Infrapuna vahemik. Infrapunakiirgus – mõju ja rakendamine

17.10.2019

Infrapunakiirgus- elektromagnetkiirgus, mis hõivab spektripiirkonna nähtava valguse punase otsa (lainepikkusega λ = 0,74 μm ja sagedusega 430 THz) ja mikrolaine raadiokiirguse (λ ~ 1-2 mm, sagedus 300 GHz) vahel.

Kogu infrapunakiirguse ulatus on tavapäraselt jagatud kolmeks piirkonnaks:

Selle vahemiku pika lainepikkusega serv eraldatakse mõnikord eraldi elektromagnetlainete vahemikuks - terahertsi kiirguseks (submillimeetri kiirgus).

Infrapunakiirgust nimetatakse ka "soojuskiirguseks", kuna kuumutatud objektide infrapunakiirgust tajub inimese nahk soojustundena. Sel juhul sõltuvad keha poolt kiiratavad lainepikkused küttetemperatuurist: mida kõrgem on temperatuur, seda lühem on lainepikkus ja suurem kiirgusintensiivsus. Absoluutse musta keha kiirgusspekter suhteliselt madalatel (kuni mitu tuhat kelvinit) temperatuuridel asub peamiselt selles vahemikus. Infrapunakiirgust kiirgavad ergastatud aatomid või ioonid.

Entsüklopeediline YouTube

1 / 3

✪ 36 Infrapuna- ja ultraviolettkiirguse elektromagnetlainete skaala

✪ Füüsikakatsed. Infrapuna peegeldus

✪ Elektriküte (infrapunaküte). Millist küttesüsteemi valida?

Subtiitrid

Avastuslugu ja üldised omadused

Infrapunakiirguse avastas 1800. aastal inglise astronoom W. Herschel. Päikest uurides otsis Herschel võimalust, kuidas vähendada vaatlusi teinud instrumendi kuumenemist. Kasutades termomeetreid nähtava spektri erinevate osade mõju määramiseks, avastas Herschel, et "soojuse maksimum" on küllastunud punase värvi taga ja võib-olla ka "väljapool nähtavat murdumist". See uuring tähistas infrapunakiirguse uurimise algust.

Varem olid infrapunakiirguse laboratoorsed allikad eranditult kuumad kehad või elektrilahendused gaasides. Tänapäeval on tahkis- ja molekulaargaaslaserite baasil loodud kaasaegsed reguleeritava või fikseeritud sagedusega infrapunakiirguse allikad. Kiirguse salvestamiseks lähiinfrapuna piirkonnas (kuni ~1,3 μm) kasutatakse spetsiaalseid fotoplaate. Fotoelektrilistel detektoritel ja fototakistitel on laiem tundlikkuse vahemik (kuni ligikaudu 25 mikronit). Kaug-infrapunapiirkonna kiirgust registreerivad bolomeetrid - detektorid, mis on tundlikud infrapunakiirguse kuumenemise suhtes.

IR-seadmeid kasutatakse laialdaselt nii sõjatehnikas (näiteks rakettide juhtimiseks) kui ka tsiviiltehnoloogias (näiteks fiiberoptilistes sidesüsteemides). IR-spektromeetrid kasutavad optiliste elementidena kas läätsi ja prismasid või difraktsioonivõresid ja peegleid. Vältimaks kiirguse neeldumist õhus, toodetakse kaug-IR piirkonna spektromeetrid vaakumversioonis.

Kuna infrapunaspektrid on seotud molekulis toimuvate pöörlemis- ja vibratsiooniliste liikumistega, aga ka aatomite ja molekulide elektronüleminekutega, võimaldab IR-spektroskoopia saada olulist teavet aatomite ja molekulide ehituse, aga ka kristallide ribastruktuuri kohta.

Infrapunakiirguse vahemikud

Objektid kiirgavad tavaliselt infrapunakiirgust kogu lainepikkuste spektri ulatuses, kuid mõnikord pakub huvi ainult piiratud spektri piirkond, kuna andurid koguvad tavaliselt kiirgust ainult teatud ribalaiuse piires. Seega on infrapuna leviala sageli jagatud väiksemateks ribadeks.

Tavapärane jaotusskeem

Kõige sagedamini jagatakse väiksemateks vahemikeks järgmiselt:

Lühend	Lainepikkus	Footonite energia	Iseloomulik
Lähi-infrapuna, NIR	0,75-1,4 mikronit	0,9-1,7 eV	Lähis-IR, mida ühelt poolt piirab nähtav valgus, teiselt poolt vee läbipaistvus, mis halveneb oluliselt 1,45 µm juures. Selles vahemikus töötavad laialt levinud infrapuna-LED-id ja laserid kiudoptiliste ja õhus levivate optiliste sidesüsteemide jaoks. Selles vahemikus on tundlikud ka videokaamerad ja pildivõimenditorudel põhinevad öövaatlusseadmed.
Lühilainepikkusega infrapuna, SWIR	1,4-3 mikronit	0,4-0,9 eV	Elektromagnetilise kiirguse neeldumine vee poolt suureneb oluliselt 1450 nm juures. Kaugside piirkonnas domineerib vahemik 1530-1560 nm.
Kesklainepikkusega infrapuna, MWIR	3-8 mikronit	150-400 meV	Selles vahemikus hakkavad mitmesaja kraadi Celsiuse järgi kuumutatud kehad kiirgama. Selles vahemikus on tundlikud õhutõrjesüsteemide ja tehniliste termokaamerate soojusjuhtimispead.
Pikalaineline infrapuna, LWIR	8-15 mikronit	80-150 meV	Selles vahemikus hakkavad kiirgama kehad, mille temperatuur on umbes null kraadi Celsiuse järgi. Öise nägemise seadmete termokaamerad on selles vahemikus tundlikud.
Kaug-infrapuna, FIR	15-1000 µm	1,2-80 meV

