Инфракрасный свет. Импульсное инфракрасное светодиодное излучение

Перевод Дмитрия Викторова

Аббревиатура: ИК излучение
Определение: невидимое излучение с длинами волн примерно от 750 нм до 1мм.

Инфракрасное излучение - это излучение с длиной волны больше чем 700 - 800 нм, верхняя граница видимого диапазона длин волн. Эта граница не определяет, как снижается чувствительность глаза к видимому излучению в данной спектральной области.

Несмотря на то, что чувствительность глаза к видимому излучению, например, при 700 нм уже очень слабая, излучение от некоторых лазерных диодов с длиной волны выше 750 нм все равно можно увидеть, если это излучение достаточно интенсивно. Такое излучение может быть вредно для глаз, даже если оно не воспринимается как очень яркое. Верхний предел инфракрасной области спектра с точки зрения длины волны также четко не определен, под ним обычно понимается примерно 1 мкм.

Для того, чтобы "видеть" в инфракрасном свете, используются приборы ночного видения .

Для областей инфракрасного спектра используется следующая классификация:

• - ближняя инфракрасная область спектра (также называется ИК-A) составляет ~ от 700 до 1400 нм. Лазеры, излучающие в этом диапазоне длин волн, особенно опасны для глаз, так как ближнее инфракрасное излучение передается и фокусируется на чувствительной сетчатки так же, как видимый свет, в то же время не вызывает защитного рефлекса моргания. Необходима соответствующая защита для глаз.
• - коротковолновый инфракрасный (ИК-B) распространяется от 1,4 до 3 мкм . Этот диапазон является относительно безопасным для глаз, так как такое излучение будет поглощено веществом глаза прежде, чем оно сможет достичь сетчатки. Легированные эрбием волоконные усилители для оптоволоконной связи работают в этом диапазоне.
• - средневолновый инфракрасный диапазон (ИК-C) от 3 до 8 мкм . Атмосфера испытывает сильное поглощение в этом диапазоне. Существует много линий поглощений, например, для двуокиси углерода (CO2) и водяного пара (H2O). Многие газы обладают сильными и характерными линиями поглощения среднего ИК излучения, что делает эту область спектра интересной для высокочувствительной газовой спектроскопии.
• - длинноволновый ИК варьируется от 8 до 15 мкм , следуя за дальним инфракрасным, который распространяется до 1 мм, в литературе иногда он начинается уже с 8 мкм. Длинноволновую ИК область спектра используют для тепловидения.

Однако следует отметить, что определения этих терминов существенно различаются в литературе. Большая часть стекол прозрачна для ближнего инфракрасного излучения, но сильно поглощает излучение больших длин волн, при этом фотоны этого излучения могут быть напрямую превращены в фононы. Для кварцевого стекла, используемого в кварцевых волокнах, сильное поглощение происходит после 2 мкм.

Инфракрасное излучение также называется тепловым излучением, так как тепловое излучение от нагретых тел находится в большей степени в инфракрасной области. Даже при комнатной температуре и ниже, тела выделяют значительное количество среднего и дальнего инфракрасного излучения, который может быть использован для тепловидения.
Например, инфракрасные изображения нагретого зимой дома могут выявить утечки тепла (например, на окнах, крыше, или в плохо изолированных стенах за радиаторами) и тем самым помогают принять эффективные меры по улучшению.

По материалам интернет-портала

Инфракрасные (ИК) лучи – это электромагнитные волны. Человеческий глаз не способен воспринимать это излучение, но человек воспринимает его как тепловую энергию и ощущает всей кожей. Нас постоянно окружают источники ИК излучения, которые отличаются интенсивностью и длиной волн.

Стоит ли опасаться инфракрасных лучей, вред или пользу приносят они человеку и в чем заключается их воздействие?

Что же такое ИК-излучение, его источники

Как известно, спектр солнечного излучения, воспринимаемый глазом человека как видимый цвет, находится между фиолетовыми волнами (самые короткие – 0, 38 мкм) и красными (самыми длинными – 0,76 мкм). Помимо этих волн, существуют электромагнитные волны, не доступные для человеческого глаза – ультрафиолетовые и инфракрасные. «Ультра» обозначает, что они находятся ниже или, другими словами, меньше фиолетового излучения. «Инфра», соответственно, – выше или больше красного излучения.

