычайно слабые галактики, расстояние до которых составляет до 13 млрд световых лет (менее одного миллиарда лет от Большого взрыва). Видимый свет от таких далеких объектов испытывает значительное красное смещение и становится инфракрасным.

Наблюдения велись в области, далекой от плоскости галактики, где видно относительно мало звезд. Поэтому большая часть зарегистрированных объектов — это галактики на разных стадиях эволюции.

Гигантская спиральная галактика, обозначаемая также как M104, расположена в скоплении галактик в созвездии Девы и видна нам почти с ребра. Она обладает огромным центральным балджем (шарообразное утолщение в центре галактики) и содержит около 800 млрд звезд — в 2-3 раза больше, чем Млечный Путь.

В центре галактики находится сверхмассивная черная дыра с массой около миллиарда масс Солнца. Это определено по скоростям движения звезд вблизи центра галактики. В инфракрасном диапазоне в галактике отчетливо просматривается кольцо газа и пыли, в котором активно рождаются звезды.

Приемники

Главное зеркало диаметром 85 см
изготовлено из бериллия и охлаждается до температуры 5,5 К
для снижения собственного инфракрасного излучения зеркала.

Телескоп был запущен в августе 2003 года по программе четырех великих обсерваторий NASA
, включающей:

гамма-обсерваторию «Комптон» (1991–2000, 20 кэВ
-30 ГэВ
), см. Небо в гамма-лучах с энергией 100 МэВ ,
рентгеновскую обсерваторию «Чандра» (1999, 100 эВ
-10 кэВ
),
космический телескоп «Хаббл» (1990, 100–2100 нм
),
инфракрасный телескоп «Спитцер» (2003, 3–180 мкм
).

Ожидается, что срок службы телескопа «Спитцер» составит около 5 лет. Свое название телескоп получил в честь астрофизика Лаймана Спитцера (1914–97), который в 1946 году, задолго до запуска первого спутника, опубликовал статью «Преимущества для астрономии внеземной обсерватории», а спустя 30 лет убедил NASA и американский Конгресс начать разработку космического телескопа «Хаббл».

Обзоры неба

Небо в ближнем инфракрасном диапазоне 1–4

мкм
и в среднем инфракрасном диапазоне 25 мкм
(COBE/DIRBE)

В ближнем инфракрасном диапазоне Галактика просматривается еще более отчетливо, чем в видимом.

А вот в среднем ИК-диапазоне Галактика едва видна. Наблюдениям сильно мешает пыль, находящаяся в Солнечной системе. Она расположена вдоль плоскости эклиптики, которая наклонена к плоскости Галактики под углом около 50 градусов.

Оба обзора получены инструментом DIRBE (Diffuse Infrared Background Experiment) на борту спутника COBE (Cosmic Background Explorer). В ходе этого эксперимента, начатого в 1989 году, были получены полные карты инфракрасной яркости неба в диапазоне от 1,25 до 240 мкм
.

Земное применение

В основе прибора лежит электронно-оптический преобразователь (ЭОП), позволяющий значительно (от 100 до 50 тысяч раз) усиливать слабый видимый или инфракрасный свет.

Объектив создает изображение на фотокатоде, из которого, как и в случае ФЭУ , выбиваются электроны. Далее они разгоняются высоким напряжением (10–20 кВ
), фокусируются электронной оптикой (электромагнитным полем специально подобранной конфигурации) и падают на флуоресцентный экран, подобный телевизионному. На нем изображение рассматривают в окуляры.

Разгон фотоэлектронов дает возможность в условиях низкой освещенности использовать для получения изображения буквально каждый квант света, однако в полной темноте требуется подсветка. Чтобы не выдать присутствие наблюдателя, для этого пользуются прожектором ближнего ИК-диапазона (760–3000 нм
).

Существуют также приборы, которые улавливают собственное тепловое излучение предметов в среднем ИК-диапазоне (8–14 мкм
). Такие приборы называются тепловизорами, они позволяют заметить человека, животное или нагретый двигатель за счет их теплового контраста с окружающим фоном.

Во избежание этого обогреватели снабжают вентиляторами, которые направляют теплый воздух, например, на ноги человека и способствуют перемешиванию воздуха в помещении. Но есть и другой способ передачи тепла окружающим предметам: инфракрасное излучение обогревателя. Оно тем сильнее, чем горячее поверхность и больше ее площадь.

Для увеличения площади радиаторы делают плоскими. Однако при этом температура поверхности не может быть высокой. В других моделях обогревателей используется спираль, разогреваемая до нескольких сотен градусов (красное каление), и вогнутый металлический рефлектор, который создает направленный поток инфракрасного излучения.

Инфракра́сное излуче́ние
— электромагнитное излучение , занимающее спектральную область между красным концом видимого света (с длиной волны λ = 0,74 мкм и частотой 430 ТГц) и микроволновым радиоизлучением (λ ~ 1-2 мм, частота 300 ГГц).

Весь диапазон инфракрасного излучения условно делят на три области:

Длинноволновую окраину этого диапазона иногда выделяют в отдельный диапазон электромагнитных волн — терагерцевое излучение (субмиллиметровое излучение).

Инфракрасное излучение также называют «тепловым излучением », так как инфракрасное излучение от нагретых предметов воспринимается кожей человека как ощущение тепла. При этом длины волн, излучаемые телом, зависят от температуры нагревания: чем выше температура, тем короче длина волны и выше интенсивность излучения. Спектр излучения абсолютно чёрного тела при относительно невысоких (до нескольких тысяч Кельвинов) температурах лежит в основном именно в этом диапазоне. Инфракрасное излучение испускают возбуждённые атомы или ионы.

Энциклопедичный YouTube

1
/
3

✪ 36 Инфракрасное и ультрафиолетовое излучения Шкала электромагнитных волн

✪ Опыты по физике. Отражение инфракрасного излучения

✪ Электроотопление (инфракрасное отопление). Какую систему отопления выбрать?

Субтитры

История открытия и общая характеристика

Инфракрасное излучение было открыто в 1800 году английским астрономом У. Гершелем . Занимаясь исследованием Солнца, Гершель искал способ уменьшения нагрева инструмента, с помощью которого велись наблюдения. Определяя с помощью термометров действия разных участков видимого спектра, Гершель обнаружил, что «максимум тепла» лежит за насыщенным красным цветом и, возможно, «за видимым преломлением». Это исследование положило начало изучению инфракрасного излучения.

Раньше лабораторными источниками инфракрасного излучения служили исключительно раскалённые тела либо электрические разряды в газах. Сейчас на основе твердотельных и молекулярных газовых лазеров созданы современные источники инфракрасного излучения с регулируемой или фиксированной частотой. Для регистрации излучения в ближней инфракрасной-области (до ~1,3 мкм) используются специальные фотопластинки. Более широким диапазоном чувствительности (примерно до 25 мкм) обладают фотоэлектрические детекторы и фоторезисторы . Излучение в дальней ИК-области регистрируется болометрами — детекторами, чувствительными к нагреву инфракрасным излучением .

ИК-аппаратура находит широкое применение как в военной технике (например, для наведения ракет), так и в гражданской (например, в волоконно-оптических системах связи). В качестве оптических элементов в ИК-спектрометрах используются либо линзы и призмы, либо дифракционные решётки и зеркала. Чтобы исключить поглощение излучения в воздухе, спектрометры для дальней ИК-области изготавливаются в вакуумном варианте .

Поскольку инфракрасные спектры связаны с вращательными и колебательными движениями в молекуле, а также с электронными переходами в атомах и молекулах, ИК-спектроскопия позволяет получать важные сведения о строении атомов и молекул, а также о зонной структуре кристаллов .

Диапазоны инфракрасного излучения

Объекты обычно испускают инфракрасное излучение во всём спектре длин волн, но иногда только ограниченная область спектра представляет интерес, поскольку датчики обычно собирают излучение только в пределах определенной полосы пропускания. Таким образом, инфракрасный диапазон часто подразделяется на более мелкие диапазоны.

Обычная схема деления

Чаще всего разделение на более мелкие диапазоны производится следующим образом:

Аббревиатура	Длина волны	Энергия фотонов	Характеристика
Near-infrared, NIR	0.75-1.4 мкм	0.9-1.7 эВ	Ближний ИК, ограниченный с одной стороны видимым светом, с другой — прозрачностью воды, значительно ухудшающейся при 1,45 мкм. В этом диапазоне работают широко распространенные инфракрасные светодиоды и лазеры для систем волоконной и воздушной оптической связи. Видеокамеры и приборы ночного видения на основе ЭОП также чувствительны в этом диапазоне.
Short-wavelength infrared, SWIR	1.4-3 мкм	0.4-0.9 эВ	Поглощение электромагнитного излучения водой значительно возрастает при 1450 нм. Диапазон 1530-1560 нм преобладает в области дальней связи.
Mid-wavelength infrared, MWIR	3-8 мкм	150-400 мэВ	В этом диапазоне начинают излучать тела, нагретые до нескольких сотен градусов Цельсия. В этом диапазоне чувствительны тепловые головки самонаведения систем ПВО и технические тепловизоры .
Long-wavelength infrared, LWIR	8-15 мкм	80-150 мэВ	В этом диапазоне начинают излучать тела с температурами около нуля градусов Цельсия. В этом диапазоне чувствительны тепловизоры для приборов ночного видения.
Far-infrared, FIR	15 — 1000 мкм	1.2-80 мэВ

CIE схема

Международная комиссия по освещённости (англ. International Commission on Illumination

) рекомендует разделение инфракрасного излучения на следующие три группы:

IR-A: 700 нм – 1400 нм (0.7 мкм – 1.4 мкм)
IR-B: 1400 нм – 3000 нм (1.4 мкм – 3 мкм)
IR-C: 3000 нм – 1 мм (3 мкм – 1000 мкм)

ISO 20473 схема

Тепловое излучение

Теплово́е излуче́ние или лучеиспускание — передача энергии от одних тел к другим в виде электромагнитных волн , излучаемых телами за счёт их внутренней энергии. Тепловое излучение в основном приходится на инфракрасный участок спектра от 0,74 мкм до 1000 мкм . Отличительной особенностью лучистого теплообмена является то, что он может осуществляться между телами, находящимися не только в какой-либо среде, но и вакууме . Примером теплового излучения является свет от лампы накаливания . Мощность теплового излучения объекта, удовлетворяющего критериям абсолютно чёрного тела , описывается законом Стефана - Больцмана . Отношение излучательной и поглощательной способностей тел описывается законом излучения Кирхгофа . Тепловое излучение является одним из трёх элементарных видов переноса тепловой энергии (помимо теплопроводности и конвекции). Равновесное излучение — тепловое излучение, находящееся в термодинамическом равновесии с веществом.

Применение

Прибор ночного видения

Существует несколько способов визуализировать невидимое инфракрасное изображение:

Современные полупроводниковые видеокамеры чувствительны в ближнем ИК. Во избежание ошибок цветопередачи обычные бытовые видеокамеры снабжаются специальным фильтром, отсекающим ИК изображение. Камеры для охранных систем, как правило, не имеют такого фильтра. Однако в темное время суток нет естественных источников ближнего ИК, поэтому без искусственной подсветки (например, инфракрасными светодиодами) такие камеры ничего не покажут.
Электронно-оптический преобразователь — вакуумный фотоэлектронный прибор, усиливающий свет видимого спектра и ближнего ИК. Имеет высокую чувствительность и способен давать изображение при очень низкой освещенности. Являются исторически первыми приборами ночного видения, широко используются и в настоящее время в дешевых ПНВ. Поскольку работают только в ближнем ИК, то, как и полупроводниковые видеокамеры, требуют наличия освещения.
Болометр — тепловой сенсор. Болометры для систем технического зрения и приборов ночного видения чувствительны в диапазоне длин волн 3..14 мкм (средний ИК), что соответствует излучению тел, нагретых от 500 до −50 градусов Цельсия. Таким образом, болометрические приборы не требуют внешнего освещения, регистрируя излучение самих предметов и создавая картинку разности температур.