CIE skeem

Rahvusvaheline valgustuskomisjon Rahvusvaheline valgustuse komisjon ) soovitab infrapunakiirgust jagada kolme rühma:

IR-A: 700 nm – 1400 nm (0,7 µm – 1,4 µm)
IR-B: 1400 nm – 3000 nm (1,4 µm – 3 µm)
IR-C: 3000 nm – 1 mm (3 µm – 1000 µm)

ISO 20473 diagramm

Soojuskiirgus

Soojuskiirgus ehk kiirgus on energia ülekandmine ühelt kehalt teisele elektromagnetlainete kujul, mida kehad oma siseenergia tõttu kiirgavad. Soojuskiirgus langeb peamiselt spektri infrapunapiirkonda 0,74 mikronist 1000 mikronini. Kiirgussoojusvahetuse eripäraks on see, et seda saab läbi viia kehade vahel, mis asuvad mitte ainult mis tahes keskkonnas, vaid ka vaakumis. Soojuskiirguse näide on hõõglambi valgus. Absoluutse musta keha kriteeriumidele vastava objekti soojuskiirguse võimsust kirjeldab Stefan-Boltzmanni seadus. Kehade kiirgus- ja neeldumisvõimete vahelist seost kirjeldab Kirchhoffi kiirgusseadus. Soojuskiirgus on üks kolmest soojusenergia ülekande elementaarsest liigist (lisaks soojusjuhtivusele ja konvektsioonile). Tasakaalukiirgus on soojuskiirgus, mis on ainega termodünaamilises tasakaalus.

Rakendus

Öönägemisseade

Nähtamatu infrapunapildi visualiseerimiseks on mitu võimalust:

Kaasaegsed pooljuhtvideokaamerad on lähi-infrapuna suhtes tundlikud. Värviedastusvigade vältimiseks on tavalised koduvideokaamerad varustatud spetsiaalse filtriga, mis lõikab ära IR-pildi. Turvasüsteemide kaameratel sellist filtrit reeglina pole. Pimedas pole aga loomulikke lähiinfrapuna valguse allikaid, nii et ilma kunstliku valgustuseta (näiteks infrapuna LED-id) ei näita sellised kaamerad midagi.
Elektron-optiline muundur on vaakumfotoelektrooniline seade, mis võimendab valgust nähtavas spektris ja lähi-IR-s. Sellel on kõrge tundlikkus ja see on võimeline tootma pilte väga vähese valguse tingimustes. Need on ajalooliselt esimesed öövaatlusseadmed ja neid kasutatakse tänapäevalgi laialdaselt odavates öövaatlusseadmetes. Kuna need töötavad ainult lähi-IR-s, vajavad nad sarnaselt pooljuhtvideokaameratega valgustust.
Bolomeeter - termoandur. Tehniliste nägemissüsteemide ja öövaatlusseadmete bolomeetrid on tundlikud lainepikkuste vahemikus 3...14 mikronit (mid-IR), mis vastab 500 kuni −50 kraadi Celsiuse järgi kuumutatud kehade kiirgusele. Seega ei vaja bolomeetrilised seadmed välist valgustust, mis registreerivad objektide endi kiirgust ja loovad pildi temperatuuride erinevusest.

Termograafia

Infrapunatermograafia, termopildistamine või termovideo on teaduslik meetod termogrammi saamiseks – infrapunakiirtes kujutis, mis näitab temperatuuriväljade jaotusmustrit. Termograafilised kaamerad või termokaamerad tuvastavad elektromagnetilise spektri infrapunavahemikus (ligikaudu 900–14000 nanomeetrit ehk 0,9–14 µm) olevat kiirgust ja kasutavad seda kiirgust piltide loomiseks, mis aitavad tuvastada ülekuumenenud või alajahtunud alasid. Kuna infrapunakiirgust kiirgavad kõik objektid, millel on temperatuur, siis Plancki musta keha kiirguse valemi kohaselt võimaldab termograafia keskkonda "näha" nähtava valgusega või ilma. Objekti kiirgava kiirguse hulk suureneb selle temperatuuri tõustes, seega võimaldab termograafia näha temperatuuride erinevusi. Kui vaatame läbi termokaamera, on soojad esemed paremini nähtavad kui ümbritseva õhu temperatuurini jahutatud; inimesed ja soojaverelised loomad on keskkonnas kergemini nähtavad nii päeval kui öösel. Selle tulemusena võib termograafia kasutamise edenemist seostada sõjaväe ja julgeolekuteenistustega.

Infrapuna kodustamine

Infrapuna-suunamispea – suunamispea, mis töötab püütava sihtmärgi poolt kiiratavate infrapunalainete hõivamise põhimõttel. See on optilis-elektrooniline seade, mis on loodud sihtmärgi tuvastamiseks ümbritseval taustal ja lukustussignaali väljastamiseks automaatsele sihtimisseadmele (ADU), samuti vaatevälja nurkkiiruse signaali mõõtmiseks ja autopiloodile väljastamiseks.

