инфракрасное излучение что это такое
Инфракрасное излучение
Инфракра́сное излуче́ние — электромагнитное излучение, занимающее спектральную область между красным концом видимого света (с длиной волны [1] λ = 0,74 мкм) и микроволновым излучением (λ
Сейчас весь диапазон инфракрасного излучения делят на три составляющих:
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.
Содержание
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.
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
Что такое инфракрасное излучение
Для того, чтобы понять принцип работы инфракрасных излучателей, необходимо представлять себе суть такого физического явления как инфракрасное излучение.
Диапазон инфракрасного излучения и длина волны
Коротковолновая часть спектра примыкает к видимому свету, а длинноволновая сливается с областью ультракоротких радиоволн. Поэтому инфракрасное излучение обладает как свойствами видимого света (распространяется прямолинейно, отражается, преломляется как и видимый свет), так и свойствами радиоволн (оно может проходить сквозь некоторые материалы, непрозрачные для видимого излучения).
Источники инфракрасного излучения
Вообще говоря, любое тело, нагретое до определенной температуры, излучает тепловую энергию в инфракрасном диапазоне спектра электромагнитных волн и может передавать эту энергию посредством лучистого теплообмена другим телам. Передача энергии происходит от тела с более высокой температурой к телу с более низкой температурой, при этом, разные тела имеют различную излучающую и поглощающую способность, которая зависит от природы двух тел, от состояния их поверхности и т.д.
Электромагнитное излучение обладает квантово-фотонным характером. При взаимодействии с веществом фотон поглощается атомами вещества, передавая им свою энергию. При этом возрастает энергия тепловых колебаний атомов в молекулах вещества, т.е. энергия излучения переходит в теплоту.
Суть лучистого отопления состоит в том, что горелка, являясь источником излучения, генерирует, формирует в пространстве и направляет тепловое излучение в зону обогрева. Оно попадает на ограждающие конструкции (пол, стены), технологическое оборудование, людей, находящихся в зоне облучения, поглощается ими и нагревает их. Поток излучения, поглощаясь поверхностями, одеждой и кожей человека, создает тепловой комфорт без повышения температуры окружающего воздуха. Воздух в обогреваемых помещениях, оставаясь практически прозрачным для инфракрасного излучения, нагревается за счет «вторичного тепла», т.е. конвекции от конструкций и предметов, нагретых излучением.
Свойства и применение инфракрасного излучения
Установлено, что воздействие инфракрасного радиационного отопления благоприятно сказывается на человеке. Если тепловое излучение с длиной волны больше 2 мкм воспринимается в основном кожным покровом с проведением образовавшейся тепловой энергии внутрь, то излучение с длиной волны до 1,5 мкм проникает через поверхность кожи, частично нагревает ее, достигает сети кровеносных сосудов и непосредственно повышает температуру крови. При определенной интенсивности теплового потока его воздействие вызывает приятное тепловое ощущение. При лучистом обогреве человеческое тело отдает большую часть избыточного тепла путем конвекции окружающему воздуху, имеющему более низкую температуру. Такая форма теплоотдачи действует освежающе и благоприятно влияет на самочувствие.
В нашей стране изучение технологии инфракрасного отопления ведется с 30-х годов как применительно к сельскому хозяйству, так и для промышленности.
Проведенные медико-биологические исследования позволили установить, что системы инфракрасного отопления более полно отвечают специфике животноводческих помещений, чем конвективные системы центрального или воздушного отопления. Прежде всего, за счет того, что при инфракрасном обогреве температура внутренних поверхностей ограждений, особенно пола, превышает температуру воздуха в помещении. Этот фактор благоприятно сказывается на тепловом балансе животных, исключая интенсивные потери тепла.
Инфракрасные системы, работающие совместно с системами естественной, вентиляции обеспечивают снижение относительной влажности воздуха до нормативных значений (на свинофермах и в телятниках до 70-75% и ниже).
В результате работы этих систем температурно-влажностный режим в помещениях достигает благоприятных параметров.
Применение систем лучистого отопления для сельскохозяйственных зданий позволяет не только создавать необходимые условия микроклимата, но и интенсифицировать производство. Во многих хозяйствах Башкирии (колхоз им. Ленина, колхоз им. Нуриманова) значительно увеличилось получение приплода после внедрения инфракрасного отопления (увеличение опороса в зимний период в 4 раза), возросла сохранность молодняка (с 72,8% до 97,6%).