То есть, ИК-излучение – это электромагнитные волны, лежащие за диапазоном красного цвета, длина которых больше, чем у видимого красного излучения. Исследуя электромагнитные излучения, немецкий астроном Уильям Гершель обнаружил невидимые волны, которые вызывали повышение температуры термометра, и назвал их инфракрасным тепловым излучением.

Естественным мощнейшим источником теплового излучения является Солнце. Из всех излучаемых светилом лучей 58% приходится именно на долю инфракрасных. Искусственными источниками служат все электронагревательные приборы, преображающие электроэнергию в тепло, а так же любые предметы, температура которых выше абсолютной нулевой отметки – 273оС.

Свойства инфракрасного излучения

ИК-излучение имеет ту же природу и свойства, что и обычный свет, только большую длину волны. Видимые глазу световые волны, достигая предметов, отражаются, преломляясь определенным образом, и человек видит отражение предмета в широкой цветовой гамме. А инфракрасные лучи, достигая предмета, поглощаются им, выделяя энергию и нагревая этот предмет. ИК-излучение мы не видим, но осязаем его как тепло.

Другими словами, если бы Солнце не выделяло широкий спектр длинноволновых инфракрасных лучей, человек только бы видел солнечный свет, но не ощущал его тепло.

Трудно представить жизнь на Земле без солнечного тепла.

Некоторая часть его поглощается атмосферой, а доходящие до нас волны делятся на:

Короткие – длина лежит в диапазоне 0,74 мкм – 2,5 мкм, а источают их предметы, нагретые до температуры более 800оС;

Средние – от 2,5 мкм до 50 мкм, t нагревания от 300 до 600ос;

Длинные – самый широкий диапазон от 50 мкм до 2000 мкм (2 мм), t до 300оС.

Свойства инфракрасного излучение, его польза и вред для человеческого организма, обусловлены источником излучения – чем выше температура излучателя, тем интенсивнее волны и глубже их проникающая способность, степень воздействие на любые живые организмы. Исследования, проведенные на клеточном материале растений и животных, обнаружили целый ряд полезных свойств ИК лучей, что нашло широкое применение их в медицине.

Польза ИК-излучения для человека, применение в медицине

Медицинские исследования доказали, что для человека не только безопасны, но и очень полезны ИК лучи, находящиеся в длинном диапазоне. Они активизируют кровоток и улучшают процессы обмена, подавляют развитие бактерий и способствуют быстрому заживлению ран после операционных вмешательств. Способствуют вырабатыванию иммунитета против ядовитых химических веществ и гамма-излучения, стимулируют выведение токсинов, шлаков через пот и мочу и понижению холестерина.

Особенно эффективными являются лучи длиной 9,6 мкм, которые способствуют регенерации (восстановлению) и оздоровлению органов и систем человеческого организма.

В народной медицине испокон веков применялось лечение нагретой глиной, песком или солью – это яркие примеры благотворного воздействия тепловых ИК лучей на человека.

Современная медицина для лечения ряда заболеваний научилась использовать полезные свойства:

При помощи инфракрасного излучения можно лечить переломы костей, патологические изменения в суставах, ослаблять мышечные боли;

ИК лучи оказывают положительный эффект при лечении парализованных больных;

Быстро заживляют раны (послеоперационные и другие), снимают болевые ощущения;

За счет стимуляции кровообращения помогают нормализовать артериальное давление;

Улучшают кровообращение в мозгу и память;

Выводят из организма соли тяжелых металлов;

Имеют выраженный противомикробный, противовоспалительный и противогрибковый эффект;

Укрепляют иммунную систему.

Бронхиальная астма, пневмония, остеохондроз, артрит, мочекаменная болезнь, пролежни, язвы, радикулит, обморожение, заболевания органов пищеварения – далеко не полный список патологий, для лечения которых используется положительное влияние ИК-излучения.

Отопление жилых помещений при помощи приборов ИК-излучения способствует ионизированию воздуха, борется с проявлениями аллергии, уничтожает бактерии, плесневые грибки, улучшает состояние кожных покровов благодаря активизации циркуляции крови. Приобретая обогреватель, обязательно необходимо выбирать длинноволновые приборы.