Infrapuna kütteseade

Andmete ülekanne

Infrapuna-LED-de, laserite ja fotodioodide levik on võimaldanud luua nende baasil juhtmevaba optilise andmeedastusmeetodi. Arvutitehnoloogias kasutatakse seda tavaliselt arvutite ühendamiseks välisseadmetega (IrDA liides) Erinevalt raadiokanalist on infrapunakanal elektromagnetiliste häirete suhtes tundetu ja see võimaldab seda kasutada tööstuslikes keskkondades. Infrapunakanali miinusteks on seadmete optiliste akende vajadus, seadmete õige suhteline orientatsioon, madalad edastuskiirused (tavaliselt ei ületa 5-10 Mbit/s, kuid infrapunalasereid kasutades on võimalikud oluliselt suuremad kiirused). Lisaks ei ole tagatud teabe edastamise konfidentsiaalsus. Otsese nähtavuse tingimustes suudab infrapunakanal anda sidet mitme kilomeetri kaugusele, kuid kõige mugavam on sellega ühendada samas ruumis asuvaid arvuteid, kus peegeldused ruumi seintelt tagavad stabiilse ja usaldusväärse side. Siin on kõige loomulikum topoloogia tüüp "siin" (see tähendab, et kõik abonendid võtavad edastatud signaali samaaegselt vastu). Infrapunakanal ei saanud laialt levinud, see asendati raadiokanaliga.

Hoiatussignaalide vastuvõtmiseks kasutatakse ka soojuskiirgust.

Pult

Infrapunadioode ja fotodioode kasutatakse laialdaselt kaugjuhtimispaneelides, automaatikasüsteemides, turvasüsteemides, osades mobiiltelefonides (infrapunaliides) jne. Infrapunakiired ei tõmba inimese tähelepanu oma nähtamatuse tõttu kõrvale.

Huvitav on see, et majapidamises kasutatava kaugjuhtimispuldi infrapunakiirgust on lihtne salvestada digikaamera abil.

Ravim

Infrapunakiirguse levinumaid rakendusi meditsiinis leidub erinevates verevooluandurites (PPG).

Laialdaselt kasutatavad pulsisageduse (HR – Heart Rate) ja vere hapnikuküllastuse (Sp02) mõõturid kasutavad rohelist (impulsi) ning punast ja infrapunast (SpO2) valgusdioodi.

Infrapuna laserkiirgust kasutatakse DLS (Digital Light Scattering) tehnikas südame löögisageduse ja verevoolu omaduste määramiseks.

Infrapunakiirgust kasutatakse füsioteraapias.

Pikalainelise infrapunakiirguse mõju:

Vereringe stimuleerimine ja parandamine.Pikalainelise infrapunakiirgusega kokkupuutel nahal ärrituvad naha retseptorid ja hüpotalamuse reaktsiooni tõttu lõdvestuvad veresoonte silelihased, mille tulemusena veresooned laienevad. .
Ainevahetusprotsesside parandamine. Kuumusega kokkupuutel stimuleerib infrapunakiirgus aktiivsust raku tasandil, parandades neuroregulatsiooni ja ainevahetuse protsesse.

Toidu steriliseerimine

Infrapunakiirgust kasutatakse toiduainete steriliseerimiseks desinfitseerimiseks.

Toidutööstus

IR-kiirguse kasutamise eripära toiduainetööstuses on elektromagnetlaine tungimise võimalus kapillaarpoorsetesse toodetesse nagu teravili, teravili, jahu jne kuni 7 mm sügavusele. See väärtus sõltub pinna iseloomust, struktuurist, materjali omadustest ja kiirguse sagedusomadustest. Teatud sagedusvahemikuga elektromagnetlainel on tootele mitte ainult termiline, vaid ka bioloogiline mõju, aidates kiirendada biokeemilisi muundumisi bioloogilistes polümeerides (

Kogu Päikesest lähtuva kiirguse mitmekesisus on ühtne – need on elektromagnetlained. Nende omaduste mitmekesisus on tingitud lainepikkuste erinevustest. Päikese kiirgusspektri nähtav osa algab kõige lühematest lainetest – violetsetest lainetest (0,38 mikronit) ja lõpeb pikimate lainetega (0,76 mikronit), mida inimsilm tajub punasena.

Saksa teadlane Herschel avastas 1800. aastal teatud nähtamatud kiired väljaspool spektri punast osa, mis põhjustas tema uurimistöös kasutatud termomeetri temperatuuri olulise tõusu. Seda kiirgust nimetati infrapunaseks.

Milline on infrapunakiirguse mõju inimkehale? Uurime välja.

Mis on infrapunakiirgus

Nähtava spektri punase osaga külgnevat kiirgust, mida meie nägemisorganid ei taju, kuid millel on võime valgustatud pindu soojendada, nimetati infrapunaseks. Eesliide "infra" tähendab "rohkem". Meie puhul on tegemist elektromagnetiliste kiirtega, mille lainepikkus on suurem kui nähtaval punasel valgusel.

