Какой источник дающий только инфракрасное излучение. Инфракрасный свет – практикум невидимо тёплого излучения. Физика инфракрасного излучения

Теория инфракрасного излучения

Все многообразие изл учений, исходящих от Солнца, имеет единую природу — это электромагнитные волны. Разнообразие в их свойствах вызвано отличиями в длине волны. Видимая часть спектра солнечного излучения начинается с самых коротких — фиолетовых волн (0,38 мкм) и завершается самыми длинными волнами (0,76 мкм), которые человеческий глаз воспринимает, как красный цвет.

Немецкий учёный Уильям Гершель в 1800 году обнаружил за красной частью спектра некие невидимые лучи, вызывающее значительное повышение температуры термометра, используемого им для исследования. Это излучение было названо — инфракрасным.

Каково влияние инфракрасного излучения на организм человека? Давайте это выясним.

Что такое инфракрасное излучение

Излучение, примыкающее к красной части видимого спектра, не воспринимаемое нашими органами зрения, но обладающее способностью нагревать освещаемые поверхности, было названо инфракрасным. Приставка «инфра» означает «больше». В нашем случае — это электромагнитные лучи с длиной волны большей, чем у видимого красного света.

Что является источником инфракрасного излучения

Его естественным источником является Солнце. Диапазон инфракрасных лучей достаточно широк. Это волны с длиной от 7 и до 14 микрометра (мкм). Частичное поглощение и рассеяние инфракрасных лучей происходит в атмосфере Земли.

О масштабах инфракрасного солнечного излучения говорит тот факт, что на него приходится 58% всего спектра электромагнитных волн, исходящих от нашего светила.

Такой, достаточно широкий диапазон ИК лучей делят на три части:

длинные волны, излучаемые нагревателем с температурой от 35 до 300 °C;

средние — от 300 до 700 °C;

короткие — более 700 °C.

Все они излучаются возбуждёнными атомами (т. е. обладающими избыточной энергией), а также ионами вещества. Источником ИК излучения являются все тела, если их температура выше абсолютного нуля (минус 273 °C).

Итак, в зависимости от температуры излучателя формируются ИК лучи разной длины волны, интенсивности и проникающей способности. А от этого и зависит, как инфракрасное излучение воздействует на живой организм.

Польза и вред ИК излучения для здоровья человека

Ответить на вопрос — вредно ли для человека инфракрасное излучение, можно, вооружившись некоторыми сведениями.

Длинноволновые ИК лучи, попадая на кожу, воздействует на нервные рецепторы, вызывая ощущение тепла. Поэтому инфракрасное излучение ещё называют тепловым.

Более 90% этого излучения поглощается влагой, содержащейся в верхних слоях кожи. Оно вызывает лишь повышение температуру кожного покрова. Медицинские исследования показали, что длинноволновое излучение не только безопасно для человека, но и повышает иммунитет, запускает механизм регенерации и оздоровления многих органов и систем. Особенно эффективными в этом отношении являются ИК лучи с длиной волны 9,6 мкм. Этими обстоятельствами обусловлено применение инфракрасного излучения в медицине.

Совсем иной механизм воздействия инфракрасных лучей на организм человека, относящегося коротковолновой части спектра. Они способны проникнуть на глубину нескольких сантиметров, вызывая нагревание внутренних органов.

В месте облучения из-за расширения капилляров может появиться покраснение кожи, вплоть до образования волдырей. Особенно опасны короткие ИК лучи для органов зрения. Они могут спровоцировать образования катаракты, нарушения водно-солевого баланса, появления судорог.

Причиной известного эффекта теплового удара служит именно коротковолновое ИК излучение. Повышение температуры головного мозга на 1 °C уже вызывает его признаки:

головокружение;

тошноту;

учащение пульса;

потемнение в глазах.

Перегревание на 2 °C может спровоцировать развитие менингита.

Теперь разберёмся с понятием интенсивности электромагнитного излучения. Этот фактор зависит от расстояния до источника тепла и его температуры. Длинноволновое тепловое излучение малой интенсивности играет важную роль для развития жизни на планете. Человеческий организм нуждается в постоянной подпитке этими длинами волн.

Таким образом, вред и польза инфракрасного излучения определяется длиной волны и временем воздействия.

Как избежать вредного воздействия ИК лучей

Обогреватели — источники ИК излучения.