Другие сферы применения

Свойство предметов излучать тепловые волны нашло применение в различных областях человеческой деятельности. Например, при помощи специальных термографических камер, способных улавливать тепловое излучение, в абсолютной темноте можно увидеть и распознать любые предметы. Термографические камеры широко используются в военном деле и промышленности для обнаружения невидимых предметов.

В метеорологии и астрологии ИК лучи используются для определения расстояний до предметов, облаков, температуры поверхности воды и т.д., инфракрасные телескопы позволяют изучать космические объекты, недоступные для видения через обычные приборы.

Наука не стоит на месте и число ИК приборов и сфер их применения постоянно растет.

Вред

Человек, как и любое тело, излучает средние и длинные инфракрасные волны, которые лежат в диапазоне длиной от 2,5 мкм до 20-25 мкм, поэтому именно волны такой длины полностью безопасны для человека. Короткие волны способны глубоко проникать в ткани человека, провоцируя нагревание внутренних органов.

Коротковолновое инфракрасное излучение не только вредно, но и очень опасно для человека, особенно для зрительных органов.

Солнечный тепловой удар, провоцируемый короткими волнами, происходит при нагревании головного мозга всего на 1С. Его симптомами являются:

Сильное головокружение;

Тошнота;

Учащение пульса;

Потеря сознания.

Металлурги и сталевары, постоянно подвергающиеся тепловому воздействию коротких ИК лучей, чаще других подвергаются заболеваниям сердечно — сосудистой системы, имеют ослабленный иммунитет, чаще подвергаются простудным заболеваниям.

Чтобы избежать вредного воздействия инфракрасного излучения, необходимо принимать защитные меры и ограничивать время пребывания под опасными лучами. А вот польза теплового солнечного излучения для жизни на нашей планете – неоспорима!

Инфракрасное излучение. Открытие инфракрасного излучения

Определение 1

Под инфракрасным излучением (ИК) понимается форма энергии или способ обогрева, при котором тепло от одного тела передается другому телу.

Человек в процессе своей жизни постоянно находится под действием ИК-излучения и способен чувствовать эту энергию как тепло, идущее от предмета. Воспринимается инфракрасное излучение кожей человека , глаза в этом спектре не видят.

Естественным источником высокой температуры является наше светило. С температурой нагревания связана длина волны инфракрасных лучей, которые бывают коротковолновыми, средневолновыми, длинноволновыми.

Короткая длина волны имеет высокую температуру и интенсивное излучение. Ещё в $1800$ г. английский астроном У. Гершель проводил наблюдения за Солнцем. Занимаясь исследованием светила, он искал способ, который бы позволил уменьшить нагрев инструмента, при помощи которого эти исследования проводились. На одном из этапов своей работы ученый обнаружил, что за насыщенным красным цветом находится «максимум тепла ». Исследование стало началом изучения инфракрасного излучения .

Если раньше источниками инфракрасного излучения в лаборатории служили раскаленные тела или электрические разряды в газах, то сегодня созданы современные источники инфракрасного излучения с частотой, которую можно регулировать или фиксировать. Их основой являются твердотельные и молекулярные газовые лазеры.

В ближней инфракрасной области (около $1,3$ мкм) для регистрации излучения пользуются специальными фотопластинками .

В дальней инфракрасной области излучение регистрируется болометрами – это детекторы, которые являются чувствительными к нагреву инфракрасным излучением.

Инфракрасные волны имеют разную длину , поэтому их проникающая способность будет тоже разная.

Длинноволновые , идущие от Солнца лучи, например, спокойно проходят через атмосферу Земли , при этом, не нагревая её. Проникая через твердые тела, они увеличивают их температуру, поэтому для всего живого на планете огромное значение имеет именно дальнее излучение .

Интересно, что в постоянной компенсирующей подпитке нуждаются все живые тела, которые тоже излучают такой же спектр тепла. При отсутствии такой подпитки, температура живого тела падает, что является причиной его уязвимости для различных инфекций. Эта дополнительная подпитка в виде ИК-излучения, как считают ученые, скорее полезна , чем вредна.