Термография

Инфракрасная термография, тепловое изображение или тепловое видео — это научный способ получения термограммы — изображения в инфракрасных лучах, показывающего картину распределения температурных полей. Термографические камеры или тепловизоры обнаруживают излучение в инфракрасном диапазоне электромагнитного спектра (примерно 900-14000 нанометров или 0,9-14 µм) и на основе этого излучения создают изображения, позволяющие определить перегретые или переохлаждённые места. Так как инфракрасное излучение испускается всеми объектами, имеющими температуру, согласно формуле Планка для излучения чёрного тела , термография позволяет «видеть» окружающую среду с или без видимого света. Величина излучения, испускаемого объектом, увеличивается с повышением его температуры, поэтому термография позволяет нам видеть различия в температуре. Когда смотрим через тепловизор, то тёплые объекты видны лучше, чем охлаждённые до температуры окружающей среды; люди и теплокровные животные легче заметны в окружающей среде, как днём, так и ночью. Как результат, продвижение использования термографии может быть приписано военным и службам безопасности.

Инфракрасное самонаведение

Инфракрасная головка самонаведения — головка самонаведения , работающая на принципе улавливания волн инфракрасного диапазона, излучаемых захватываемой целью . Представляет собой оптико-электронный прибор , предназначенный для идентификации цели на окружающем фоне и выдачи в автоматическое прицельное устройство (АПУ) сигнала захвата, а также для измерения и выдачи в автопилот сигнала угловой скорости линии визирования.

Инфракрасный обогреватель

Передача данных

Распространение инфракрасных светодиодов, лазеров и фотодиодов позволило создать беспроводной оптический метод передачи данных на их основе. В компьютерной технике обычно используется для связи компьютеров с периферийными устройствами (интерфейс IrDA) В отличие от радиоканала инфракрасный канал нечувствителен к электромагнитным помехам , и это позволяет использовать его в производственных условиях. К недостаткам инфракрасного канала относятся необходимость в оптических окнах на оборудовании, правильной взаимной ориентации устройств, низкие скорости передачи (обычно не превышает 5-10 Мбит/с, но при использовании инфракрасных лазеров возможны существенно более высокие скорости). Кроме этого, не обеспечивается скрытность передачи информации. В условиях прямой видимости инфракрасный канал может обеспечить связь на расстояниях в несколько километров, но наиболее удобен он для связи компьютеров, находящихся в одной комнате, где отражения от стен комнаты дает устойчивую и надежную связь. Наиболее естественный тип топологии здесь — «шина» (то есть переданный сигнал одновременно получают все абоненты). Инфракрасный канал не смог получить широкого распространения, его вытеснил радиоканал.

Тепловое излучение применяется также для приема сигналов оповещения.

Дистанционное управление

Инфракрасные диоды и фотодиоды повсеместно применяются в пультах дистанционного управления , системах автоматики, охранных системах, некоторых мобильных телефонах (инфракрасный порт) и т. п. Инфракрасные лучи не отвлекают внимание человека в силу своей невидимости.

Интересно, что инфракрасное излучение бытового пульта дистанционного управления легко фиксируется с помощью цифрового фотоаппарата .

Медицина

Наиболее широко инфракрасное излучение в медицине находит в различных датчиках потока крови (PPG).

Широко распространенные измерители частоты пульса (ЧСС, HR — Heart Rate) и насыщения крови кислородом (Sp02) используют светодиоды зелёного (для пульса) и красного и инфракрасного (для SpO2) излучений.

Излучение инфракрасного лазера используется в методике DLS (Digital Light Scattering) для определения частоты пульса и характеристик потока крови.

Инфракрасные лучи применяются в физиотерапии .

Влияние длинноволнового инфракрасного излучения:

Стимуляция и улучшение кровообращения.При воздействии длинноволнового инфракрасного излучения на кожный покров происходит раздражение рецепторов кожи и, вследствие реакции гипоталамуса, расслабляются гладкие мышцы кровеносных сосудов, в результате сосуды расширяются.
Улучшение процессов метаболизма. При тепловом воздействии инфракрасного излучения стимулируется активность на клеточном уровне, улучшаются процессы нейрорегуляции и метаболизма.

Стерилизация пищевых продуктов

С помощью инфракрасного излучения стерилизируют пищевые продукты с целью дезинфекции.

Пищевая промышленность

Особенностью применения ИК-излучения в пищевой промышленности является возможность проникновения электромагнитной волны в такие капиллярно-пористые продукты, как зерно, крупа, мука и т. п. на глубину до 7 мм. Эта величина зависит от характера поверхности, структуры, свойств материала и частотной характеристики излучения. Электромагнитная волна определённого частотного диапазона оказывает не только термическое, но и биологическое воздействие на продукт, способствует ускорению биохимических превращений в биологических полимерах (

Инфракрасное излучение

Слишком часто нам задают вопрос: «а почему вы устанавливаете свои инфракрасные нагреватели на потолке, ведь всем известно, что тепло поднимается снизу вверх?». Данная статья размещена с целью дать понять обывателю, что тепло не поднимается снизу вверх, как он чаще всего привык думать. «Снизу вверх» поднимается только нагретый чем то или кем то воздух, так как от нагрева ускорилось движение молекул газа и он стал менее плотным, и следовательно вытесняется наверх более холодным, плотным воздухом. Этот закон природы наглядно можно увидеть, наблюдая за подъёмом воздушного шара, где воздух, заключённый в его куполе нагревается газовой горелкой и шар поднимается вверх. Изначально тепло — это суть ЭНЕРГИЯ! Это электромагнитное излучение инфракрасного диапазона, которое распространяется во все стороны ОДИНАКОВО! Встречая на своём пути какой либо предмет, будь то поверхность земли, тело человека или пол в доме, кванты электромагнитного излучения инфракрасного диапазона передают свою энергию молекулам этого предмета, заставляя их двигаться быстрее, следовательно температура этого тела повышается и оно само начинает интенсивней излучать в том же спектре (вторичное инфракрасное излучение). Человеком такое ИК излучение воспринимается как ощущение тепла, исходящее от источника (тела с более высокой температурой). Непосредственный контакт с источником инфракрасного излучения не нужен.

Инфракрасное излучение

Отправляясь от видимого света в длинноволновую сторону спектра, мы попадаем в диапазон инфракрасного излучения. Инфракрасным оно называется потому, что по спектральной шкале находится сразу перед красным цветом (инфра — ниже, под). Радуга — видимый нами белый дневной свет, разложенный на составляющие его цвета. Красный — первый цвет в этом спектре. У него самая малая частота и бо′льшая длина волны. Фиолетовый — последний цвет в этом спектре. У него самая высокая частота и меньшая длина волны. Область электромагнитного излучения, лежащая ниже нижней границы видимого света (красного), называется инфракрасным диапазоном. Лежащая выше верхней границы видимого света (фиолетового) — ультрафиолетовое излучение.

Ближнее ИК-излучение физически ни чем не отличается от видимого света, за исключением того, что не воспринимается сетчаткой глаза. Его можно регистрировать теми же приборами, в частности, телескопами, что и видимый свет. Человек также ощущает инфракрасное излучение кожей — как тепло. Именно благодаря инфракрасному излучению нам тепло сидеть у костра. Большую часть энергии горения уносит вверх восходящий поток воздуха, на котором мы кипятим воду в котелке, а инфракрасное (и видимое) излучение испускается в стороны молекулами газов, продуктов сгорания и раскаленными частицами угля.

С ростом длины волны атмосфера теряет прозрачность для инфракрасного излучения. Это связано с так называемыми колебательно-вращательными полосами поглощения молекул атмосферных газов. Будучи квантовыми объектами, молекулы не могут вращаться или колебаться произвольным образом, как грузы на пружинке. У каждой молекулы есть свой набор энергий (и, соответственно, частот излучения), которые они могут запасать в форме колебательных и вращательных движений. Однако даже у не самых сложных молекул воздуха набор этих частот столь обширен, что фактически атмосфера поглощает всё излучение в некоторых участках инфракрасного спектра — это так называемые инфракрасные полосы поглощения. Они перемежаются небольшими участками, в которых космическое ИК-излучение достигает поверхности Земли — это так называемые окна прозрачности, которых насчитывается около десятка. Их существование представлено на плакате разрозненными голубыми стрелками в инфракрасном диапазоне. Интересно отметить, что поглощение ИК-излучения почти полностью происходит в нижних слоях атмосферы из-за повышения плотности воздуха у поверхности Земли. Это позволяет вести наблюдения почти во всем инфракрасном диапазоне с аэростатов и высотных самолетов, которые поднимаются в стратосферу.

Деление инфракрасного излучения на поддиапазоны также весьма условно. Граница между ближним и средним инфракрасным излучением проводится примерно в районе абсолютной температуры 300 К, которая характерна для предметов на земной поверхности. Поэтому все они, включая приборы, являются мощными источниками инфракрасного излучения. Чтобы в таких условиях выделить излучение космического источника, аппаратуру приходится охлаждать до температур, близких к абсолютному нулю, и выносить за пределы атмосферы, которая сама интенсивно светит в среднем ИК-диапазоне — именно за счет этого излучения Земля рассеивает в космос энергию, постоянно поступающую от Солнца. Основной тип приемника излучения в этом диапазоне — болометр, то есть, попросту говоря, маленькое черное тело, поглощающее излучение, соединенное со сверхточным термометром.

Дальний инфракрасный диапазон — один из наиболее сложных, как для генерации, так и для регистрации излучения. В последнее время благодаря разработке особых материалов и сверхбыстродействующей электроники с ним научились достаточно эффективно работать. В технике его часто называют терагерцевым излучением. Сейчас активно идет разработка бесконтактных сканеров для определения химического состава объектов на основе генераторов терагерцевого излучения. Они смогут выявлять пластиковую взрывчатку и наркотики на контрольных пунктах в аэропортах.

В астрономии этот диапазон чаще называют субмиллиметровым излучением. Он интересен тем, что в нем (а также в соседнем с ним микроволновом диапазоне) наблюдается реликтовое излучение Вселенной. До уровня моря субмиллиметровое излучение не доходит, но поглощается оно в основном в самых нижних слоях атмосферы. Поэтому в горах Чили и Мексики на высоте около 5 тысяч метров над уровнем моря сейчас строятся крупные субмиллиметровые телескопы — в Мексике 50-метровый, а в Чили массив из 64 телескопов диаметром 12 метров.

Земное применение

Прибор ночного видения

В основе прибора лежит электронно-оптический преобразователь (ЭОП), позволяющий значительно (от 100 до 50 тысяч раз) усиливать слабый видимый или инфракрасный свет. Объектив создает изображение на фотокатоде, из которого, как и в случае ФЭУ, выбиваются электроны. Далее они разгоняются высоким напряжением (10–20 кВ), фокусируются электронной оптикой (электромагнитным полем специально подобранной конфигурации) и падают на флуоресцентный экран, подобный телевизионному. На нем изображение рассматривают в окуляры.