Поскольку мы определились, что негативное влияние на человеческий организм оказывает коротковолновое ИК излучение , выясним, где нас может подстерегать эта опасность. Прежде всего это тела с температурой, превышающей 100 °C . Такими, могут явиться следующие. Производственные источники лучистой энергии (сталеплавильные, электродуговые печи и пр.) Снижение опасности их воздействия достигается специальной защитной одеждой, теплозащитными экранами, применением более новых технологий, а также лечебно-профилактическими мероприятиями для обслуживающего персонала.

Обогреватели. Самым надёжным и проверенным из них является русская печь. Излучаемое ею тепло не только чрезвычайно приятно, но и целебно. К великому сожалению эта деталь быта почти полностью канула в Лету. На смену ей пришли все возможные электрические обогреватели, водяные инфракрасные панели и тд . Те из них, чья тепловыделяющая поверхность защищена теплоизолирующим материалом или температура поверхности излучения ниже 100 °C , излучают мягкое длинноволновое излучение. Оно оказывает благотворное влияние на организм. Обогреватели с поверхностью излучения выше 100 °C излучают жёсткое, коротковолновое излучение, которое и может привести к описанным выше негативным последствиям. В техническом паспорте обогревателя производитель обязан указать характер излучения этого прибора.

Коротковолновый обогреватель.

Если же вы стали обладателем коротковолнового обогревателя, соблюдайте правило — чем ближе обогреватель, тем меньшим должно быть время его воздействия!!!

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

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

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

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

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

ЭФФЕКТИВНОСТЬ ИНФРАКРАСНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ В ЛЕЧЕНИИ ЧЕЛОВЕКА

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

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

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

увеличение диаметра сосудов и улучшение кровообращения;

активация клеточного иммунитета;

снятие отечности тканей и воспаления;

купирование болевых синдромов;

улучшение метаболизма;

снятие эмоционального напряжения;

восстановление водно-солевого баланса;

нормализация гормонального фона.

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

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

БЕЗОПАСНОСТЬ

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

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

ПРИМЕНЕНИЕ ИНФРАКРАСНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

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

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

Источники инфракрасного излучения

Мощным источником инфракрасного излучения является Солнце, около 50% излучения которого лежит в инфракрасной области. Значительная доля (от 70 до 80%) энергии излучения ламп накаливания с вольфрамовой нитью приходится на инфракрасное излучение.

При фотографировании в темноте и в некоторых приборах ночного наблюдения лампы для подсветки снабжаются инфракрасным светофильтром, который пропускает только инфракрасное излучение. Мощным источником инфракрасного излучения является угольная электрическая дуга с температурой ~ 3900 К, излучение которой близко к излучению чёрного тела, а также различные газоразрядные лампы (импульсные и непрерывного горения). Для радиационного обогрева помещений применяют спирали из нихромовой проволоки, нагреваемые до температуры ~ 950 К. Для лучшей концентрации инфракрасного излучения такие нагреватели снабжаются рефлекторами. В научных исследованиях, например, при получении спектров инфракрасного поглощения в разных областях спектра применяют специальные источники инфракрасного излучения: ленточные вольфрамовые лампы, штифт Нернста, глобар, ртутные лампы высокого давления и др.

Излучение некоторых оптических квантовых генераторов - лазеров также лежит в инфракрасной области спектра; например, излучение лазера на неодимовом стекле имеет длину волны 1,06 мкм, лазера на смеси неона и гелия - 1,15 мкм и 3,39 мкм, лазера на углекислом газе - 10,6 мкм, полупроводникового лазера на InSb - 5 мкм и др. Приёмники инфракрасного излучения основаны на преобразовании энергии инфракрасного излучения в другие виды энергии, которые могут быть измерены обычными методами.

Существуют тепловые и фотоэлектрические приёмники инфракрасного излучения В первых поглощённое инфракрасное излучение вызывает повышение температуры термочувствительного элемента приёмника, которое и регистрируется. В фотоэлектрических приёмниках поглощённое инфракрасное излучение приводит к появлению или изменению электрического тока или напряжения. Фотоэлектрические приёмники, в отличие от тепловых, являются селективными приёмниками, т. е. чувствительными лишь в определённой области спектра. Специальные фотоплёнки и пластинки - инфрапластинки - также чувствительны к инфракрасному излучению (до l = 1,2 мкм), и потому в инфракрасном излучении могут быть получены фотографии.