Замечание 1

Специалисты провели на животных многочисленные эксперименты, которые показали, что инфракрасные лучи подавляют рост раковых клеток, уничтожают ряд вирусов, нейтрализуют разрушительное действие электромагнитных волн. Длинноволновые инфракрасные лучи повышают количество инсулина, вырабатываемого организмом, и нивелируют последствия радиоактивного воздействия.

Применение инфракрасного излучения

Инфракрасное излучение находит широкое применение, как в быту, так и в разных сферах деятельности человека.

Основными областями его применения являются:

Термография . ИК-излучение позволяет определить температуру объектов, которые находятся на каком-то удалении. В промышленных и военных целях широко используется тепловидение, его камеры могут обнаружить ИК и произведут изображение этого излучения. Благодаря термографическим камерам без всякого освещения можно «видеть» все, что находится рядом, потому что все нагретые объекты испускают ИК.

Слежение . Используется ИК слежение при наведении ракет, в которые встраивается устройство, получившее название «тепловые искатели ». В результате того, что двигатели машин и механизмов, да и сам человек излучают тепло, то хорошо будут видны в инфракрасном диапазоне, а отсюда ракеты без всякого труда находят направление полета.

Обогрев. Как источник тепла ИК повышает температуру и благотворно влияет на здоровье человека, например, инфракрасные сауны , о которых сегодня много говорят. Используют их при лечении гипертонии, сердечной недостаточности, ревматоидного артрита.

Метеорология . Высота облаков, температура поверхности воды и земли определяется со спутников, делающих инфракрасные изображения. На таких снимках холодные облака окрашены в белый цвет, теплые же облака окрашены в серый цвет. Черным или серым цветом окрашивается горячая поверхность земли.

Астрономия. При наблюдении за небесными объектами астрономы используют специальные инфракрасные телескопы. Благодаря этим телескопам ученые определяют протозвезды до момента излучения ими видимого света, различают прохладные объекты, наблюдают ядра галактик.

Искусство . И здесь инфракрасное излучение нашло применение. Искусствоведы, благодаря инфракрасным рефлектограммам , видят нижние слои картин, наброски художника. Данный прибор помогает отличить оригинал от копии, ошибки реставрационных работ. С его помощью изучаются старые письменные документы.

Медицина. Широко известны лечебные свойства ИК - терапии. Нагретая глина, песок, соль издавна считались целебными и благотворно влияющими на организм человека. ИК помогают лечить переломы, улучшают обмен веществ в организме, ведут борьбу с ожирением, способствуют заживлению ран, улучшают циркуляцию крови, оказывают благотворное влияние на суставы и мышцы.

Кроме этого лечебное воздействие используют при заболеваниях:

1. Хроническим бронхитом и бронхиальной астмой;
2. Пневмонией;
3. Хроническим холециститом и его обострением;
4. Простатитом с нарушением потенции;
5. Ревматоидным артритом;
6. При заболеваниях мочевыводящих путей и др.

Для того чтобы использовать инфракрасные лучи в лечебных целях, необходимо учитывать противопоказания.

Большой вред они могут принести:

1. Когда у человека есть гнойные заболевания;
2. Скрытые кровотечения;
3. Заболевания крови;
4. Новообразования и, прежде всего, злокачественные;
5. Воспалительные заболевания, чаще всего острые.

Коротковолновые ИК отрицательно воздействуют на мозговую ткань человека, в результате чего наблюдается «солнечный удар ». Вред в этом случае очевиден. Человек испытывает головную боль, пульс и дыхание становятся учащенными, в глазах темнеет, возможна потеря сознания. При дальнейшем облучении организм не выдерживает – происходит отек тканей и оболочек мозга, появляются симптомы энцефалита и менингита. Короткие волны особенно сильный вред наносят глазам человека, сердечнососудистой системе.

Замечание 2

Таким образом, получается, что польза воздействия ИК на организм, несмотря на отрицательные моменты, значительна.

Защита от инфракрасного излучения

Для снижения наносимого ИК вреда и защиты от него разработаны нормы ИК-облучения, безопасные для человека.