Mis on infrapunakiirguse allikas

Selle looduslik allikas on Päike. Infrapunakiirte ulatus on üsna lai. Need on lained pikkusega 7 kuni 14 mikromeetrit (µm). Maa atmosfääris toimub infrapunakiirte osaline neeldumine ja hajumine.

Päikese infrapunakiirguse ulatust tõendab asjaolu, et see moodustab 58% kogu meie tähest lähtuva elektromagnetlainete spektrist.

See üsna lai IR-kiirte valik jaguneb kolmeks osaks:

küttekeha kiirgavad pikad lained temperatuuriga kuni 300 °C;
keskmine - kuni 600 ° C;
lühike - üle 800 °C.

Neid kõiki kiirgavad ergastatud aatomid (st need, millel on liigne energia), samuti aine ioonid. Kõik kehad on IR-kiirguse allikad, kui nende temperatuur on üle absoluutse nulli (miinus 273 °C).

Seega, sõltuvalt emitteri temperatuurist, moodustuvad erineva lainepikkuse, intensiivsuse ja läbitungimisvõimega IR-kiired. Ja see määrab, kuidas infrapunakiirgus mõjutab elusorganismi.

IR-kiirguse eelised ja kahju inimeste tervisele

Saate vastata küsimusele - kas infrapunakiirgus on inimesele kahjulik, relvastatud teatud teabega.

Nahka tabavad pikalainelised infrapunakiired mõjutavad närviretseptoreid, tekitades soojatunde. Seetõttu nimetatakse infrapunakiirgust ka soojuskiirguseks.

Üle 90% sellest kiirgusest neelab naha ülemistes kihtides sisalduv niiskus. See põhjustab ainult naha temperatuuri tõusu. Meditsiinilised uuringud on näidanud, et pikalaineline kiirgus ei ole mitte ainult inimestele ohutu, vaid parandab ka immuunsust ning käivitab paljude elundite ja süsteemide taastumis- ja paranemismehhanismid. 9,6 mikronise lainepikkusega infrapunakiired on selles osas eriti tõhusad. Need asjaolud määravad infrapunakiirguse kasutamise meditsiinis.

Täiesti erinev infrapunakiirte toimemehhanism inimkehale, mis kuulub spektri lühilaineossa. Nad on võimelised tungima mitme sentimeetri sügavusele, põhjustades siseorganite kuumenemist.

Kiirituskohas võib kapillaaride laienemise tõttu tekkida naha punetus, sealhulgas villide teke. Lühikesed IR-kiired on eriti ohtlikud nägemisorganitele. Need võivad provotseerida katarakti teket, vee-soola tasakaalu häireid ja krampide ilmnemist.

Tuntud termošoki efekti põhjuseks on lühilaineline infrapunakiirgus. Aju temperatuuri tõus 1 °C võrra põhjustab juba selle sümptomeid:

Ülekuumenemine 2 °C võrra võib vallandada meningiidi tekke.

Nüüd mõistame elektromagnetkiirguse intensiivsuse mõistet. See tegur sõltub soojusallika kaugusest ja selle temperatuurist. Madala intensiivsusega pikalaineline soojuskiirgus mängib olulist rolli elu arengus planeedil. Inimkeha vajab nende lainepikkuste pidevat täiendamist.

Seega määrab selle lainepikkus ja kokkupuuteaeg.

Kuidas vältida IR-kiirte kahjulikku mõju

Kuna oleme kindlaks teinud, et lühilaineline infrapunakiirgus avaldab inimorganismile negatiivset mõju, siis uurime, kus see oht meid varitseda võib.

Esiteks on need kehad, mille temperatuur ületab 100 °C. Need võivad hõlmata järgmist.

Tööstuslikud kiirgusenergia allikad (terase sulatus, elektrikaareahjud jne) Nende kokkupuute riski vähendamine saavutatakse spetsiaalse kaitseriietuse, kuumakaitsega, uuemate tehnoloogiate kasutamisega, samuti operatiivpersonali ravi- ja ennetusmeetmetega;
. Kõige usaldusväärsem ja tõestatud neist on vene ahi. Soojus, mida see kiirgab, pole mitte ainult ülimalt meeldiv, vaid ka tervendav. Kahjuks on see igapäevaelu detail peaaegu täielikult unustuse hõlma vajunud. See asendati kõigi võimalike elektriliste küttekehadega. Need, mille soojust tekitav mähis on kaitstud soojusisolatsioonimaterjaliga, kiirgavad pehmet pikalainelist kiirgust. Sellel on kehale kasulik mõju. Avatud kütteelemendiga küttekehad kiirgavad tugevat lühilainelist kiirgust, mis võib viia ülalkirjeldatud negatiivsete tagajärgedeni. Kütteseadme tehnilistele andmetelehel on tootja kohustatud märkima selle seadme kiirguse iseloomu.

Kui saate lühilaineküttekeha omanikuks, järgige reeglit - mida lähemal on kütteseade, seda lühem peaks olema selle kokkupuuteaeg.

Abi kuumarabanduse korral

Loodus on varustanud inimesi väga arenenud termoregulatsioonisüsteemiga. Kuid kui kuumarabandus siiski tekib, tuleks selle tagajärgede minimeerimiseks võtta teatud meetmed:

Inimkond elab looduslike ja inimtekkeliste erinevate kiirgusallikate maailmas. Infrapunakiirguse mõju inimkehale on vaieldamatu. Kuid selle kahju kohta pole statistikat.