Существуют также приборы, которые улавливают собственное тепловое излучение предметов в среднем ИК-диапазоне (8–14 мкм). Такие приборы называются тепловизорами, они позволяют заметить человека, животное или нагретый двигатель за счет их теплового контраста с окружающим фоном.

Отопление

Вся энергия, потребляемая электрическим обогревателем, в конечном счете, переходит в тепло. Значительная часть тепла уносится воздухом, который соприкасается с горячей поверхностью, расширяется и поднимается вверх, так что при конвективном отоплении (батареи и радиаторы, греющие воздух) обогревается в основном потолок, а пол и всё, что у пола остаётся холодным. Во избежание этого, электрообогреватели иногда снабжают вентиляторами, которые принудительно направляют теплый воздух, например, на ноги человека и способствуют перемешиванию воздуха в помещении. Но есть и другой способ передачи тепла окружающим предметам: инфракрасное излучение обогревателя. Оно тем сильнее, чем горячее поверхность и больше ее площадь. Для увеличения площади радиаторы делают плоскими. Однако при этом температура поверхности не может быть высокой. В других моделях обогревателей используется спираль, разогреваемая до нескольких сотен градусов (красное каление), и вогнутый металлический рефлектор, который создает направленный поток инфракрасного излучения.
Из вышесказанного можно сделать вывод, что для наиболее комфортного обогрева мы должны использовать инфракрасные обогреватели, так как только они могут равномерно прогреть помещение. Тут есть два пути:

Компактный обогреватель: излучающая тепло поверхность у него маленькая, следовательно для передачи нужного количества энергии её надо разогревать до высоких температур (от +200 до +800 градусов), что далеко не всегда комфортно и безопасно. Примером таких отопительных приборов могут служить подвесные инфракрасные обогреватели Hintek с температурой нагрева излучающей алюминиевой пластины 250-300° C. Чаще всего их применяют для отопления производственных помещений, складов, гаражей, ангаров и т. п.
Обогреватель с очень большой площадью греющей поверхности, но с низкой температурой нагрева. Примером таких обогревателей могут быть потолочные плёночные электронагреватели (ПлЭН). Суммарная площадь излучающей тепло поверхности у них достигает 70-80% от площади отапливаемого помещения, а температура нагрева всего 40-50° С (тёплые на ощупь). Такое отопление обладает максимальным тепловым комфортом, так как наиболее равномерно отапливает всё помещение, как по высоте, так и по площади и даже подогревает пол, но при этом не перегревает и не сушит воздух!

Длина и частота инфракрасного излучения. Малоизвестные факты, связанные с ИК-светом

Что представляет собой инфракрасное излучение? Определение гласит, что инфракрасными лучами является электромагнитное излучение, которое подчиняется оптическим законам и имеет природу видимого света. Инфракрасные лучи имеют спектральную зону, находящуюся между красным видимым светом и коротковолновым радиоизлучением.
Для инфракрасной области спектра имеется разделение на коротковолновые, средневолновые и длинноволновые. Обогревающий эффект от таких лучей высокий. Принята аббревиатура для инфракрасных излучения — ИК.

ИК-излучение

Производители сообщают разную информацию об обогревающих приборах, сконструированных по принципу рассматриваемого излучения. На одних может быть указано, что прибор инфракрасный, на другом — что он длинноволновый или темный. Все это на практике относится к инфракрасному излучению, длинноволновые обогреватели обладают наименьшей температурой излучающей поверхности, и выделяются волны в большей массе в длинноволновой зоне спектра. Они же получили наименование темных, так как при температуре они не отдают света и не сияют, как в других случаях. У средневолновых обогревателей температура поверхностей более высокая, и они получили название серых. К светлым относится коротковолновый прибор.

Оптические характеристики вещества в инфракрасных областях спектра имеют отличия от оптического свойства в обычной повседневности. Обогревательные приборы, которые используются человеком каждый день, отдают инфракрасные лучи, но вы их не видите. Вся разница в длине волны, она варьируется. Обычный радиатор отдает лучи, именно таким образом происходит нагрев в комнате. Волны инфракрасного излучения присутствуют в жизни человека естественным путем, солнце отдает именно их.

Инфракрасное излучение относится к разряду электромагнитных, то есть глазами его не увидеть. Длина волны находится в диапазоне от 1 миллиметра до 0,7 микрометра. Самым большим источником ик-лучей является солнце.

ИК-лучи для отопления

Наличие отопления, основанное на этой технологии, позволяет избавиться от недостатков конвекционной системы, которая связана с циркуляцией потока воздуха в помещениях. Конвекция поднимает и переносит пыль, мусор, создает сквозняк. Если поставить электрический инфракрасный обогреватель, то он будет работать по принципу солнечных лучей, эффект будет как от солнечного тепла в прохладную погоду.

Инфракрасная волна является формой энергии, это естественный механизм, позаимствованный в природе. Эти лучи способны нагревать не только предметы, но и само воздушное пространство. Волны пронизывают воздушные слои и обогревают предметы и живые ткани. Локализация источника рассматриваемого излучения не так важна, если прибор стоит на потолке, до пола греющие лучи будут прекрасно доходить. Важно, что инфракрасное излучение позволяет оставлять воздух влажным, оно не высушивает его, как это делают другие виды отопительных приборов. Производительность приборов на основе инфракрасного излучения крайне высокая.

Инфракрасное излучение не требует больших энергетических затрат, поэтому возникает экономия для бытового использования данной разработки. Ик-лучи подходят для работы на больших пространствах, главное, верно выбрать длину лучей и настроить правильно приборы.

Вред и польза инфракрасного излучения

Длинные инфракрасные лучи, попадающие на кожу, вызывают реакцию нервных рецепторов. Это обеспечивает наличие тепла. Поэтому во многих источниках инфракрасное излучение получает название теплового. Большая часть излучаемого оказывается поглощена влажностью, которая содержится в верхнем слое кожного покрова человека. Поэтому повышается температура кожи, и за счет этого происходит обогрев всего тела.

Бытует мнение, что ик-излучение приносит вред. Это не так.

Исследования показывают, что длинноволновые излучения безопасны для организма, более того, от них есть польза.

Они усиливают иммунитет, стимулируют регенерацию и улучшение состояния внутренних органов. Эти лучи с длиной 9,6 мкм используются в медицинской практике с лечебными целями.

Коротковолновое ик-излучение работает иначе. Оно проникает глубоко в ткани и греет внутренние органы, минуя кожный покров. Если облучать кожу такими лучами, то капиллярная сетка расширяется, кожа краснеет, и могут появиться признаки ожога. Для глаз такие лучи опасны, они приводят к образованию катаракты, нарушают водно-солевой баланс, провоцируют судороги.

Тепловой удар человек получает из-за коротковолнового излучения. Если повысить температуру головного мозга хотя бы на градус, то уже появляются признаки удара или отравления:

тошнота;
частый пульс;
затемнение в глазах.

Если перегрев происходит на два и более градуса, то развивается менингит, который опасен для жизни.

Интенсивность инфракрасного излучения зависит от некоторых факторов. Важно расстояние до нахождения источников тепла и показатель температурного режима. Длинноволновое инфракрасное излучение важно в жизнедеятельности, и без него обойтись нельзя. Вред может быть только тогда, когда длина волны неправильная, и время, которое она воздействует на человека, большое.

Как обезопасить человека от вреда инфракрасного излучения?

Не все инфракрасные волны вредны. Следует опасаться коротковолновой инфракрасной энергии. Где она встречается в повседневной жизни? Нужно избегать тел с температурой выше 100 градусов. К этой категории относятся сталеплавильное оборудование, электродуговая печь. На производствах сотрудники носят специально разработанное обмундирование, оно обладает защитным экраном.

Самым полезным инфракрасным обогревающим средством являлась русская печь, тепло от нее было лечебным и полезным. Однако сейчас никто такими приспособлениями не пользуется. Инфракрасные обогреватели прочно вошли в обиход, а инфракрасные волны используются широко в промышленности.

Если спираль, отдающая тепло, в инфракрасном приборе защищена теплоизолятором, то излучение будет мягким и длинноволновым, а это безопасно. Если у прибора открытый нагревательный элемент, то инфракрасное излучение будет жестким, коротковолновым, и это опасно для здоровья.

Для того чтобы разобраться в конструкции прибора, нужно изучить технический паспорт. Там будет информация об инфракрасных лучах, используемых в конкретном случае. Обращайте внимание, какова длина волны.

Не всегда однозначно вредно инфракрасное излучение, испускают опасность только открытые источники, короткие лучи и длительное нахождение под ними.

Следует беречь глаза от источника волн, при появлении дискомфорта уходить из-под влияния ИК-лучей. Если на коже появляется непривычная сухость, значит, лучи сушат липидный слой, а это очень хорошо.

Инфракрасное излучение в полезных диапазонах используется в качестве лечения, методы физиотерапии основываются на работе с лучами и электродами. Однако все воздействие проводится под наблюдением специалистов, самостоятельно лечиться инфракрасными приборами не стоит. Время действия должно быть строго определено медицинскими показаниями, нужно исходить из целей и задач лечения.

Считается, что инфракрасное излучение неблагоприятно для систематического воздействия на маленьких детей, поэтому желательно тщательно выбирать обогревательные приборы для спальни и детских комнат. Потребуется помощь специалистов, чтобы настроить безопасную и эффективную инфракрасную сетку в квартире или доме.

Не стоит отказываться от современных технологий из-за предрассудков по незнанию.

Инфракра́сное излуче́ние
— электромагнитное излучение , занимающее спектральную область между красным концом видимого света (с длиной волны λ = 0,74 мкм) и микроволновым излучением (λ ~ 1-2 мм).

Оптические свойства веществ в инфракрасном излучении значительно отличаются от их свойств в видимом излучении. Например, слой воды в несколько сантиметров непрозрачен для инфракрасного излучения с λ = 1 мкм. Инфракрасное излучение составляет большую часть излучения ламп накаливания, газоразрядных ламп, около 50 % излучения Солнца; инфракрасное излучение испускают некоторые лазеры. Для его регистрации пользуются тепловыми и фотоэлектрическими приемниками, а также специальными фотоматериалами .

Сейчас весь диапазон инфракрасного излучения делят на три составляющих:

коротковолновая область: λ = 0,74-2,5 мкм;
средневолновая область: λ = 2,5-50 мкм;
длинноволновая область: λ = 50-2000 мкм;

Последнее время длинноволновую окраину этого диапазона выделяют в отдельный, независимый диапазон электромагнитных волн — терагерцовое излучение
(субмиллиметровое излучение).

Инфракрасное излучение также называют «тепловым » излучением, так как инфракрасное излучение от нагретых предметов воспринимается кожей человека как ощущение тепла. При этом длины волн, излучаемые телом, зависят от температуры нагревания: чем выше температура, тем короче длина волны и выше интенсивность излучения. Спектр излучения абсолютно чёрного тела при относительно невысоких (до нескольких тысяч Кельвинов) температурах лежит в основном именно в этом диапазоне. Инфракрасное излучение испускают возбуждённые атомы или ионы.

История открытия и общая характеристика

Ранее лабораторными источниками инфракрасного излучения служили исключительно раскаленные тела либо электрические разряды в газах. Сейчас на основе твердотельных и молекулярных газовых лазеров созданы современные источники инфракрасного излучения с регулируемой или фиксированной частотой. Для регистрации излучения в ближней инфракрасной-области (до ~1,3 мкм) используются специальные фотопластинки. Более широким диапазоном чувствительности (примерно до 25 мкм) обладают фотоэлектрические детекторы и фоторезисторы . Излучение в дальней ИК-области регистрируется болометрами — детекторами, чувствительными к нагреву инфракрасным излучением .