Применение Инфракрасного излучения

Инфракрасное излучение находит широкое применение в научных исследованиях, при решении большого числа практических задач, в военном деле и пр. Исследование спектров испускания и поглощения в инфракрасной области используется при изучении структуры электронной оболочки атомов, для определения структуры молекул, а также для качественного и количественного анализа смесей веществ сложного молекулярного состава, например моторного топлива. Благодаря различию коэффициентов рассеяния, отражения и пропускания тел в видимом и инфракрасном излучения фотография, полученная в инфракрасном излучении, обладает рядом особенностей по сравнению с обычной фотографией. Например, на инфракрасных снимках часто видны детали, невидимые на обычной фотографии.

В промышленности инфракрасное излучение применяется для сушки и нагрева материалов и изделий при их облучении, а также для обнаружения скрытых дефектов изделий.

На основе фотокатодов, чувствительных к Инфракрасному излучению (для l < 1,3 мкм), созданы специальные приборы - электроннооптические преобразователи, в которых не видимое глазом инфракрасное изображение объекта на фотокатоде преобразуется в видимое. На этом принципе построены различные приборы ночного видения (бинокли, прицелы и др.), позволяющие при облучении наблюдаемых объектов инфракрасным излучением от специальных источников вести наблюдение или прицеливание в полной темноте. Создание высокочувствительных приёмников Инфракрасного излучения позволило построить специальные приборы - теплопеленгаторы для обнаружения и пеленгации объектов, температура которых выше температуры окружающего фона (нагретые трубы кораблей, двигатели самолётов, выхлопные трубы танков и др.), по их собственному тепловому Инфракрасному излучению. На принципе использования теплового излучения цели созданы также системы самонаведения на цель снарядов и ракет. Специальная оптическая система и приёмник инфракрасного излучения, расположенные в головной части ракеты, принимают инфракрасное излучение от цели, температура которой выше температуры окружающей среды (например, собственное инфракрасное излучение самолётов, кораблей, заводов, тепловых электростанций), а автоматическое следящее устройство, связанное с рулями, направляет ракету точно в цель. Инфракрасные локаторы и дальномеры позволяют обнаруживать в темноте любые объекты и измерять расстояния до них.

Оптические квантовые генераторы, излучающие в инфракрасной области, используются также для наземной и космической связи.

В 1666 году Исаак Ньютон выполнил знаменитый эксперимент, противоречащий практически всем теориям цвета, существовавшим в то время. Он открыл дисперсию солнечного света при прохождении через треугольную призму. Оказалось, что белый, лишенный цветовой окраски луч, преломившись, становится разноцветным как радуга. Сегодня даже дети знают волшебную фразу, которая помогает запомнить порядок семи основных цветов радуги - от красного до фиолетового: «Каждый охотник желает знать, где сидит фазан».

Но потребовались еще более ста лет, прежде чем в 1800 году английским физиком Уильямом Гершелем были открыты инфракрасные (ИК) лучи. Причина проста - ИК-лучи невидимы человеческим глазом и обнаруживаются только косвенно, например, увеличивают показания термометра.

ИК-излучение представляет собой электромагнитные волны длиной от 770 нм до 1мм. ИК-излучение подчиняется законам оптики и, следовательно, имеет ту же природу, что и видимый свет. В 1923 г. советский физик А. А. Глаголева-Аркадьева получила радиоволны с длиной волны от 50 мм до 82 мкм, лежащие в промежутке между радиоволнами и ИК-излучением. Таким образом, экспериментально доказано, что видимый свет, ИК-излучение и радиоволновое имеют общую электромагнитную природу.

ИК-излучение невооруженным глазом не видно. Человек ощущает ИК-излучение как тепло. Поэтому все нагретые тела являются источниками ИК-излучения. Так как сам человек является нагретым телом, то он тоже излучает ИК-лучи, что снижает его чувствительность к внешнему ИК-излучению. Поэтому необходимы работы по созданию и устройств, имеющих повышенную чувствительность и позволяющих «увидеть» или «услышать» ИК-излучение, исходящее от очень слабо нагретых или сильно удаленных от нас тел.

Актуальность исследовательской работы заключается в том, что у всех детей возникает проблема, когда надо понять что-то новое, невидимое и почти неосязаемое. А играть всем детям нравится, поэтому мы решили превратить скучное в интересное и увлекательное.

Объектом исследования в данной работе являются источники ИК-излучения.

Предметом исследования являются свойства ИК-излучения, которые позволяют сделать его осязаемым, видимым или слышимым, и тем самым вызвать интерес и увлечь слушателей.

Цель исследовательской работы - выявить свойства ИК-излучения, которые позволяют использовать его в технике и быту.