Ja teadmised selle vastasmõju mustrite kohta bioloogiliste objektidega võimaldavad meil kasutada infrapunakiirguse kasulikku mõju inimestele haiguste ennetamiseks ja erinevate haiguste raviks.

Tõlkinud Dmitri Viktorov

Lühend: IR-kiirgus
Definitsioon: nähtamatu kiirgus lainepikkusega ligikaudu 750 nm kuni 1 mm.

Infrapunakiirgus- see on kiirgus, mille lainepikkus on suurem kui 700–800 nm, nähtava lainepikkuse vahemiku ülempiir. See piir ei määra, kuidas väheneb silma tundlikkus nähtava kiirguse suhtes antud spektripiirkonnas.

Vaatamata sellele, et silma tundlikkus nähtava kiirguse suhtes näiteks 700 nm juures on juba väga nõrk, on mõne laserdioodi kiirgust lainepikkusega üle 750 nm siiski näha, kui see kiirgus on piisavalt intensiivne. Selline kiirgus võib olla silmadele kahjulik, isegi kui seda ei tajuta väga eredana. Infrapunaspektri ülempiir lainepikkuse osas pole samuti selgelt määratletud, kuid tavaliselt mõistetakse seda umbes 1 μm.

Infrapunavalguses "nägemiseks" kasutatakse öövaatlusseadmeid.

Infrapunaspektri piirkondade jaoks kasutatakse järgmist klassifikatsiooni:

- spektri lähi-infrapunapiirkond (nimetatakse ka IR-A-ks) on ~ 700 kuni 1400 nm. Selles lainepikkuste vahemikus kiirgavad laserid on silmadele eriti ohtlikud, kuna lähi-infrapunakiirgus edastatakse ja fokusseeritakse tundlikule võrkkestale samamoodi nagu nähtav valgus, kuid samal ajal ei käivita see kaitsvat vilkumise refleksi. Vajalik on asjakohane silmade kaitse.
- lühilaine infrapuna (IR-B) levib 1,4 kuni 3 µm. See vahemik on silmadele suhteliselt ohutu, kuna selline kiirgus neeldub silma aines enne, kui see jõuab võrkkestani. Selles vahemikus töötavad fiiberoptilise side jaoks mõeldud Erbiumiga legeeritud kiudvõimendid.
- kesklaine infrapuna ulatus (IR-C) alates 3 kuni 8 µm. Atmosfäär kogeb selles vahemikus tugevat neeldumist. Absorptsiooniliine on palju, näiteks süsinikdioksiidi (CO2) ja veeauru (H2O) jaoks. Paljudel gaasidel on keskmise IR-kiirguse tugevad ja iseloomulikud neeldumisjooned, mis muudab selle spektripiirkonna huvitavaks väga tundliku gaasispektroskoopia jaoks.
- pika laine IR erineb 8 kuni 15 µm, järgides kaug-infrapuna, mis ulatub kuni 1 mm, algab see kirjanduses mõnikord juba 8 µm. Spektri pikalainelist IR piirkonda kasutatakse termopildistamiseks.

Siiski tuleb märkida, et nende mõistete määratlused erinevad kirjanduses oluliselt. Enamik klaase on infrapunalähedasele kiirgusele läbipaistvad, kuid neelavad tugevalt kiirgust pikematel lainepikkustel ja sellest kiirgusest pärinevaid footoneid saab otse muuta fononiteks. Kvartskiududes kasutatava kvartsklaasi puhul toimub tugev neeldumine pärast 2 µm.

Infrapunakiirgust nimetatakse ka soojuskiirguseks, kuna kuumutatud kehade soojuskiirgus on enamasti infrapunapiirkonnas. Isegi toatemperatuuril ja madalamal temperatuuril eraldavad kehad märkimisväärses koguses keskmist ja kaugemat infrapunakiirgust, mida saab kasutada termopildistamiseks.
Näiteks talveküttega kodu infrapunapildid võivad paljastada soojalekkeid (näiteks akendes, katusel või halvasti soojustatud seintes radiaatorite taga) ja aidata seega rakendada tõhusaid parendusmeetmeid.

Internetiportaali materjalide põhjal

Infrapunakiirgus (IR) on teatud tüüpi elektromagnetiline kiirgus, mis hõivab nähtava punase valguse (INFRARED: BELOW red) ja lühilaine raadiolainete vahelise spektrivahemiku. Need kiired tekitavad soojust ja on teaduslikult tuntud kui termilised lained. Need kiired tekitavad soojust ja on teaduslikult tuntud kui termilised lained.

Kõik kuumutatud kehad kiirgavad infrapunakiirgust, sealhulgas inimkeha ja Päike, mis sel viisil soojendab meie planeeti, andes elu kogu sellel asuvale elule. Soojus, mida tunneme lõkke või kamina lähedal asuvast lõkkest, kerisest või soojast asfaldist, on kõik infrapunakiirte tagajärg.

Kogu infrapunakiirguse spekter jaguneb tavaliselt kolme põhivahemikku, mis erinevad lainepikkuse poolest:

Lühike lainepikkus, lainepikkusega λ = 0,74-2,5 µm;
Kesklaine, lainepikkusega λ = 2,5-50 µm;
Pikk lainepikkus, lainepikkusega λ = 50-2000 µm.