ИК-аппаратура находит широкое применение как в военной технике (например, для наведения ракет), так и в гражданской (например, в волоконно-оптических системах связи). В качестве оптических элементов в ИК-спектрометрах используются либо линзы и призмы, либо дифракционные решетки и зеркала. Чтобы исключить поглощение излучения в воздухе, спектрометры для дальней ИК-области изготавливаются в вакуумном варианте .

Применение

Медицина

Инфракрасные лучи применяются в физиотерапии .

Дистанционное управление

При покраске

Инфракрасные излучатели применяют в промышленности для сушки лакокрасочных поверхностей. Инфракрасный метод сушки имеет существенные преимущества перед традиционным, конвекционным методом. В первую очередь это, безусловно, экономический эффект. Скорость и затрачиваемая энергия при инфракрасной сушке меньше тех же показателей при традиционных методах.

Стерилизация пищевых продуктов

С помощью инфракрасного излучения стерилизируют пищевые продукты с целью дезинфекции.

Антикоррозийное средство

Инфракрасные лучи применяются с целью предотвращения коррозии поверхностей, покрываемых лаком.

Пищевая промышленность

Кроме того, инфракрасное излучение повсеместно применяют для обогрева помещений и уличных пространств. Инфракрасные обогреватели используются для организации дополнительного или основного отопления в помещениях (домах, квартирах, офисах и т. п.), а также для локального обогрева уличного пространства (уличные кафе, беседки, веранды).

Недостатком же является существенно большая неравномерность нагрева, что в ряде технологических процессов совершенно неприемлемо.

Проверка денег на подлинность

Инфракрасный излучатель применяется в приборах для проверки денег. Нанесенные на купюру как один из защитных элементов, специальные метамерные краски возможно увидеть исключительно в инфракрасном диапазоне. Инфракрасные детекторы валют являются самыми безошибочными приборами для проверки денег на подлинность. Нанесение на купюру инфракрасных меток, в отличие от ультрафиолетовых, фальшивомонетчикам обходится дорого и соответственно экономически невыгодно. Потому детекторы банкнот со встроенным ИК излучателем, на сегодняшний день, являются самой надежной защитой от подделок.

Опасность для здоровья

Сильное инфракрасное излучение в местах высокого нагрева может вызывать опасность для глаз. Наиболее опасно, когда излучение не сопровождается видимым светом. В таких местах необходимо надевать специальные защитные очки для глаз.

См. также

Другие способы теплопередачи

Способы регистрации (записи) ИК-спектров.

Примечания

Ссылки

Гамма-излучение

Ионизирующее

Реликтовое

Магнито-дрейфовое

Двухфотонное

Спонтанное

Вынужденное

Электромагнитный спектр
γ-излучение \| рентген \| УФ \| видимый свет \| ИК \| терагерцевое излучение \| микроволны \| радиоволны
Видимый спектр	фиолетовый \| синий \| голубой \| зелёный \| жёлтый \| оранжевый \| красный
Микроволны	W \| V \| Q \| K a \| \| K u \| \| \| \|
Радиоволны	КВЧ/EHF \| СВЧ/SHF \| УВЧ/UHF \| ОВЧ/VHF \| ВЧ/HF \| СЧ/MF \| НЧ/LF \| ОНЧ/VLF \| ИНЧ/ULF \| СНЧ/SLF \| КНЧ/ELF

Занимающее спектральную
область между красным концом видимого света (с длиной полны l, ок. 0,76 мкм) и коротковолновым радиоизлучением (l~1-2 мм). Верх, граница И. и. определяется чувствительностью человеческого глаза к видимому излучению, а нижняя — условна, т. к. ИК-диапазон перекрывается радиодиапазоном длин волн. ИК-область спектра обычно делят на ближнюю (0,76-2,5 мкм), среднюю (2,5-50 мкм) и далёкую (50-2000 мкм). И. и. подчиняется всем законам оптики и относится к оптич. излучению.
И. и. не видимо глазом, но создаёт ощущение тепла и поэтому часто наз. тепловым. Спектр И. и. может состоять из отд. линий, полос или быть непрерывным в зависимости от испускающего его источника. Линейчатые

Рис. 1. Инфракрасный спектр излучения ртути. 1-12 — спектральные линии, длины волн которых в мкм равны: 1 — 1,014; 2 — 1,129; 3 — 1,357; 4 — 1,367; 5 — 1,395; 6 — 1,530; 7 — 1,692; 8 — 1,707 и 1,711; 9 — 1,814; 10 — 1,970; 11 — 2,249; 12 — 2,326.

ИК-спектры испускают возбуждённые атомы или ионы при переходах между близко расположенными электронными уровнями энергии (рис. 1; см. Атомные спектры
).Полосатые ИК-спектры наблюдаются в спектрах испускания возбуждённых молекул, возникающих при переходах между колебат. и вращат. уровнями энергии, — колебат. и вращат. спектры (см. Молекулярные спектры
).Колебат. и колебательно-вращат. спектры расположены гл. обр. в средней, а чисто вращательные — в далёкой ИК-области. Непрерывный ИК-спектр излучают нагретые твёрдые и жидкие тела.
Абс. и относит, доля И. и. нагретого твёрдого тела зависит от его темп-ры. При темп-pax ниже 500 К излучение почти целиком расположено в ИК-области (тело кажется тёмным). Однако полная энергия излучения при таких темп-pax мала. При повышении темп-ры доля излучения в видимой области увеличивается, тело становится тёмно-красным, затем красным, жёлтым и, наконец, при темп-pax выше 5000 К белым; при этом вместе с полной энергией излучения растёт и энергия И. п. Строгая зависимость энергии излучения нагретых тел от темп-ры существует только для абсолютно чёрного тела
. всех диапазонов длин

Рис. 2. Кривые излучения абсолютно чёрного тела Л
и вольфрама В
при температуре 2450 °К. Заштрихованная часть — излучение вольфрама в ИК-области; интервал 0,4-0,74 мкм — видимая область.

волн реальных тел меньше, чем излучение абсолютно чёрного тела той же темп-ры, и может носить селективный характер. Напр., излучение накалённого вольфрама в ИК-области отличается от излучения чёрного тела больше, чем в видимой области спектра (рис. 2). Излучение Солнца близко к излучению абсолютно чёрного тела с темп-рои около 6000 8К, причём около 50% энергии излучения расположено в ИК-области. Распределение энергии излучения человеческого тела в ИК-области
близко к распределению энергии чёрного излучения с максимумом при l~9,5 мкм.

Источники И. и
. Наиболее распространённые источники И. и.- лампы накаливания с вольфрамовой нитью мощностью до 1 кВт, 70-80% излучаемой энергии к-рых приходится на ИК-диапазон (они используются, напр., для сушки и нагрева), а также угольная электрич. дуга, газоразрядные лампы, электрич. спирали из нихромовой проволоки. Для ИК-фотографии и в нек-рых ИК-приборах (напр., приборах ночного видения) для выделения И. и. применяют ИК-светофильтры. В науч. исследованиях (напр., в инфракрасной спектроскопии
)применяют разл. спец. источники И. и. в зависимости от области спектра. Так, в ближней ИК-области (l=0,76-2,5 мкм) источником И. и. служит ленточная вольфрамовая лампа, в средней ИК-области (2,5-25 мкм) — штифт Нернста и глобар, в области l~20 -100 мкм — платиновая полоска, покрытая тонким слоем окислов нек-рых редкоземельных металлов; в далёкой ИК-области (100-1600 мкм) — ртутная кварцевая лампа высокого давления. Источниками И. и. являются не-к-рые ИК-лазеры: лазер на ниодимовом стекле (l=1,06 мкм), гелий-неоновый лазер (l=1,15 мкм и 3,39 мкм), СО-лазер (l~5,08-6,66 мкм), СО 2 -лазер (l~9,12-11,28 мкм), лазер на парах воды (l~118,6 мкм), HCN-лазер (l~773 мкм), хим. лазер на смеси Н 2 и С1 2 (l~3,7-3,8 мкм), на GaAs (l~0,83-0,92 мкм), InSb (l~4,8-5,3 мкм), (Pb, Sn) Те (l~6,5-32 мкм) и др. Многие ИК-лазеры могут работать в режиме перестраиваемой частоты излучения.

Методы обнаружения и измерения И. и
. основаны на преобразовании энергии И. и. в др. виды энергии, методы регистрации к-рых хорошо разработаны. В тепловых приёмниках поглощённое И. и. вызывает повышение темп-ры термочувствит. элемента, к-рое тем или иным способом регистрируется. Тепловые приёмники могут работать практически во всей области И. и. В фотоэлектрич. приёмниках поглощённое И. и. приводит к появлению или изменению электрич. тока или . Такие приёмники в отличие от тепловых селективны, т. е. чувствительны лишь в определ. ИК-области спектра (см. Приёмники оптического излучения)
. Мн. фотоэлектрич. приёмники И. и. особенно для средней и далёкой ИК-области спектра работают лишь в охлаждённом состоянии. В качестве приёмников И. и. также используются приборы, основанные на усилении или тушении люминесценции
, под действием И. и., а также т. н. антистоксовы люминофоры (см. Антистоксова люминесценция
),непосредственно преобразующие И. и. в видимое (люминофор с ионами Yb и Еr преобразует излучение l=1,06 мкм в видимое с l=0,7 мкм). Спец. фотоплёнки и пластинки — инфрапластинки — также чувствительны к И. н. (до l=1,3 мкм).
Существуют также спец. приборы, к-рые позволяют путём регистрации собств. теплового И. и. получить распределение темп-ры по поверхности объекта, т. е. его тепловое (или температурное) изображение. Это т. н. тепловое изображение можно преобразовать в видимое изображение, в к-ром яркость видимого изображения в отд. точках пропорциональна темп-ре соответствующих точек объекта. Изображение, полученное в этих приборах, не является ИК-изображением в обычном смысле, т. к. даёт лишь картину распределения темн-ры на поверхности объекта.
Приборы визуализации И. и. делятся на несканирующие и сканирующие. В первых И. и. регистрируется непосредственно на фотоплёнке или люминесцентном экране, а также на экране с помощью электроннооптических преобразователей
(ЭОП) или эвапорографов. К сканирующим приборам относятся тепловизоры или термографы с оптико-механич. сканированием объекта. Область чувствительности ЭОП определяется чувствительностью к И. и. и не
превышает l=1,3 мкм. Эвапорографы и тепловизоры могут быть использованы в средней ИК-области, и потому они позволяют получать тепловое изображение низкотемпературных тел. Существуют также методы параметрич. преобразования И. и. в видимое излучение при смешивании И. и. с лазерным излучением в оптически нелинейных кристаллах (см. Параметрический генератор света
).

Оптические свойства веществ в ИК-области спектра
(прозрачность, коэф. отражения, коэф. преломления), как правило, значительно отличаются от оптич. свойств в видимой и УФ-областях спектра. Мн. вещества, прозрачные в видимой области, оказываются непрозрачными в нек-рых областях И. и., и наоборот. Напр., слой

воды толщиной в неск. см непрозрачен для И. и. с l>1 мкм (поэтому вода часто используется как теплозащитный фильтр), пластинки германия и кремния, непрозрачные в видимой области, прозрачны для И. и. (германий для l>1,8 мкм, кремний для l>1,0 мкм). Чёрная бумага прозрачна в далёкой ИК-области. Вещества, прозрачные для И. и. и непрозрачные в видимой области, используются в качестве светофильтров для выделения И. и.