Инфракрасное излучение, польза и вред для человека
В повседневной жизни мы встречаем различные источники инфракрасного излучения. Они могут быть как природным явлением, так и результатом деятельности человека. Солнечное излучение наполовину является инфракрасным излучением. Этот вид лучей невидим для глаза человека. Но существуют различные виды животных, зрение которых восприимчиво к такому излучению, что позволяет им ориентироваться в темноте. Человек же может почувствовать его своей кожей в виде тепла.
Эти электромагнитные волны еще называются тепловыми. Все потому, что при этом излучении выделяется тепло. Именно на основе этого явления работают различные измерители, в том числе и тепловизор. Он измеряет разницу в излучении, которая также соответствует разнице температур различных объектов.
Такое излучение можно разделить на:
В данном случае длинна волны зависит от того, какую температуру излучает сам источник. Чем выше температура, тем короче будет волна излучения, но при этом она будет и интенсивнее. Для человеческого организма наиболее опасным считается коротковолновое излучение. Температура такого излучения превышает 800 градусов по Цельсию.
Твердые тела являются источником этого вида излучения и формируют длинноволновое ИК-излучение. Чем выше температура, тем светлее будет казаться предмет. Так при температуре выше 5 тысяч Кельвинов цвет предмета становится совершенно белым, а при более низких показателях он может достигать темно-красного. Это явление можно заметить при нагревании различных предметов. Например, при нагревании металлической проволоки она меняет свой цвет, что свидетельствует о повышении температуры. Но максимально в домашних условиях можно получить только насыщенный красный цвет, потому что нет подходящих условий для последующего повышения температуры.
Человек часто использует инфракрасное излучение в своих нуждах. Необходимо знать о том, что из себя оно представляет, в каких дозах безопасно для человека и какие последствия может вызывать. Также ИК-лучи могут быть и естественными. Солнечный свет представляет собой такое излучение. В зависимости от дозы он может быть как полезным для человека, так и вызывать многие проблемы, частая из которых солнечные ожоги.
Сферы использования инфракрасного излучения
Прежде чем говорить о том, как влияет инфракрасное излучение на организм человека, необходимо понять, где и для чего его используют. Такое излучение может быть не только вредным, но и наоборот полезным. Именно поэтому человек использует его в различных целях, которые улучшают жизнь человека.
Этот тип излучения часто используется в различных приборах, к ним относятся различные приборы ночного видения. Они работают по принципу фиксации ИК-лучей, которые излучают предметы. Распространено использование инфракрасного излучения в производственных целях. Изготовление телекоммуникационных предметов, пультов дистанционного управления, систем охраны и многого другого не обходится без использования данного вида излучения.
Часто можно встретить использование этого излучения в обогревательных системах и обогревателях. Обогреватели, работающие при помощи ИК-излучения являются экономным и удобным способом обогрева помещения и позволяют осуществлять его максимально быстро. Все потому, что такое излучение выделяет и тепло, которое быстро распространяется по всему помещению.
Так как существует и вред инфракрасного излучения на организм человека, необходимо тщательно выбирать приборы, которые работают с этим видом излучения. Хотя эти приборы являются экономными и качественными, следует обращать внимание на различные характеристики и контролировать чтобы не было превышения норм.
Польза инфракрасного излучения
Оно используется не только в производственных и бытовых целях, но и в медицине. При правильном использовании и дозировке излучение способно решать множество проблем, и улучшать качество жизни человека.
О том, чем полезно инфракрасное излучение для человека может сказать медицина. Уже доказано, что излучение способно оказывать лечебное действие на такие проблемы как:
Но не только в этом заключается польза инфракрасного излучения для человека. Сейчас распространено применение данного вида излучения для различных профилактических мероприятий. Так часто можно встретить его как способ укрепления иммунной системы, улучшения памяти, улучшения баланса гормонов, восстановления водно-солевого баланса. Для предупреждения грибковых заболеваний или микробов тоже используется этот вид излучения. Длинные волны способны оказывать успокаивающее воздействие на человека и поэтому их используют для уменьшения усталости, стресса и раздражительности. Инфракрасные лучи могут оказывать и обезболивающее действие, а также подавлять раковые клетки в организме.
Из этого видно какое широкое применение в медицинских целях имеет инфракрасное излучение. В правильных дозах оно способно улучшить состояние организма человека и является прекрасным способом профилактики многих проблем. Но тут имеются различные противопоказания, и поэтому для некоторых людей такое излучение даже в медицинских дозах может быть опасно.