Lähi- või lühilainelised infrapunakiired ei ole üldse kuumad; tegelikult me isegi ei tunne neid. Neid laineid kasutatakse näiteks telerite pultides, automaatikasüsteemides, turvasüsteemides jne. Nende sagedus on kõrgem ja vastavalt ka nende energia kõrgem kui kaugetel (pikkadel) infrapunakiirtel. Kuid mitte sellisel tasemel, et see kahjustaks keha. Infrapuna keskmiste lainepikkuste juures hakkab tekkima soojust ja me juba tunneme nende energiat. Infrapunakiirgust nimetatakse ka "termiliseks" kiirguseks, sest kuumutatud objektide kiirgust tajub inimese nahk soojustundena. Sel juhul sõltuvad keha poolt kiiratavad lainepikkused küttetemperatuurist: mida kõrgem on temperatuur, seda lühem on lainepikkus ja suurem kiirgusintensiivsus. Näiteks allikas, mille lainepikkus on 1,1 mikronit, vastab sulametallile ja allikas, mille lainepikkus on 3,4 mikronit, vastab metallile valtsimise või sepistamise lõpus.

Meile pakub huvi spekter lainepikkusega 5–20 mikronit, kuna just selles vahemikus tekib üle 90% infrapunaküttesüsteemide tekitatavast kiirgusest, mille kiirgustiik on 10 mikronit. On väga oluline, et just sellel sagedusel kiirgab inimkeha ise 9,4 mikroni suuruseid infrapunalaineid. Seega tajub inimkeha igasugust antud sagedusega kiirgust seotuna ning sellel on kasulik ja veelgi enam tervendav toime.

Sellise infrapunakiirgusega kokkupuutel kehal tekib "resonantsneeldumise" efekt, mida iseloomustab välisenergia aktiivne neeldumine kehas. Selle tulemusena võib täheldada inimese hemoglobiinitaseme tõusu, ensüümide ja östrogeenide aktiivsuse tõusu ning üldiselt inimese elutegevuse stimuleerimist.

Infrapunakiirguse mõju inimkeha pinnale, nagu me juba ütlesime, on kasulik ja pealegi meeldiv. Meenuta esimesi päikesepaistelisi päevi kevade alguses, kui peale pikka ja pilvist talve lõpuks päike välja tuli! Tunnete, kuidas see meeldivalt ümbritseb teie naha, näo, peopesade valgustatud ala. Kindaid ja mütsi enam kanda ei taha, vaatamata “mugavaga” võrreldes üsna madalale temperatuurile. Kuid niipea, kui ilmub väike pilv, kogeme sellise meeldiva tunde katkemisest kohe märgatavat ebamugavust. See on just see kiirgus, millest meil kogu talve jooksul nii puudus oli, kui Päike pikka aega puudus ja me, tahes-tahtmata, oma “infrapunaposti” täitsime.

Infrapunakiirgusega kokkupuute tagajärjel võite jälgida:

Ainevahetuse kiirenemine kehas;
Nahakoe taastamine;
Vananemisprotsessi aeglustamine;
Liigse rasva eemaldamine kehast;
Inimese motoorse energia vabastamine;
Organismi antimikroobse resistentsuse suurendamine;
Taimede kasvu aktiveerimine

ja paljud paljud teised. Lisaks kasutatakse infrapunakiirgust füsioteraapias paljude haiguste, sealhulgas vähi raviks, kuna see soodustab kapillaaride laienemist, stimuleerib verevoolu veresoontes, parandab immuunsust ja annab üldise ravitoime.

Ja see pole sugugi üllatav, sest see kiirgus on meile looduse poolt antud soojuse ja elu edasikandmiseks kõigile elusolenditele, kes seda soojust ja mugavust vajavad, minnes mööda tühjast ruumist ja õhust kui vahendajatest.

Infrapunavalgus on inimese nägemisele visuaalselt kättesaamatu. Samal ajal tajub inimkeha pikki infrapunalaineid soojusena. Infrapunavalgusel on mõned nähtava valguse omadused. Selle vormi kiirgust saab fokuseerida, peegelduda ja polariseerida. Teoreetiliselt tõlgendatakse IR-valgust pigem infrapunakiirgusena (IR). Kosmose IR hõivab elektromagnetilise kiirguse spektrivahemiku 700 nm - 1 mm. IR-lained on pikemad kui nähtava valguse lained ja lühemad kui raadiolained. Seetõttu on infrapunakiirguse sagedused kõrgemad kui mikrolainete sagedused ja madalamad kui nähtava valguse sagedused. IR sagedus on piiratud vahemikus 300 GHz - 400 THz.

Infrapunalained avastas Briti astronoom William Herschel. Avastus registreeriti 1800. aastal. Kasutades oma katsetes klaasprismasid, uuris teadlane sel viisil võimalust jagada päikesevalgust üksikuteks komponentideks.

Kui William Herschel pidi mõõtma üksikute lillede temperatuuri, avastas ta temperatuuri tõusu teguri järgmiste seeriate läbimisel:

violetne,
sinine,
rohelus,
munakollane,
oranž,
punane.

IR-kiirguse laine- ja sagedusvahemik

Lainepikkuse põhjal jagavad teadlased infrapunakiirguse tinglikult mitmeks spektriosaks. Iga üksiku osa piiride ühtset määratlust siiski ei ole.