Основные мероприятия защиты:

1. Устаревшие технологии необходимо заменить современными, что позволит снизить интенсивность излучения источника;
2. Использование экранов из металлических сеток и цепей, облицовка асбестом открытых печных проёмов;
3. Обязательная индивидуальная защита и, прежде всего, глаз очками со светофильтрами;
4. Защита тела льняной или полульняной спецодеждой;
5. Рациональный режим труда и отдыха;
6. Обязательные лечебно-профилактические мероприятия работников.

Инфракрасное излучение невидимо для человеческого глаза, однако, его испускают все жидкие и твердые вещества. Оно обеспечивает протекание многих процессов на Земле. Применяется в различных областях нашей деятельности.

Все свойства инфракрасного излучения на организм исследованы фототерапевтами. Влияние зависит от длины волны и продолжительности воздействия. Они незаменимы для нормальной жизни.

ИК диапазон находится в промежутке от конца красного видимого спектра до фиолетового (ультрафиолет). Этот интервал разбит на области: длинную, среднюю и короткую. В ближнем свете лучи более опасны. А вот длинноволновые благотворно влияют на организм.

Польза от инфракрасного излучения:

• использование в медицине для лечения различных заболеваний;
• научные исследования – помощь в открытиях;
• благотворно влияет на рост растений;
• применение в пищевой промышленности для ускорения биохимических превращений;
• стерилизация продуктов питания;
• обеспечивает работу техники – радио, телефонов, и других;
• изготовление различных аппаратов и приборов, в основе действия которых лежит ИК;
• использование в военных целях для безопасности населения.

Отрицательные аспекты коротковолнового ИК обусловлены температурой нагрева. Чем она выше, тем сильней интенсивность излучения.

Вредные свойства короткого ИК:

• при воздействии на глаза – катаракта;
• при попадании на кожу – ожоги, волдыри;
• при влиянии на мозг – тошнота, головокружение, учащение пульса;
• при использовании нагревателей с ИК нельзя находиться в непосредственной близости.

Источники излучения

Солнце – главный естественный генератор ИК. Примерно 50 % его излучения в инфракрасном спектре. Благодаря им зародилась жизнь. Солнечная энергия направляется к предметам с более низкой температурой и нагревает их.

Земля поглощает её, и бо́льшую часть возвращает в атмосферу. У всех объектов разные излучающие свойства, которые могут иметь зависимость от нескольких тел.

К искусственным производным относится множество предметов, оснащенных светодиодами. Это лампа накаливания, вольфрамовая нить, обогреватели, некоторые лазеры. Практически все что нас окружает является одновременно источником и поглотителем ИК. Любое нагретое тело излучает невидимый свет.

Применение

Инфракрасные лучи используют в медицине, быту, промышленности, астрономии. Они охватывают много сфер в человеческой жизни. Куда бы он ни пошел, где бы не находился, всюду испытывает ИК воздействие.

Использование в медицине

С давних времен люди заметили целебную силу тепла для лечения болезней. Многие расстройства берутся из-за неблагоприятных окружающих условий. На протяжении жизни организм накапливает вредные вещества.

Инфракрасное излучение давно применяется в медицине. Наиболее полезными качествами обладают длинноволновое ИК. Исследования доказали, что такая терапия стимулирует организм выводить токсины, алкоголь, никотин, свинец, ртуть.

Нормализует процесс обмена веществ, укрепляется иммунитет, многие инфекции проходят, причем исчезают не только симптомы, но и сама болезнь. Здоровье явно становится крепче: снижается давление, появляется хороший сон, мышцы расслабляются, сосуды расширяются, ускоряется кровоток, настроение улучшается, психическое напряжение уходит.

Методы лечения могут быть сосредоточены непосредственно на больном участке или оказать влияние на весь организм.

Особенностью местной физиотерапии является направленное действие ИК на больные части тела. Общие процедуры рассчитаны на весь организм. Улучшение наступает уже после нескольких сеансов.