Как в медицине, так и при изготовлении различных приборов, человек строго соблюдает нормы допустимого ИК-излучения. Также следует следить и за тем, какой вид лучей используется в той или иной ситуации, потому что не все виды этого излучения одинаково безопасны для человека. Так для отопления помещений необходимо использовать только обогреватели, использующие длинные волны. Короткие волны при близком контакте с человеком представляют для него опасность. Зачастую они провоцируют покраснение кожи и различные заболевания глаз.
Вред инфракрасного излучения
Но такое излучение может приносить не только пользу, но и вред. Чем опасно инфракрасное излучение для человека?
Самое распространенное явление, с которым может столкнуться человек — это солнечные ожоги. Именно инфракрасное излучение становится причиной покраснения кожных покровов или же ожогов, полученных от пребывания на солнце. Использование различных защитных средств предотвращает нанесение вредя инфракрасными лучами.
Негативное действие инфракрасного излучения на организм человека также вызывает различные симптомы. Так человек начинает испытывать проблемы с координацией, потемнение в глазах, учащенное сердцебиение и тошноту. В отдельных случаях он может потерять сознание.
Для глаз большую опасность представляет тип излучения с короткими волнами. Коротковолновое свечение в 0,75-1,5 мкм способно провоцировать не только ухудшение зрения, но и катаракту или боязнь света. Следует избегать длительного контакта с сильными излучениями с такими короткими волнами. Чаще всего его можно встретить в различных обогревателях для улицы. Поэтому жилые помещения должны использовать обогреватели на основе длинных волн, которые не несут такой опасности для человека.
Даже в медицинских целях не всегда можно использовать ИК-излучение. Так не рекомендуется такой тип лечения при злокачественных опухолях, заболеваниях крови и кровотечениях. Поэтому даже при использовании обогревателей, работающих по такой технологии, следует удостовериться о том, какой тип излучения используется, чтобы предотвратить вред для человека. Ведь такие лучи не для всех одинаково полезны.
Мы ежедневно сталкивается с различными источниками такого излучения. Воздействие инфракрасного излучения на человека может быть как положительным, так и отрицательным. Множество приборов используют его для своей работы и также оно широко применяется в медицине. Знание о том, где и как встречается этот тип излучения поможет избежать многих проблем. Ведь даже солнечный свет может нанести вред организму, не говоря уже о различных приборах с инфракрасным излучением, которые используются не по назначению.
Польза и вред инфракрасного излучения для человека
Сегодня нас окружает множество разнообразной бытовой техники, вырабатывающей инфракрасное излучение. Мало кто задумывается о том, какое воздействие оно оказывает на человека. Но если вам дорого здоровье, то вам следует уделить внимание этому вопросу.
Что такое инфракрасное излучение?
Согласно научной терминологии, инфракрасным излучением принято называть электромагнитное излучение, у которого длина волны больше красного конца видимого света, но меньше микроволнового радиоизлучения. В числовом выражении ее длина может быть равна от 0,74 мкм до 1-2 мм. Открытие инфракрасного излучения является заслугой астронома Уильяма Гершеля, который совершил его в 1800 году. Многие оно известно как «тепловое излучение». Инфракрасные волны мало отличаются от обычного света, поэтому они обладают и схожими свойствами. Когда свет достигает предмета, происходит его отражение в первоначальную точку. В случае же с инфракрасными волнами наблюдается их полное поглощение телом, в результате образуется тепловая энергия.
Инфракрасные волны бывают трех типов:
Инфракрасные волны излучают все предметы, которые нас окружают, а происходит это в момент их нагрева до определенной температуры. Среди наиболее известных источников стоит назвать Солнце.
Использование инфракрасной энергии
Инфракрасное излучение не осталось незамеченным для ученых, которые уже после открытия сумели найти ему достойное применение. Можно выделить несколько основных областей, где активно используются инфракрасные волны:
Но это лишь часть областей, в которых инфракрасное излучение сегодня активно применяется. Но процесс этот не останавливается, и каждый год появляются все новые приборы, использующие инфракрасные волны.
Польза инфракрасного излучения
Человека давно подозревал о существовании инфракрасного излучения, поэтому еще в древности было известно о лечебных свойствах этой методики. Наши предки активно применяли в борьбе с недугами нагретую глину, песок и прочие вещества, которые никогда не подводили. Впоследствии специалистам удалось узнать, что инфракрасное излучение можно использовать в медицине.