Elektromagnetilise kiirguse skaala: 1 - raadiolained; 2 - mikrolaineahjud; 3 - IR lained; 4 - nähtav valgus; 5 - ultraviolett; 6 — röntgenikiired; 7 - gammakiired; B - lainepikkuse vahemik; E - energia

Teoreetiliselt on määratud kolm lainevahemikku:

Lähedal
Keskmine
Edasi

Lähis-infrapuna vahemikku tähistavad lainepikkused, mis lähenevad nähtava valguse spektri lõppu. Ligikaudset arvutatud lainesegmenti tähistab siin pikkus: 750–1300 nm (0,75–1,3 µm). Kiirgussagedus on ligikaudu 215-400 Hz. Lühikesed IR-lainepikkused eraldavad minimaalselt soojust.

Keskmine IR vahemik (keskmine), hõlmab lainepikkusi 1300–3000 nm (1,3–3 µm). Siin mõõdetakse sagedusi vahemikus 20-215 THz. Kiirgava soojuse tase on suhteliselt madal.

Kaug-infrapuna leviala on mikrolaineahjule kõige lähemal. Paigutus: 3-1000 mikronit. Sagedusvahemik 0,3-20 THz. See rühm koosneb lühikestest lainepikkustest maksimaalses sagedusvahemikus. See on koht, kus eraldub maksimaalne soojus.

Infrapunakiirguse rakendused

IR-kiired on leidnud rakendust erinevates valdkondades. Tuntumate seadmete hulgas on termokaamerad, öövaatlusseadmed jne. Side- ja võrguseadmed kasutavad juhtmega ja juhtmeta toimingute osana infrapunavalgust.

Elektroonilise seadme töö näiteks on termokaamera, mille tööpõhimõte põhineb infrapunakiirguse kasutamisel. Ja see on vaid üks näide paljudest teistest.

Puldid on varustatud lähimaa IR sidesüsteemiga, kus signaal edastatakse läbi IR LED-ide. Näide: tavalised kodumasinad – telerid, konditsioneerid, pleierid. Infrapunavalgus edastab andmeid kiudoptiliste kaablisüsteemide kaudu.

Lisaks kasutab astronoomia teadusuuringutes aktiivselt infrapunakiirgust kosmoseuuringuteks. Just tänu infrapunakiirgusele on võimalik tuvastada inimsilmale nähtamatuid kosmoseobjekte.

Vähetuntud faktid IR-valguse kohta

Inimese silmad tõesti ei näe infrapunakiiri. Kuid inimkeha nahk, mis reageerib footonitele, mitte ainult soojuskiirgusele, on võimeline neid "nägema".

Naha pind toimib tegelikult "silmamuna". Kui lähete päikeselisel päeval õue, sulgete silmad ja sirutage peopesad taeva poole, leiate päikese asukoha hõlpsalt.

Talvel ruumis, kus õhutemperatuur on 21-22ºС, olles soojas riides (kampsun, püksid). Suvel, samas ruumis, sama temperatuuriga tunnevad inimesed end samuti mugavalt, kuid kergemates riietes (lühikesed püksid, T-särk).

Seda nähtust on lihtne seletada: vaatamata samale õhutemperatuurile kiirgavad toa seinad ja lagi suvel rohkem kaugeid infrapunalaineid, mida kannab päikesevalgus (FIR – Far Infrared). Seetõttu tajub inimkeha samadel temperatuuridel suvel rohkem soojust.

IR-soojust toodab iga elusorganism ja elutu objekt. See hetk on termokaamera ekraanil enam kui selgelt märgitud

Ühes voodis magavad paarid on üksteise suhtes tahes-tahtmata FIR-lainete saatjad ja vastuvõtjad. Kui inimene on voodis üksi, toimib ta FIR-lainete edastajana, kuid ei saa vastuseks enam samu laineid.

Kui inimesed omavahel räägivad, saadavad ja võtavad nad üksteiselt vastu tahtmatult FIR-laine vibratsioone. Sõbralikud (armastavad) kallistused aktiveerivad ka FIR-kiirguse edasikandumise inimeste vahel.

Kuidas loodus IR-valgust tajub?

Inimesed infrapunavalgust ei näe, kuid rästikuperekonda kuuluvatel madudel (näiteks kõristid) on sensoorsed õõnsused, mida kasutatakse infrapunavalguses kujutiste tegemiseks.

See omadus võimaldab madudel avastada soojaverelisi loomi täielikus pimeduses. Kahe sensoorse õõnsusega madudel on teaduslik hüpotees, et neil on infrapuna sügavuse taju.

IR-mao omadused: 1, 2 - sensoorse õõnsuse tundlikud tsoonid; 3 - membraaniõõs; 4 - sisemine õõnsus; 5 - MG kiud; 6 - välimine õõnsus

Kalad kasutavad saaklooma püüdmiseks ja veealadel orienteerumiseks edukalt lähiinfrapuna valgust (NIR). See NIR-andur aitab kaladel hämaras, pimedas või häguses vees täpselt navigeerida.

Infrapunakiirgusel on samamoodi nagu päikesevalgusel oluline roll Maa ilmastiku ja kliima kujundamisel. Maa neeldunud päikesevalguse kogumass ja võrdne kogus infrapunakiirgust peavad liikuma Maalt tagasi kosmosesse. Vastasel juhul on globaalne soojenemine või jahtumine vältimatu.