Пример основных заболеваний, при которых показана ИК терапия:

• опорно-двигательный аппарат – переломы, артрит, воспаление суставов;
• дыхательная система – астма, бронхит, пневмония;
• нервная система – невралгия, беспокойный сон, депрессия;
• мочевыделительный аппарат – почечная недостаточность, цистит, простатит;
• кожный покров – ожоги, язвы, рубцы, воспалительные процессы, псориаз;
• косметология – антицеллюлитный эффект;
• стоматология – удаление нервов, установка пломбы;
• сахарный диабет;
• устранение радиоактивного облучения.

Это список не отражает все аспекты в медицине, где применяются инфракрасные лучи.

Физиопроцедуры имеют противопоказания: беременность, заболевания крови, индивидуальная непереносимость, патологии во время обострения, туберкулез, новообразования, гнойные процессы, склонность к кровотечениям.

Инфракрасный обогреватель

Все популярнее становятся ИК обогреватели. Это объясняется существенными преимуществами с экономического и социально-бытового подхода.

В промышленности и сельском хозяйстве давно установили, что электромагнитные устройства не рассеивают тепло, а нагревают нужный объект фокусируя инфракрасные излучения в виде волны непосредственно на предмет. Так, в большом цехе отапливается рабочее место, а на складе пути следования человека, а не все помещение.

Центральное теплоснабжение осуществляется при помощи горячей воды в батареях. Распределение температуры происходит неравномерно, нагретый воздух поднимается к потолку, а в районе паркета он явно холоднее. В случае с инфракрасным обогревателем проблемы нерационально используемого тепла возможно избежать.

Установки в комплексе с естественной вентиляцией снижают влажность воздуха до нормального, например, на свинофермах и коровниках датчики фиксируют 70-75% и меньше. При использовании такого излучателя увеличивается поголовье животных.

Инфракрасная спектроскопия

Раздел в физике отвечающий за влияние ИК на тела называется инфракрасной спектроскопией. При помощи него решаются задачи количественного и качественного анализа смесей веществ, исследование межмолекулярных взаимодействий, изучение кинетики и характеристик интермедиатов химических реакций.

Этом метод измеряет колебания молекул при помощи спектрометра. Имеет большую табличную базу данных, которая позволяет идентифицировать тысячи веществ основываясь на их атомном отпечатке.

Дистанционное управление

Используется для контролирования за устройствами на расстоянии. Инфракрасные диоды применяют в основном в домашней технике. Например, пульт от телевизора, некоторые смартфоны имеют ИК порт.

Эти лучи не мешают, т.к. невидимы для человеческих глаз.

Термография

Тепловое изображение в инфракрасных лучах, используется в диагностических целях, также в полиграфии, в ветеринарии и других сферах.

При различных заболеваниях температура тела меняется. Кровеносная система усиливает интенсивность в области нарушений, что и отражается на мониторе приборов.

Холодные оттенки – темно-синие, повышение тепла заметно по изменению цвета сначала на зеленый, затем желтый, красный и белый.

Свойства ИК лучей

ИК лучи имеют такую же природу, как и видимый свет, но находятся в другом диапазоне. В связи с этим они подчиняются законам оптики и наделены коэффициентами излучения, отражения, пропускной способности.

Отличительные характеристики:

• специфической чертой является отсутствие необходимости промежуточного звена при передаче тепла;
• возможность проходить через некоторые непрозрачные тела;
• нагревает вещество, поглощаясь им;
• невидим;
• оказывает химическое действие на фотопластинки;
• вызывает внутренний фотоэффект у германия;
• способен к волновойоптике (интерференции и дифракции);
• фиксируется фотографическим методам.

Инфракрасное излучение в жизни

Человек излучает и поглощает ИК лучи. Они оказывают местное и общее воздействие. А какие будут последствия – польза или вред, зависит от их частоты.

От людей отходят длинные инфракрасные волны, и желательно получить их же обратно. Физиотерапевтическое лечение базируется на них. Ведь они запускают механизм регенерации и оздоровления органов.

Короткие волны имеют другой принцип действия. Они могут вызывать нагрев внутренних органов.

Также длительное влияние ультрафиолетовых лучей приводит к таким последствиям, как ожог или даже онкология. Медицинские специалисты не рекомендуют пребывать на солнце в дневное время, особенно если с вами ребенок.

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:

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 (

Главная » Словарный запас » Инфракрасный свет. Импульсное инфракрасное светодиодное излучение