Рис. 3. Отражение инфракрасного излучения
от щёлочно-галоидных кристаллов.

Поглощение И. и. для большинства веществ в тонких слоях носит селективный характер в виде относительно узких областей — полос поглощения. Нек-рые вещества, гл. обр. монокристаллы, даже при толщине до неск. см прозрачны в достаточно больших определённых диапазонах ИК-спектра. В табл. приведена длинноволновая граница l г пропускания нек-рых материалов, применяемых в ИК-области спектра для изготовления призм, линз, окон и пр. оптич. деталей (материалы, помеченные звёздочкой, гигроскопичны).
Полиэтилен, парафин, тефлон, алмаз прозрачны для l>100 мкм (пропускание более 50% при толщине 2 мм).
Отражат. способность для И. и. у большинства металлов значительно больше, чем для видимой области, и возрастает с увеличением l И. и. (см. Металлооптика
).Напр., коэф. отражения Al, Au, Ag, Сu в области l=10 мкм достигает 98%. Жидкие и твёрдые неметаллич. вещества обладают в ИК-области селективным отражением, причём положение максимумов отражения зависит от хим. состава вещества. У нек-рых

Рис. 4. Кривая пропускания атмосферы в области l=0,6-14 мкм. «Окна» прозрачности в области [email protected],0-2,5 мкм; 3,2-4,2 мкм; 4,5-5,2 мкм; 8,0-13,5 мкм. Полосы поглощения с максимумами при [email protected],93; 1,13; 1,40; 1,87; 2,74; 6,3 мкм принадлежат парам воды; при l=2,7, 4,26 и 15,0 мкм — углекислому газу и при [email protected],5 мкм — озону.

кристаллов коэф. отражения в максимуме селективного отражения (рис. 3) достигает больших значений (до 80%), и поэтому пластинки из таких кристаллов могут служить отражат. фильтрами для выделения определ. областей И. и. (т. н. метод остаточных лучей).
Прозрачность земной атмосферы для И. и. (так же как и для видимого и УФ-излучения) играет большую роль в процессе теплового радиац. обмена между излучением Солнца, падающим на Землю, и И. и. Земли в мировое пространство (обратное излучение Земли расположено гл. обр. в области спектра с максимумом ок. 10 мкм), а также существенна при практич. использовании И. и. (для связи, в ИК-фотографии, для применения И. и. в военном деле и т. д.). Проходя через земную атмосферу, И. и. ослабляется в результате рассеяния (см. Рассеяние света
)и поглощения. Азот и кислород воздуха не поглощают И. и., а ослабляют его лишь в результате рассеяния, к-рое значительно меньше, чем для излучения видимого света (т. к. коэф. рассеяния ~l — 4). Пары воды, СО 2 , озона и др. примеси, имеющиеся в атмосфере, селективно поглощают И. и. Особенно сильно поглощают И. и. пары воды, полосы поглощения к-рых расположены почти во всей ИК-области спектра (рис. 4). Благодаря сильному поглощению И. и. земной атмосферой лишь небольшая часть обратного И. и. Земли выходит за пределы атмосферы, т. е. атмосфера служит теплоизолирующей оболочкой, препятствующей охлаждению Земли. Наличие в атмосфере частиц дыма, пыли, мелких капель воды (дымка, туман) приводит к дополнит, ослаблению И. и. в результате рассеяния на этих частицах, причём величина рассеяния зависит от соотношения размеров частиц и длины волны И. и.

Применение ИК-излучения
. И. н. находит широкое применение в науч. исследованиях, при решении большого числа практич. задач, в военном деле и пр. Исследование спектров испускания и поглощения веществ в ИК-области является дополнением к исследованиям в видимой и УФ-областях и используется при изучении структуры электронной оболочки атомов, определения структуры молекул, а также для качеств, и количеств. спектрального анализа
. Широкое применение для изучения структуры атомов и молекул н элементного состава вещества нашли ИК-лазеры (особенно с перестраиваемой частотой; см. Лазерная спектроскопия
).
Благодаря особенностям взаимодействия И. и. с веществом ИК-фотография имеет ряд преимуществ перед фотографией в видимом излучении. Так, в результате меньшего ослабления И. и. вследствие рассеяния при прохождении через дымку и небольшой туман и при использовании инфраплёнок и ИК-светофильтров удаётся получить ИК-фотографии предметов, удалённых на расстояние в сотни км. Фотографии одного и того же объекта, полученные в И. и. и в видимом свете, вследствие различия коэф. отражения и пропускания объекта могут значительно различаться, и на ИК-фотографии можно увидеть детали, невидимые на обычной фотографии и непосредственно глазом, что используется при фотографировании земной поверхности со спутников Земли, в ботанике, медицине, криминалистике, аэрофоторазведке и т. д. На ИК-фотографиях отд. участков неба часто можно увидеть большее число звёзд, туманностей и др. объектов, чем на обычных фотографиях. Фотографирование в И. и. можно производить и в полной
темноте при облучении объектов И. и. В пром-сти И. и. используются для сушки (в т. ч. локальной) разл. материалов и изделий. На основе электронно-оптич. преобразователей, чувствительных к И. и., созданы различного рода приборы ночного видения (бинокли, прицелы и др.), позволяющие при облучении наблюдаемых объектов И. и. от спец. источников со светофильтрами вести наблюдение или прицеливание в полной темноте. Эвапорографы и тепловизоры применяются в пром-сти для обнаружения перегретых участков машин или электронных приборов, для получения температурных карт местности и т. д. Создание высокочувствит. приёмников И. и. (напр., болометров
или охлаждаемых фотосопротивлений) позволило построить теплопеленгаторы для обнаружения и пеленгации объектов, темп-pa к-рых выше темп-ры окружающего фона (нагретые трубы кораблей, двигатели самолётов и др.), по их собств. тепловому И. и. Созданы также системы самонаведения на цель снарядов и ракет. ИК-локаторы и дальномеры позволяют обнаружить в темноте любые объекты и измерять расстояния до них. ИК-лазеры используются также для наземной и космич. связи.
Лит.:
Леконт Ж., Инфракрасное излучение, пер. с франц., М., 1958; Соловьев С. М., Инфракрасная фотография, М., I960; Оптические материалы для инфракрасной техники. [Справочник], М., 1965; Козелкин В. В., Усольцев И. Ф., Основы инфракрасной техники, 3 изд., М., 1985; Марков М. Н., Приемники инфракрасного излучения, М. , 1968; Приёмники инфракрасного излучения, пер. с франц., М., 1969; Xадсон Р., Инфракрасные системы, пер. с англ., М., 1972; Ллойд Д ж., Системы тепловидения, пер. с англ., М., 1978; Левитин И. Б., Применение инфракрасной техники в народном хозяйстве. Л., 1981; Гибсон X., Фотографирование в инфракрасных лучах, пер. с англ., М., 1982.
В
. И. Малышев.

Источники

Приемники

Телескоп был запущен в августе 2003 года по программе четырех великих обсерваторий NASA
, включающей:

гамма-обсерваторию «Комптон» (1991–2000, 20 кэВ
-30 ГэВ
), см. Небо в гамма-лучах с энергией 100 МэВ ,
рентгеновскую обсерваторию «Чандра» (1999, 100 эВ
-10 кэВ
),
космический телескоп «Хаббл» (1990, 100–2100 нм
),
инфракрасный телескоп «Спитцер» (2003, 3–180 мкм
).

Обзоры неба

Небо в ближнем инфракрасном диапазоне 1–4

мкм
и в среднем инфракрасном диапазоне 25 мкм
(COBE/DIRBE)

В ближнем инфракрасном диапазоне Галактика просматривается еще более отчетливо, чем в видимом.

Земное применение

Все объекты окружающего нас материального мира это источники и одновременно поглотители теплового излучения.
Тепловое излучение, основой которого являются инфракрасные лучи — это поток электромагнитных лучей, которые удовлетворяют законам оптики, имеют одинаковую природу со световым излучением. ИК-луч расположен между красным воспринимаемым человеком светом (0.7 мкм) и коротковолновым радиоизлучением (1 — 2 мм). К тому же, ИК-область спектра делят на коротковолновую (0.7 — 2 мкм), средневолновую (от 2 до 5. 1 мкм), длинноволновую
(5.1 — 200 мкм). Инфракрасные лучи испускают все вещества
жидкие и твердые, при этом от температуры вещества зависит длина излучаемой волны
. При более высокой температуре, длина волны излучаемая веществом короче, но больше интенсивность излучения.

Подтверждение советскими ученными

Физические свойства инфракрасного излучения

инфракрасных волн | Управление научной миссии

Что такое инфракрасные волны?

Инфракрасные волны или инфракрасный свет являются частью электромагнитного спектра. Люди сталкиваются с инфракрасными волнами каждый день; человеческий глаз не может его видеть, но люди могут обнаружить его как тепло.

Пульт дистанционного управления использует световые волны за пределами видимого спектра света — инфракрасные световые волны — для переключения каналов на вашем телевизоре. Эта область спектра делится на ближнюю, среднюю и дальнюю инфракрасную область.Ученые Земли называют область от 8 до 15 микрон (мкм) тепловым инфракрасным излучением, поскольку эти длины волн лучше всего подходят для изучения длинноволновой тепловой энергии, излучаемой нашей планетой.

СЛЕВА: Обычный пульт дистанционного управления телевизором использует инфракрасную энергию с длиной волны около 940 нанометров. Хотя вы не можете «видеть» свет, исходящий от пульта дистанционного управления, некоторые цифровые камеры и камеры мобильных телефонов чувствительны к этой длине волны излучения. Попробуйте! СПРАВА: Инфракрасные лампы Тепловые лампы часто излучают как видимую, так и инфракрасную энергию на длинах волн от 500 до 3000 нм.Их можно использовать для обогрева ванных комнат или подогрева еды. Тепловые лампы также могут согревать мелких животных и рептилий или даже согревать яйца, чтобы они могли вылупиться.

Кредит: Трой Бенеш

ОТКРЫТИЕ ИНФРАКРАСНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

В 1800 году Уильям Гершель провел эксперимент по измерению разницы температур между цветами в видимом спектре. Он поместил термометры в каждый цвет видимого спектра. Результаты показали увеличение температуры от синего до красного.Когда он заметил еще более высокую температуру сразу за красным концом видимого спектра, Гершель открыл инфракрасный свет!

ТЕПЛОВИЗИОННОЕ ИЗОБРАЖЕНИЕ

Мы можем ощущать часть инфракрасной энергии как тепло. Некоторые объекты настолько горячие, что излучают видимый свет, например огонь. Другие объекты, такие как люди, не такие горячие и излучают только инфракрасные волны. Наши глаза не могут видеть эти инфракрасные волны, но приборы, которые могут воспринимать инфракрасную энергию, такие как очки ночного видения или инфракрасные камеры, позволяют нам «видеть» инфракрасные волны, излучаемые теплыми объектами, такими как люди и животные.Температура для изображений ниже указана в градусах по Фаренгейту.

Авторы и права: NASA/JPL-Caltech

КРУТАЯ АСТРОНОМИЯ

Многие объекты во Вселенной слишком холодные и тусклые, чтобы их можно было обнаружить в видимом свете, но их можно обнаружить в инфракрасном диапазоне. Ученые начинают раскрывать тайны более холодных объектов во Вселенной, таких как планеты, холодные звезды, туманности и многих других, изучая испускаемые ими инфракрасные волны.