Sellel, miks õhk kuival ööl kiiresti jahtub, on ilmne põhjus. Madal niiskustase ja pilvede puudumine taevas annavad infrapunakiirgusele selge tee. Infrapunakiired liiguvad kiiremini kosmosesse ja vastavalt sellele viivad soojust kiiremini ära.

Märkimisväärne osa Maale tuleb infrapunavalgusest. Igal looduslikul organismil või objektil on temperatuur, mis tähendab, et see kiirgab infrapunaenergiat. Isegi a priori külmad objektid (näiteks jääkuubikud) kiirgavad infrapunavalgust.

Infrapunatsooni tehniline potentsiaal

Infrapunakiirte tehniline potentsiaal on piiramatu. Näiteid on küllaga. Infrapuna jälgimist (homing) kasutatakse passiivsetes raketijuhtimissüsteemides. Sel juhul kasutatakse sihtmärgi elektromagnetkiirgust, mis saadakse spektri infrapunases osas.

Sihtmärgi jälgimise süsteemid: 1, 4 - põlemiskamber; 2, 6 - suhteliselt pikk leegi heitgaas; 5 - külm vool, mis möödub kuumast kambrist; 3, 7 - määratud oluline IR-allkiri

Skaneerivate radiomeetritega varustatud ilmasatelliidid toodavad termopilte, mis võimaldavad seejärel analüütiliste tehnikate abil määrata pilvede kõrgust ja tüüpe, arvutada maa- ja pinnaveetemperatuure ning määrata ookeanipinna iseärasusi.

Infrapunakiirgus on kõige levinum viis erinevate seadmete kaugjuhtimiseks. Paljud tooted on välja töötatud ja toodetud FIR-tehnoloogia põhjal. Eriti paistsid siin silma jaapanlased. Siin on vaid mõned näited, mis on populaarsed Jaapanis ja kogu maailmas:

spetsiaalsed vooderdised ja FIR-soojendid;
FIR-taldrikud kala ja juurviljade pikaks ajaks värskena hoidmiseks;
keraamiline paber ja FIR-keraamika;
riidest FIR kindad, joped, turvatoolid;
juuksuri FIR föön, mis vähendab juuksekahjustusi;

Infrapuna reflektograafiat (kunsti konserveerimist) kasutatakse maalide uurimiseks ja see aitab paljastada aluskihte ilma struktuuri hävitamata. See tehnika aitab paljastada kunstniku joonistuse all peidetud detaile.

Nii tehakse kindlaks, kas praegune maal on originaalkunstiteos või lihtsalt professionaalselt tehtud koopia. Tuvastatakse ka kunstiteoste restaureerimistöödega seotud muudatused.

IR-kiired: mõju inimeste tervisele

Päikesevalguse kasulik mõju inimeste tervisele on teaduslikult tõestatud. Liigne kokkupuude päikesekiirgusega on aga potentsiaalselt ohtlik. Päikesevalgus sisaldab ultraviolettkiiri, mis põletavad inimkeha nahka.

Avalikuks kasutamiseks mõeldud infrapunasaunad on Jaapanis ja Hiinas laialt levinud. Ja suundumus selle ravimeetodi arendamise suunas ainult süveneb.

Kauglaine infrapunakiirgus pakub samal ajal kõiki loodusliku päikesevalguse tervisega seotud eeliseid. Samal ajal on päikesekiirguse ohtlikud mõjud täielikult kõrvaldatud.

Infrapunakiirte taasesitamise tehnoloogia abil saavutatakse täielik temperatuuri kontroll () ja piiramatu päikesevalgus. Kuid need pole kõik teadaolevad faktid infrapunakiirguse eeliste kohta:

Kaug-infrapunakiired tugevdavad kardiovaskulaarsüsteemi, stabiliseerivad südame löögisagedust, suurendavad südame väljundit, alandades samal ajal diastoolset vererõhku.
Kardiovaskulaarse funktsiooni stimuleerimine infrapunavalgusega on ideaalne viis normaalse südame-veresoonkonna tervise säilitamiseks. Ameerika astronautidel on pika kosmoselennu kogemus.
Kaug-infrapuna-IR-kiired temperatuuril üle 40 °C nõrgendavad ja lõpuks tapavad vähirakke. Seda fakti on kinnitanud Ameerika Vähiliit ja Riiklik Vähiinstituut.
Infrapunasauna kasutatakse sageli Jaapanis ja Koreas (hüpertermiateraapia või Waon-teraapia) südame-veresoonkonna haiguste, eriti kroonilise südamepuudulikkuse ja perifeersete arterite haiguste raviks.
Ajakirjas Neuropsychiatric Disease and Treatment avaldatud uurimistulemused toovad esile infrapunakiired kui "meditsiinilise läbimurde" traumaatilise ajukahjustuse ravis.
Väidetavalt on infrapunasaun seitse korda tõhusam raskmetallide, kolesterooli, alkoholi, nikotiini, ammoniaagi, väävelhappe ja muude toksiinide kehast välja viimisel.
Lõpuks on FIR-ravi Jaapanis ja Hiinas tõusnud esikohale tõhusate astma, bronhiidi, külmetushaiguste, gripi ja põskkoopapõletiku ravimeetodite hulgas. On täheldatud, et FIR-ravi eemaldab põletiku, turse ja limaskestade ummistused.