Лечебные свойства
Было время, когда человек думал, что инфракрасные волны не оказывают никакого воздействия на человеческий организм. Случаи, когда в результате применения этого излучения человек неожиданным образом шел на поправку, объяснялись воздействием тепла. Но за последнее время было проведено немало новых исследований, которые полностью опровергли эту гипотезу. Польза для человеческого организма от инфракрасных волн весьма существенна, при их правильном применении можно успешно лечить многие заболевания:
Применение в медицине
Уже достаточно давно инфракрасное излучение используется и при проведении операций. Имеется подтверждение того, что в результате воздействия инфракрасными волнами в послеоперационный период у больных не ощущают болей или, как минимум, они проявляют себя в слабой форме, а процесс реабилитации клеток проходит заметно быстрее. Но это лишь малая часть положительного воздействия инфракрасных волн на человеческий организм. В действительности они могут принести еще больший положительный эффект при условии грамотного применения этой методики.
По заявлениям специалистов, терапия на основе инфракрасного излучения помогает ускорить процесс восстановления организма после болезни. Особенно поразительным получается эффект при использовании ИК-излучения для лечения группы заболеваний:
Ученый Рустам Рахимов
Многие специалисты неоднократно приводили факты положительного влияния на человеческий организм инфракрасных волн. Однако наибольших успехов в изучении этого воздействия добился узбекский ученый Рустам Рахимов из Ташкента. Он является признанным геофизиком и физиком-химиком. Он потратил порядка 30 лет на собственные изучения этого явления, активно используя знания других ученых. В результате ему удалось создать способ использования ИК-излучения.
Вред от ИК-излучения
Еще раз хочется напомнить, что инфракрасные волны могут излучаться в длинном, среднем и коротком спектре. Волны длинного и короткого спектра приносят пользу организма, чего нельзя сказать о коротких. Они не только не несут никакой пользы, более того, при длительном воздействии человек может ощутить вред от них. Человек также является источником инфракрасных волн, которые имеют длину от 2,5 до 20-25 мкм. Если на человека воздействует излучение той же длины, что и волны, излучаемые им, то это не наносит ему вреда.
Вред от ИК-излучения
Особенно негативное влияние инфракрасные короткие волны оказывают на глаза. Если это воздействие продолжается слишком долго, то возникает опасность развития инфракрасной катаракты. Имеется немало подтверждений того, что инфракрасные волны могут вредить и сердечно-сосудистой системе. Особенно это касается персонала горячих цехов, работа которых проходит в помещениях с высокими показателями инфракрасного излучения. В конечном итоге это приводит к развитию заболеваний сердца и органов пищеварения.
Согласно статистике, примерно в 23,6% случаев люди, занятые в металлургической промышленности, становятся инвалидами как раз из-за заболеваний сердца. Одного года работы в горячих цехах достаточно для существенного ослабления иммунной системы. И поэтому уже после этого периода у многих рабочих начинают проявляться симптомы простудных заболеваний.
Как защититься от инфракрасного излучения?
Для минимизации возможного вреда в результате воздействия инфракрасного излучения были разработаны специальные нормы, безопасные для человека. На сегодняшний день в нашей стране действуют особые гигиенические нормы, установленные САНПИНОМ, призванные обеспечить благоприятный микроклимат на рабочем месте. Все организации обязывают принимать меры для повышения защиты человека на работе.
Заключение
Инфракрасное излучение было открыто 200 лет назад, и за это время учёные смогли установить, что оно приносит не только пользу, но и вред. Хотя сегодня повсюду применяются инфракрасные обогреватели и другие устройства, где используются в волны этого типа, это небезопасно для человека. Поэтому тем людям, которым приходится подвергать себя длительному воздействию инфракрасного излучения, необходимо принимать меры по защите от него. Если нет возможности работать в безопасных условиях, то необходимо использовать специальные средства защиты и вдобавок к этому минимизировать время пребывания в опасных для здоровья зонах.
ИНФРАКРАСНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ
ИНФРАКРАСНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ (ИК-излучение, ИК-лучи) — область электромагнитного излучения, находящаяся в диапазоне между длинноволновым участком красного видимого света (0,74 мкм) и коротковолновым радиоизлучением (2000 мкм). И. и. обычно подразделяют на ближнюю область (от 0,74 до 2,5 мкм), среднюю (2,5—50 мкм) и далекую (50—2000 мкм). В обычных условиях глаз человека не видит И. и., однако существуют приборы, превращающие И. и. в видимое излучение (так наз. приборы «ночного» видения). Этой же цели служат специальные приемы фотографирования. И. и. нашло широкое применение в мед. практике.