Космический аппарат Кассини сделал это изображение полярного сияния Сатурна с помощью инфракрасных волн.Полярное сияние показано синим цветом, а нижележащие облака — красным. Эти полярные сияния уникальны, потому что они могут охватывать весь полюс, тогда как полярные сияния вокруг Земли и Юпитера обычно ограничены магнитными полями кольцами, окружающими магнитные полюса. Большой и переменный характер этих полярных сияний указывает на то, что заряженные частицы, поступающие от Солнца, испытывают над Сатурном некоторый тип магнетизма, который ранее был неожиданным.

ВИДЕНИЕ СКВОЗЬ ПЫЛЬ

Инфракрасные волны имеют более длинные волны, чем видимый свет, и могут проходить через плотные области газа и пыли в космосе с меньшим рассеянием и поглощением.Таким образом, инфракрасная энергия также может обнаруживать объекты во Вселенной, которые нельзя увидеть в видимом свете с помощью оптических телескопов. Космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST) оснащен тремя инфракрасными приборами, помогающими изучать происхождение Вселенной и формирование галактик, звезд и планет.

Когда мы смотрим на созвездие Ориона, мы видим только видимый свет. Но космический телескоп НАСА «Спитцер» смог обнаружить около 2300 дисков, формирующих планеты, в туманности Ориона, чувствуя инфракрасное свечение их теплой пыли.У каждого диска есть потенциал для формирования планет и собственной солнечной системы. Предоставлено: Томас Мегит (Университет Толедо) и др., Лаборатория реактивного движения, Калифорнийский технологический институт, НАСА

Столб, состоящий из газа и пыли в туманности Киля, освещен свечением близлежащих массивных звезд, показанных ниже на изображении в видимом свете, полученном космическим телескопом Хаббла. Интенсивное излучение и быстрые потоки заряженных частиц от этих звезд вызывают образование новых звезд внутри столба. Большинство новых звезд невозможно увидеть на изображении в видимом свете (слева), потому что плотные газовые облака блокируют их свет. Однако, когда столб рассматривается в инфракрасной части спектра (справа), он практически исчезает, открывая маленькие звезды за столбом газа и пыли.

Авторы и права: НАСА, ЕКА и команда Hubble SM4 ERO

НАБЛЮДЕНИЕ ЗА ЗЕМЛЕЙ

Для астрофизиков, изучающих Вселенную, инфракрасные источники, такие как планеты, относительно холодны по сравнению с энергией, излучаемой горячими звездами и другими небесными объектами. Земные ученые изучают инфракрасное излучение как тепловое излучение (или тепло) нашей планеты.Когда падающее солнечное излучение попадает на Землю, часть этой энергии поглощается атмосферой и поверхностью, тем самым нагревая планету. Это тепло излучается Землей в виде инфракрасного излучения. Приборы на борту спутников наблюдения за Землей могут обнаруживать это испускаемое инфракрасное излучение и использовать полученные измерения для изучения изменений температуры поверхности земли и моря.

На поверхности Земли есть и другие источники тепла, такие как потоки лавы и лесные пожары. Спектрорадиометр среднего разрешения (MODIS) на борту спутников Aqua и Terra использует инфракрасные данные для мониторинга дыма и точного определения источников лесных пожаров.Эта информация может иметь важное значение для борьбы с пожаром, когда самолеты пожарной разведки не могут пролететь сквозь густой дым. Инфракрасные данные также могут позволить ученым отличить пылающие огни от все еще тлеющих шрамов от ожогов.

Авторы и права: Джефф Шмальц, Группа быстрого реагирования MODIS

Глобальное изображение справа представляет собой инфракрасное изображение Земли, полученное спутником GOES 6 в 1986 году. Ученый использовал температуру, чтобы определить, какие части изображения были получены из облаков, а какие — из суши и моря.Основываясь на этих различиях температур, он раскрасил каждый отдельно, используя 256 цветов, придав изображению реалистичный вид.

Авторы и права: Центр космической науки и техники Университета Висконсин-Мэдисон, Ричард Корс, дизайнер

Зачем использовать инфракрасное излучение для изображения Земли? Хотя в видимом диапазоне легче отличить облака от земли, в инфракрасном диапазоне облака более детализированы. Это отлично подходит для изучения структуры облаков. Например, обратите внимание, что более темные облака теплее, а более светлые — холоднее.К юго-востоку от Галапагосских островов, к западу от побережья Южной Америки, есть место, где можно отчетливо увидеть несколько слоев облаков, причем более теплые облака находятся на более низких высотах, ближе к океану, который их согревает.

Глядя на инфракрасное изображение кошки, мы знаем, что многие вещи излучают инфракрасный свет. Но многие вещи также отражают инфракрасный свет, особенно ближний инфракрасный свет. Узнайте больше об ОТРАЖЕННОМ ближнем инфракрасном излучении.

К началу страницы | Далее: Отраженные волны ближнего инфракрасного диапазона

Цитата

АПА

Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства, Управление научной миссии.(2010). Инфракрасные волны. Получено [вставьте дату — например, 10 августа 2016 г.] , с веб-сайта NASA Science: http://science. nasa.gov/ems/07_infraredwaves

ГНД

Управление научной миссии. «Инфракрасные волны» NASA Science . 2010. Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства. [вставить дату — напр. 10 августа 2016 г.] http://science.nasa.gov/ems/07_infraredwaves

ICNIRP | Инфракрасный (780 нм-1 мм)

Диапазон длин волн и источники

Инфракрасное излучение (ИК), также известное как тепловое излучение, представляет собой полосу в спектре электромагнитного излучения с длинами волн выше красного видимого света от 780 нм до 1 мм.ИК классифицируется как ИК-А (780 нм-1,4 мкм), ИК-В (1,4-3 мкм) и ИК-С, также известный как дальний ИК (3 мкм-1 мм). Распространенными природными источниками являются солнечная радиация и огонь. К распространенным искусственным источникам относятся нагревательные устройства и инфракрасные лампы, используемые и в быту, и в инфракрасных саунах в оздоровительных целях. Промышленные источники тепла, такие как производство стали и железа, также попадают в инфракрасный диапазон. Лазеры представляют собой особый источник инфракрасного излучения, излучаемого в одном или нескольких чрезвычайно узких диапазонах длин волн.

Влияние ИК на организм и последствия для здоровья

ИК-излучение

проникает через кожу и глаза человека на различную глубину от нескольких миллиметров при ИК-А до поверхностного поглощения ИК-С.У людей есть врожденные защитные реакции отвращения к боли от высокой температуры и к яркому свету, который также часто присутствует, так что можно избежать потенциально вредного воздействия. Вредное воздействие ИР на здоровье связано с термическим повреждением тканей, опосредованным в основном молекулами воды, а также изменениями в структуре белков.

Основные вредные последствия воздействия высоких ИК-диапазонов на здоровье связаны с поражением глаз. Роговица, радужка, хрусталик и сетчатка очень чувствительны к различной степени термического повреждения.Когда роговица поглощает ИК-излучение с преобразованием в тепло, оно передается на хрусталик. Агрегация белков хрусталика после многократного воздействия экстремально высоких температур может вызвать помутнение хрусталика или катаракту, что часто наблюдается у рабочих-стекольщиков, металлургов и сталелитейщиков.

Может возникнуть повреждение кожи из-за гипертермии, но это зависит от интенсивности и продолжительности воздействия ИК-излучения. Если температуру кожи поддерживать на уровне 44°C, пройдет несколько часов, прежде чем произойдет необратимое повреждение. Это сопоставимо с менее чем секундой при температуре поверхности 70°C.Длительное воздействие ИК-излучения на кожу без ожога, например, после многолетнего воздействия на кожу открытого огня, может вызвать появление красно-коричневых пятен на коже. Однако считается, что ИР не играет роли в инициировании рака кожи.

Если все тело подвергается воздействию высоких уровней тепла, это может привести к повышению температуры тела и физическому тепловому стрессу. Тепловой стресс необходимо оценивать с учетом всех сопутствующих факторов, включая движение воздуха, температуру и влажность, а также источник тепла.

Защита

Рекомендации по защите особенно важны для кожи и соответствующих частей глаз, которые подвержены риску чрезмерного воздействия инфракрасного излучения.

Во избежание пагубного воздействия инфракрасного излучения на глаза и кожу, например термических повреждений, ICNIRP предоставляет руководство и рекомендует пределы воздействия. В зависимости от диапазонов длин волн и спектров действия рекомендуются различные пределы. Пределы также зависят от продолжительности воздействия и размера источника.

Что такое инфракрасное излучение (ИК)?

Инфракрасное излучение (ИК), иногда называемое просто инфракрасным, представляет собой область спектра электромагнитного излучения с длиной волны от примерно 700 нанометров (нм) до 1 миллиметра (мм). Инфракрасные волны длиннее волн видимого света, но короче радиоволн. Соответственно, частоты ИК выше, чем у микроволн, но ниже, чем у видимого света, в диапазоне примерно от 300 ГГц до 400 ТГц.

Инфракрасный свет невидим для человеческого глаза, хотя более длинные инфракрасные волны можно воспринимать как тепло. Однако у него есть некоторые общие характеристики с видимым светом, а именно, инфракрасный свет может быть сфокусирован, отражен и поляризован.

Длина волны и частота

Инфракрасный диапазон можно разделить на несколько спектральных областей или диапазонов в зависимости от длины волны; однако единого определения точных границ каждой полосы не существует. Инфракрасный диапазон обычно разделяют на ближний, средний и дальний.Его также можно разделить на пять категорий: ближний, коротковолновый, средний, длинноволновый и дальний инфракрасный диапазон.

Ближний ИК-диапазон содержит диапазон длин волн, ближайший к красной части спектра видимого света. Обычно считается, что он состоит из длин волн от 750 до 1300 нм, или от 0,75 до 1,3 мкм. Его частота колеблется примерно от 215 ТГц до 400 ТГц. Эта группа состоит из самых длинных волн и самых коротких частот, и она производит наименьшее количество тепла.

Видимый и невидимый свет

Промежуточный ИК-диапазон , , также называемый средним ИК-диапазоном, охватывает длины волн от 1300 до 3000 нм, или от 1,3 до 3 микрон. Диапазон частот от 20 ТГц до 215 ТГц.

Длина волны в дальнем ИК-диапазоне, ближайшем к микроволнам, простирается от 3000 нм до 1 мм или от 3 до 1000 микрон. Диапазон частот от 0,3 ТГц до 20 ТГц. Эта группа состоит из самых коротких длин волн и самых длинных частот, и она производит больше всего тепла.

Использование инфракрасного излучения

Инфракрасный используется в различных приложениях. Среди наиболее известных — тепловые датчики, тепловизоры и приборы ночного видения.

В средствах связи и сетях инфракрасный свет используется в проводных и беспроводных операциях. Пульты дистанционного управления используют ближний инфракрасный свет, передаваемый светодиодами (LED), для отправки сфокусированных сигналов на устройства домашних развлечений, такие как телевизоры. Инфракрасный свет также используется в оптоволоконных кабелях для передачи данных.

Электромагнитный спектр и видимый свет

Кроме того, инфракрасное излучение широко используется в астрономии для наблюдения за объектами в космосе, которые не могут быть обнаружены человеческим глазом полностью или частично, включая молекулярные облака, звезды, планеты и активные галактики.

История технологии инфракрасного излучения

Инфракрасное излучение было открыто британским астрономом сэром Уильямом Гершелем в 1800 году. Гершель знал, что солнечный свет можно разделить на отдельные компоненты, что достигается путем преломления света через стеклянную призму.Затем он измерил температуры различных цветов, которые были созданы. Он обнаружил, что температура увеличивается по мере перехода цветов от фиолетового к синему, зеленому, желтому, оранжевому и красному свету. Затем Гершель пошел еще дальше, измерив температуру в области за красной областью. Там, в инфракрасной области, он обнаружил, что температура самая высокая из всех.

Инфракрасная волна – обзор

1 Введение

Технология гиперспектрального дистанционного зондирования в видимом и ближнем инфракрасном (ВБИК, 400–1000 нм) и коротковолновом инфракрасном (СВИК, 1000–2500 нм) диапазонах характеризуется инструментальными параметрами, включая спектральное разрешение, время повторного посещения, отношение сигнал/шум (SNR) и пространственное разрешение.Как правило, пространственное разрешение датчиков ДЗ больше, чем масштаб пространственной неоднородности земной поверхности, поэтому в каждом пикселе содержится смесь разрозненных компонентов. Метод спектрального разделения относится к любому процессу, который разделяет спектры пикселей из гиперспектрального изображения на набор спектров компонентов или спектральных сигнатур, называемых конечными членами, и набор дробных содержаний, по одному набору на пиксель (например, глава 1). Предполагается, что концевые элементы представляют чистые материалы, присутствующие в изображении, и набор содержаний, или просто содержаний, процент каждого конечного элемента, который присутствует в пикселе [1]. Как отмечает Dobigeon et al. [2], среди прочего, спектральное разделение является важной проблемой для обработки гиперспектральных изображений не только в сообществе дистанционного зондирования, но и в сообществе обработки сигналов и изображений, и в последние годы оно было очень активной областью исследований. Решение этой проблемы действительно может дать ответы на различные важные вопросы, такие как классификация [3], количественная оценка материала [4] и обнаружение субпикселей [5].

Комбинация спектров отражения отдельных компонентов может быть площадной смесью или тесной смесью.В случае площадной смеси спектр смешанного пикселя представляет собой линейную комбинацию спектров конечных элементов, взвешенных по площади покрытия каждого конечного элемента в пикселе [6]. Таким образом, линейная модель смешения может быть адаптирована к площадной смеси. В случае однородной смеси, такой как песчинки разного состава в пляжных отложениях, падающий свет многократно рассеивается на поверхности, поэтому он взаимодействует более чем с одним концевым элементом, и результирующий спектр представляет собой нелинейную смесь компонентов. 7].Эффекты нелинейного спектрального смешивания могут быть ключевым компонентом во многих реальных сценариях, таких как дистанционное зондирование планет, близкие минеральные смеси, растительные навесы и городские сцены. Модель линейного смешения может быть непригодна для однородной смеси, поэтому необходимо разработать нелинейные модели. Тем не менее, использование нелинейных моделей обычно требует большего количества знаний о материале, чем доступно, таких как коэффициенты рассеяния, оптические константы материалов и размер зерна (например, глава 6 этой книги Н.Добижон; Ссылка [8]). Несмотря на более реалистичное представление смеси нелинейными моделями, наиболее часто используемой моделью спектрального разделения является модель линейного смешения.

Для простоты в этой главе мы используем следующие обозначения. Для матриц будут использоваться заглавные полужирные символы, например, Z ; жирные символы нижнего регистра для векторов, нежирные символы будут использоваться для скаляров, например, матричные элементы z _ij или индексы i. В предположении линейной смеси наблюдаемый спектр x _i (размерный вектор p × 1) для данного пикселя i гиперспектрального изображения с длинами волн p определяется как:

(1)xi=Mαi+ni

где M=m1…mN — матрица размера ap × N, содержащая спектры N концов (где m _i — вектор размерности ap × 1 и обозначает сигнатуру i-го конца), α _i — размерность N × 1 вектор численности, а n _i — вектор шума размерности ap × 1 (рис.1). Было предложено большое количество методов, основанных на линейных моделях, для получения конечных членов и их распространенности в гиперспектральных изображениях (например, глава 6 этой книги, Н. Добиджон).

Рис. 1. Схематическое изображение процесса линейного микширования без шума: сигнал, зарегистрированный гиперспектральным датчиком над сценой, состоящей из трех материалов (m ₁ , m ₂ и m ₃ ).

Вдохновленный Bioucas-Dias JM, Plaza A, Dobigeon N, Parente M, Du Q, Gader P, Chanussot J.Обзор гиперспектрального разделения: подходы, основанные на геометрии, статистике и разреженной регрессии. IEEE J Sel Topics Appl Earth Observ Remote Sens 2012; 5 (2): 354–79. Методы спектрального разделения

включают три этапа. Первый является необязательным и представляет собой шаг уменьшения размерности, который может позволить оценить количество N конечных элементов. Второй шаг состоит в извлечении и идентификации спектров концевых элементов в исследуемой области (которая может представлять собой все изображение или часть изображения), а третий шаг представляет собой шаг инверсии для оценки содержания конечных элементов в каждом пикселе. .Следует отметить, что этапы извлечения и инверсии могут быть последовательными или одновременными.

Успех спектрального разделения зависит от выбора метода модели смешения (например, выбор между линейной и нелинейной смесями) и выбора количества и типа концевых элементов. В частности, этот выбор может оказаться трудным из-за (i) спектральных вариаций внутри класса (также называемых внутриклассовыми), которые относятся к относительным различиям в спектральных характеристиках в пределах одного и того же класса земного покрова, и (ii) спектрального между- классовые (также называемые межклассовыми) вариации, которые относятся к относительным различиям между двумя или более различными классами земного покрова [9].

До недавнего времени анализ спектральных смесей всегда основывался на неявном предположении, что пространственное распределение конечных членов является случайным, так что каждый пиксель независим. Однако такой подход нарушает один из основных принципов географии, прямую связь между расстоянием и сходством, а также один из экологических теорий, согласно которому элементы экосистемы, расположенные близко друг к другу, с большей вероятностью будут подвержены влиянию одного и того же порождающего процесса и будут поэтому будьте похожи [10].Другими словами, между пикселями существует пространственная автокорреляция, отражающая тенденцию соседних пикселей иметь схожие характеристики. Кроме того, как подчеркивают Plaza et al. [11], сочетание пространственной и спектральной информации приводит к новой интерпретации концепции конечного члена, связанной со способностью конкретной сигнатуры когерентно описывать различные смешанные пиксели как в спектральном, так и в пространственном отношении.

В исследованиях растительности число независимых переменных растительности, влияющих на спектры, невелико [12,13], поэтому коэффициент отражения различных видов растительности близок [14].Как следствие, идентификация видов растительности с помощью анализа спектральной смеси включает в себя извлечение конечных элементов с низкими спектральными вариациями между классами, что, как ожидается, будет затруднено. Принимая во внимание пространственную информацию, с локальным выбором конечных элементов видов растительности (например, в пределах окрестности), а не с глобальным (например, по всему изображению), можно уменьшить влияние изменчивости между классами для извлечения конечных элементов и таким образом, для выбора комбинации концевых элементов.

В почвенных исследованиях конечный член, связанный с классом «почвы» на изучаемой территории, охваченной снимками дистанционного зондирования, должен быть репрезентативным для всех почв в масштабе изображения, даже если изучаемая территория охватывает различные почвенные контексты, шероховатость почвы , влажность и т. д. Следовательно, (1) идентификация одного или нескольких спектральных конечных членов, представляющих этот класс «почвы», может быть затруднена в масштабе изображения, и (2) поэтому идентификация и количественная оценка этого класса по каждому смешанному пикселю могут быть затруднены. быть неточным.В то же время семивариограммы свойств почв обнаруживают сильные пространственные зависимости [15,16]. Как упоминалось ранее, учет пространственной информации с локальным выбором конечных элементов почвы (например, в пределах окрестности), а не с глобальным выбором (например, по всему изображению), может уменьшить влияние изменчивости внутри класса для конечных элементов. идентификация и выбор комбинации концевых элементов [17].

В качестве последнего примера, в городских исследованиях, если для идентификации и количественной оценки материалов в смешанных пикселях используется только спектральная информация, крыши частных домов и более крупных зданий будут отнесены к одному и тому же конечному элементу, что означает один и тот же тип конструкции.Учет пространственной информации, такой как размеры крыш, может позволить увеличить количество концевых элементов и повысить точность идентификации концевых элементов [18].

Принимая во внимание эти аспекты и сильное увеличение пространственного разрешения благодаря последним разработкам в области сенсорных технологий, исследователи признали преимущества включения пространственной информации в процесс классификации и, следовательно, в процесс разделения. Следовательно, вместо того, чтобы рассматривать только отдельные пиксели, называемые классификацией «на основе пикселей» или «пиксель за пикселем», были инициированы некоторые разработки для введения пространственного контекста в классификацию многоканальных изображений с использованием классификатора извлечения и классификации однородных объектов. 19,20].С тех пор во многих исследованиях были предложены новые алгоритмы, учитывающие спектральные и пространственные размеры данных, особенно в областях классификации и сегментации [18,21–23]. В этих областях опубликовано множество работ, особенно в сообществе дистанционного зондирования (на эту тему с 2005 г. опубликовано более 250 статей). Совсем недавно некоторые авторы (например, ссылки [11, 24, 25]) исследовали использование пространственного измерения гиперспектральных изображений для улучшения процесса разделения.

Целью этой главы является обзор методов, разработанных для спектрально-пространственного разделения. Насколько нам известно, нелинейный подход рассматривался лишь в нескольких спектрально-пространственных методах разделения, поэтому в этой главе рассматриваются только линейные методы. Раздел 2 знакомит с основами подходов к линейному разделению, описывая различные этапы процесса разделения, т. е. уменьшение размеров, извлечение конечных элементов и этапы окончательной оценки численности. В разделе 3 описаны доступные подходы спектрально-пространственного разделения, разработанные в литературе.Описание этих подходов упорядочено в соответствии с различными этапами учета пространственной информации. Наконец, Раздел 4 завершает эту главу описанием основных моментов подхода спектрально-пространственного разделения.

12.6: Инфракрасная спектроскопия — Химия LibreTexts

Инфракрасная спектроскопия

Полный диапазон длин волн электромагнитного излучения называется электромагнитным спектром .

Обратите внимание на рисунок выше, что инфракрасный свет имеет меньшую энергию, чем видимый свет.Длины волн инфракрасного излучения составляют от 0,8 до 250 мкм. Единицами, которые обычно используются для инфракрасной спектроскопии, являются волновые числа (см ^-1). ИК-спектроскопия анализирует излучение от 40 до 13 000 см ^-1 . Но какой тип возбуждения возникает при поглощении молекулой инфракрасного излучения?

Ковалентные связи в органических молекулах — это не жесткие палочки, а скорее пружины. При комнатной температуре органические молекулы всегда находятся в движении, поскольку их связи растягиваются, изгибаются и скручиваются.Эти сложные вибрации можно математически разбить на отдельные колебательных мод , некоторые из которых проиллюстрированы ниже.

Энергия молекулярной вибрации квантована , а не непрерывна, а это означает, что молекула может растягиваться и изгибаться только на определенных «разрешенных» частотах. Если молекула подвергается воздействию электромагнитного излучения, которое соответствует частоте одной из ее колебательных мод, она в большинстве случаев будет поглощать энергию излучения и переходить в более высокое колебательное энергетическое состояние — это означает, что амплитуда колебаний увеличится, но вибрационная частота останется прежней.Разница в энергии между двумя колебательными состояниями равна энергии, связанной с длиной волны поглощенного излучения. Оказывается, именно инфракрасная область электромагнитного спектра содержит частоты, соответствующие частотам колебаний органических связей.