Источниками И. и. служат лампы накаливания, угольная электрическая дуга, излучатели из нихрома и других сплавов, различные газоразрядные лампы. Излучение ряда лазеров (см.) также находится в инфракрасном диапазоне. Солнечная радиация почти на 50% состоит из И. и. В земной атмосфере И. и. наиболее интенсивно поглощают молекулы воды, углекислого газа и озона. Загрязнение атмосферы приводит к задержке И. и. земли и развитию так наз. парникового эффекта. Некоторые животные — ямкоголовые змеи, насекомые (тараканы, кузнечики и др.) обладают высокочувствительными рецепторами, воспринимающими И.и.
И. и. впервые обнаружено англ. ученым Гершелем (F. W. Herschel) в 1800 г. Спектр И. и. в зависимости от источника может быть дискретным (состоять из отдельных линий) или непрерывным. Инфракрасные спектры излучения возбужденных атомов являются линейчатыми, соответствующими отдельным электронным переходам; промежуточные между линейчатыми и непрерывными спектрами — так наз. полосатые спектры возбужденных молекул обусловлены их колебательным и вращательным движением. Нагретые тела в твердом и жидком состоянии излучают непрерывный инфракрасный спектр.
Исследование колебательно-вращательных инфракрасных спектров проводят для качественного и количественного анализа смесей различных веществ, для определения хим. состава и структуры различных молекул, в т. ч. полимеров и таких биологически важных соединений, как аминокислоты, углеводы, гормоны, липиды и белки. Различия в поглощении и рассеивании И. и., видимого и ультрафиолетового света широко используются для выявления сходных по цвету, но различных по составу веществ и для обнаружения невидимых и плохо видимых объектов в инфракрасной фотографии, аэросъемке, дефектоскопии и т. д.
И. и. является непрерывно действующим на организм человека фактором окружающей среды. Тело человека постоянно излучает и поглощает инфракрасные лучи (радиационный теплообмен). Преобладание процессов поглощения над процессами излучения может привести к перегреванию организма (см.) и развитию теплового удара (см.). Пределы переносимости человеком И. и. составляют 1,33—1,79 кал/см 2 (в зависимости от длины волны И. и.).
Термография (см.) и инфраскопия — методы, основанные на регистрации интенсивности И. и., — являются ценным диагностическим средством, применяемым в офтальмологии, дерматологии, а также для определения локализации глубоко расположенных в организме воспалительных процессов. Инфракрасная техника используется также в судебной медицине при фотографировании вещественных доказательств, выявлении следов выстрела, обнаружении карбоксигемоглобина в крови и т. д.
Инфракрасное излучение в физиотерапии. Действие И. и. на человека обусловлено его тепловым эффектом. Повышение температуры в результате поглощения И. и. тканями вызывает реакции местного (гиперемия, увеличение проницаемости сосудов) и общего характера (интенсификация обмена, терморегуляции и т. д.).
Под действием И. и. на месте облучения образуется ряд физиологически активных веществ (напр., ацетилхолин и др.), которые поступают в общий круг кровообращения, вызывают усиление обменных процессов в отдаленных от места облучения тканях и органах.
Реакция организма на действие И. и. зависит от мощности излучения, экспозиции, величины облучаемой поверхности, локализации воздействия и др. На коже под влиянием И. и. определенной интенсивности через несколько минут после облучения появляется гиперемия, сохраняющаяся после окончания облучения до 60—90 мин., реже дольше. И. и. улучшает кровообращение в тканях, что ведет к нормализации питания тканей, ускорению регенеративных процессов. Под влиянием И. и. меняется функциональное состояние рецепторов кожи: повышается порог теплового и болевого ощущения, понижается порог тактильной чувствительности. Умеренные дозы облучения оказывают болеутоляющее действие, под влиянием тепла снижается тонус мышц.
Общая реакция организма на И. и. выражается в перераспределении крови в сосудах, повышении числа эозинофилов (на фоне общего уменьшения числа лейкоцитов) в периферической крови, ускорении РОЭ, повышении процессов обмена веществ. Облучение И. и. рефлексогенных зон вызывает расширение сосудов, ускорение крово- и лимфотока не только в зоне воздействия, но и во внутренних органах (почках, желудке, кишечнике).
И. и. оказывает нормализующее действие на функции желудка, поджелудочной железы, почек, стимулирует иммуногенные свойства организма и может быть использовано в целях повышения общей сопротивляемости организма.
У животных под влиянием И. и. происходит ослабление анафилактической реакции, судорог, вызываемых действием стрихнина, а также эффекта кураризации.
Терапия И. и. сочетается с применением ультрафиолетового излучения (см.), электропроцедур нетеплового действия (постоянные и импульсные токи), лечебной физкультуры (см.) и массажа (см.) и не проводится с одновременным применением других тепловых процедур.