Возьмем в качестве примера 2-гексанон. Представьте себе карбонильную связь кетоновой группы в виде пружины. Эта пружина постоянно подпрыгивает взад-вперед, растягиваясь и сжимаясь, отталкивая атомы углерода и кислорода дальше друг от друга, а затем сближая их.Это мода растяжения карбонильной связи. В течение одной секунды пружина «отскакивает» вперед и назад 5,15 x 10 90 231 13 90 232 раз, другими словами, частота растяжения карбонила кетоновой группы в основном состоянии составляет примерно 5,15 x 10 90 231 13 90 232 Гц.

Если наш образец кетона облучать инфракрасным светом, карбонильная связь будет специфически поглощать свет с той же частотой, которая по уравнениям 4.1 и 4.2 соответствует длине волны 5.83 х 10 ^-6 м и энергии 4,91 ккал/моль. Когда карбонильная связь поглощает эту энергию, она переходит в возбужденное колебательное состояние.

Величина Δ E – разность энергий между низкоэнергетическим (основным) и высокоэнергетическим (возбужденным) колебательными состояниями – равна 4,91 ккал/моль, что соответствует энергии, связанной с частотой поглощенного света. Молекула не остается в возбужденном колебательном состоянии очень долго, но быстро отдает энергию окружающей среде в виде тепла и возвращается в основное состояние.

С помощью прибора, называемого инфракрасным спектрофотометром, мы можем «видеть» этот колебательный переход. В спектрофотометре инфракрасный свет с частотами в диапазоне примерно от 10 ¹³ до 10 ¹⁴ Гц проходит через наш образец циклогексана. Большинство частот проходят прямо через образец и регистрируются детектором на другой стороне.

Наша частота валентных колебаний карбонила 5,15 x 10 ¹³ Гц поглощается образцом 2-гексанона, и поэтому детектор регистрирует, что интенсивность этой частоты после прохождения через образец составляет чуть менее 100% от его начальная интенсивность.

Колебания молекулы 2-гексанона, конечно, не ограничиваются простым растяжением карбонильной связи. Различные связи углерод-углерод также растягиваются и изгибаются, как и связи углерод-водород, и все эти колебательные моды также поглощают инфракрасный свет различной частоты.

Сила инфракрасной спектроскопии проистекает из наблюдения, что различных функциональных группы имеют разные характерные частоты поглощения . Карбонильная связь в кетоне, как мы видели на нашем примере с 2-гексаноном, обычно поглощает в диапазоне 5.11 — 5,18 x 10 ¹³ Гц, в зависимости от молекулы. Тройная связь углерод-углерод алкина, с другой стороны, поглощает в диапазоне 6,30 — 6,80 х 10 ¹³ Гц. Поэтому этот метод очень полезен как средство определения того, какие функциональные группы присутствуют в интересующей молекуле. Если мы пропустим инфракрасный свет через неизвестный образец и обнаружим, что он поглощает в диапазоне частот карбонила, но не в диапазоне частот алкина, мы можем заключить, что молекула содержит карбонильную группу, но не алкин.

Некоторые связи поглощают инфракрасный свет сильнее, чем другие, а некоторые связи вообще не поглощают. Чтобы колебательная мода могла поглощать инфракрасный свет, она должна приводить к периодическому изменению дипольного момента молекулы . Такие вибрации называются активными в инфракрасном диапазоне . В общем, чем больше полярность связи, тем сильнее ее ИК-поглощение. Карбонильная связь очень полярна и очень сильно поглощает. Тройная углерод-углеродная связь в большинстве алкинов, напротив, гораздо менее полярна, и поэтому валентные колебания не приводят к большому изменению общего дипольного момента молекулы.Алкиновые группы поглощают довольно слабо по сравнению с карбонильными.

Некоторые виды вибраций инфракрасный неактивен . Валентные колебания полностью симметричных двойных и тройных связей, например, не приводят к изменению дипольного момента и, следовательно, не приводят к какому-либо поглощению света (но другие связи и колебательные моды в этих молекулах не поглощают ИК-свет). ).

Теперь давайте посмотрим на некоторые фактические результаты экспериментов по ИК-спектроскопии.Ниже представлен ИК-спектр 2-гексанона.

Есть ряд вещей, которые необходимо объяснить, чтобы вы поняли, на что мы смотрим. На горизонтальной оси мы видим длины волн ИК-излучения, выраженные в единицах, называемых волновым числом (см ^-1 ), что говорит нам о том, сколько волн укладывается в один сантиметр. На вертикальной оси мы видим « % пропускания », что говорит нам о том, насколько сильно свет поглощался на каждой частоте (100 % пропускание означает, что на этой частоте не происходило поглощения).Сплошная линия показывает значения % пропускания для каждой длины волны — «пики» (которые на самом деле направлены вниз) показывают области сильного поглощения. По какой-то причине в ИК-спектроскопии обычно сообщают значения волнового числа, а не длины волны (в метрах) или частоты (в Гц). «Перевернутая» вертикальная ось с пиками поглощения, направленными вниз, а не вверх, также является любопытным соглашением в ИК-спектроскопии. Мы не хотим упрощать вам жизнь!

В чем разница между вариантами длины волны для ИК (инфракрасного) света?

Инфракрасный (ИК) свет является частью электромагнитного спектра, который делится на семь категорий или областей. Эти области расположены в определенном порядке, начиная с уменьшения длины волны и увеличения частоты и энергии. Инфракрасное излучение обычно невидимо для человеческого глаза, но его можно почувствовать как тепло. Его волны длиннее, чем волны видимого света, и простираются сразу за красную часть электромагнитного спектра между видимым светом и микроволнами.

Три основные категории IR

Инфракрасное излучение делится на три спектральные области или полосы в зависимости от длины волны и включает ближнюю, среднюю и дальнюю инфракрасную область.Однако измерения и границы между каждой инфракрасной областью могут различаться, и до сих пор нет единого мнения о единых границах. Хотя, по данным НАСА, тип детекторной технологии, используемой для сбора инфракрасного света, определяет, какие длины волн входят в каждую из трех областей.

Категория 1: Ближний инфракрасный диапазон

При разбивке по областям ближний инфракрасный диапазон имеет диапазон длин волн, ближайший к красной части спектра видимого света, с длинами волн от примерно 750 нанометров (нм) до примерно 1300 нм, или 0. от 75 до 1,3 мкм и частотный диапазон примерно от 215 ТГц до 400 ТГц. Ближний инфракрасный диапазон производит наименьшее количество тепла и имеет самые длинные волны и самые короткие частоты по сравнению с другими областями.

Категория 2: средний инфракрасный диапазон

Средний инфракрасный диапазон, область или полоса в середине, имеет диапазон длин волн примерно от 1300 до 3000 нм или от 1,3 до 3 микрон с диапазоном частот от 20 ТГц до 215 ТГц. Этот тип инфракрасного излучения излучает умеренное количество тепла по сравнению с областями ближнего и дальнего инфракрасного диапазона и находится между красным концом спектра видимого света и микроволнами.

Категория 3: Дальний инфракрасный диапазон

Третья область, дальняя инфракрасная, наиболее близка к микроволнам в электромагнитном спектре. Этот диапазон имеет диапазон длин волн от 3000 нм до 1 нм или от 3 до 1000 микрон и диапазон частот от 0,3 ТГц до 20 ТГц. Дальний инфракрасный диапазон имеет самые короткие длины волн и самые длинные частоты, которые производят больше всего тепла.

Пять подкатегорий IR

Из этих трех основных областей инфракрасное излучение можно разделить на пять подкатегорий, в том числе ближнее, коротковолновое, средневолновое, длинноволновое и дальнее инфракрасное.Инфракрасное излучение измеряется в длинах волн и частотах. Полный спектр длин волн инфракрасного излучения колеблется примерно от 700 нанометров (нм) до 1 миллиметра (мм).

По сравнению с другими типами света и энергии электромагнитного спектра люди чаще всего сталкиваются с инфракрасным излучением в своей повседневной жизни, хотя большую часть времени оно остается незамеченным. Некоторые примеры повседневного использования инфракрасного излучения включают в себя: лампы накаливания, которые преобразуют примерно 10 процентов входной электрической энергии в энергию видимого света, а остальная часть преобразуется в инфракрасное излучение, тепловые лампы, которые часто излучают инфракрасную энергию в диапазоне длин волн от 500 до 3000 нм. нм, тостеры, промышленные нагреватели для отверждения и сушки материалов и телевизионные пульты, использующие инфракрасную энергию на длине волны 940 нм.

Larson Electronics предлагает широкий выбор продуктов и оборудования для инфракрасного освещения, которые поддерживают длины волн инфракрасного излучения 750 нм, 850 нм и 940 нм, которые находятся в ближней инфракрасной области, ближайшей к красной части спектра видимого света. Продукты в этой категории включают тепловые датчики, тепловизионные инфракрасные камеры и оборудование, приборы ночного видения, светодиодные и подводные фонари и многое другое.

Подпишитесь на нашу рассылку новостей

Будьте в курсе новинок Larson Electronics, кодов скидок и последних новостей!

100% конфиденциальность.

Что такое инфракрасное излучение?

Что такое инфракрасное излучение?

Что такое инфракрасное излучение?

Свет, который мы видим своими глазами, на самом деле является очень небольшой частью того, что называется «электромагнитным спектром». Электромагнитный спектр включает в себя все виды излучения — от рентгеновских лучей, используемых в больницах, до радиоволн, используемых для связи, и даже микроволн, с помощью которых вы готовите пищу.

Излучение в электромагнитном спектре часто классифицируют по длине волны.Коротковолновое излучение имеет самую высокую энергию и может быть очень опасным. Гамма, рентгеновские лучи и ультрафиолет являются примерами коротковолнового излучения. Излучение с большей длиной волны имеет меньшую энергию и обычно менее вредно — например, радио, микроволны и инфракрасное излучение. Радуга показывает оптическую (видимую) часть электромагнитного спектра, а инфракрасная (если бы вы могли ее видеть) находилась сразу за красной стороной радуги.

Хотя инфракрасное излучение невидимо, люди могут ощущать его — как тепло.Поднесите руку к горячей духовке, если хотите испытать инфракрасное излучение «из первых рук»!

Зачем изучать инфракрасное излучение из космоса?

Астрономы обнаружили, что инфракрасное излучение особенно полезно при попытке исследовать области нашей Вселенной, окруженные облаками газа и пыли. Из-за более длинной волны инфракрасного излучения оно может проходить прямо сквозь эти облака и выявлять детали, невидимые при наблюдении за другими типами излучения. Особенно интересны области, в которых формируются звезды и планеты, а также ядра галактик, где, как считается, могут находиться огромные черные дыры.

На изображении слева показан оптический вид звездообразования.
область. Та же область показана
справа в инфракрасном излучении.
Обратите внимание, как инфракрасные наблюдения проникают через затемняющее облако
до
раскрыть много новых подробностей.

Как Близнецы будут лучше «видеть» инфракрасное излучение?

Астрономы используют специальные датчики для обнаружения инфракрасного излучения из космоса, но это непросто. Поскольку многие объекты выделяют тепло (включая сами телескопы и камеры), все должно быть тщательно спроектировано и/или охлаждено до очень низких температур.

Gemini был разработан, чтобы работать особенно хорошо при наблюдении за инфракрасным излучением. Это включает в себя выбор мест для телескопов. Оба прицела расположены в высоких горах, где воздух очень сухой. Поскольку атмосферный водяной пар поглощает или «впитывает» инфракрасное излучение, это было очень важным соображением при выборе места для телескопов Gemini.