1. Изучить источники ИК-излучения,

2. Выяснить их воздействие на человека,

3. Рассмотреть примеры использования в технике и быту.

Если существуют доступные нам источники ИК-излучения, если оно влияет на человека, если его используют в технике и в быту, то возможно разработать игры и увлекательные демонстрации, позволяющие вызвать интерес к изучению этого удивительного явления природы.

Методы исследования: библиографический анализ литературы и материалов сети Internet; наблюдения и фотографирование; проведение экспериментов; синтез игр и демонстраций.

Структура работы обусловлена предметом, целью и задачами исследования. Работа состоит из введения, пяти разделов и заключения.

Введение дает оценку современного состояния решаемой задачи, раскрывает актуальность, определяет объект, предмет, цель, задачи и методы исследования.

В первом разделе рассматриваются различные источники ИК-излучения. Во втором разделе рассматривается влияние ИК-излучения на человека. В третьем разделе приведены примеры использования ИК-излучения в технике и быту. Четвертый раздел посвящен разработке игры «Найди Красную Шапочку», которая позволяет зрителям понять, как можно увидеть невидимое. В пятом разделе синтезировано устройство, которое демонстрирует слушателям как можно услышать невидимое ИК-излучение и позволяет им на слух почувствовать что такое чистая и грязная жидкость и зачем необходимо тщательно мыть руки.

В заключении подводятся итоги исследования, формулируются окончательные выводы по рассматриваемой теме, указаны направления дальнейших исследований и даны предложения по практическому использованию полученных результатов.

Источники инфракрасного излучения

Мощным источником ИК-излучения является Солнце, около половины излучения которого лежит в инфракрасной области . Значительная доля (от 70 до 80%) энергии излучения ламп накаливания с вольфрамовой нитью приходится на ИК-излучение. Поэтому при фотографировании в темноте и в некоторых приборах ночного наблюдения лампы для подсветки снабжаются инфракрасным светофильтром, который пропускает только инфракрасное излучение.

Искусственными источником ИК-излучения являются:

Угольная электрическая дуга с температурой около 3900 К, излучение которой близко к излучению чёрного тела;

Различные газоразрядные лампы (импульсные и непрерывного горения);

Спирали из нихромовой проволоки, нагреваемые до температуры ~ 950 К. Их применяют для радиационного обогрева помещений. Для лучшей концентрации инфракрасного излучения такие нагреватели снабжаются рефлекторами. В научных исследованиях, например, при получении спектров инфракрасного поглощения в разных областях спектра применяют специальные источники ИК-излучения:

Ленточные вольфрамовые лампы;

Штифт Нернста, который представляет собой тонкий стержень из различных металлических окислов, накаливаемый с помощью электрического тока. В состав стержня входят окислы, обладающие значительным избирательным ИК-излучением, например окиси церия, тория, циркония и др. Для него характерны: стабильность работы, отсутствие продуктов сгорания, способных портить аппаратуру, простота использования и интенсивное излучение с длинами волн до 15 мкм;

Глобар - стержень из карбида кремния диаметром 5 мм и длиной порядка 40 м, нагреваемый пропускаемым через него электрическим током до температуры порядка 1400°C. Рабочий диапазон излучения от 0,8 до 25 мкм;

Ртутные лампы высокого давления;

Полупроводниковые ИК-диоды;

Оптические квантовые генераторы - лазеры, излучение некоторых также лежит в инфракрасной области спектра; например, излучение лазера на неодимовом стекле имеет длину волны 1,06 мкм, лазера на смеси неона и гелия - 1,15 мкм и 3,39 мкм, лазера на углекислом газе - 10,6 мкм, полупроводникового лазера на InSb - 5 мкм и др.

Приёмники ИК-излучения основаны на преобразовании энергии ИК- излучения в другие виды энергии, которые могут быть измерены обычными методами. Существуют тепловые и фотоэлектрические приёмники инфракрасного излучения . В первых поглощённое ИК-излучение вызывает повышение температуры термочувствительного элемента приёмника, которое и регистрируется. В фотоэлектрических приёмниках поглощённое ИК-излучение приводит к появлению или изменению электрического тока или напряжения. Фотоэлектрические приёмники, в отличие от тепловых, являются селективными приёмниками, т. е. чувствительными лишь в определённой области спектра. Специальные фотоплёнки и пластинки - инфрапластинки - также чувствительны к ИК-излучению (длиной волны до 1,2 мкм), и потому в ИК-излучении могут быть получены фотографии. Определенную чувствительность к ИК-излучению имеют приборы с зарядовой связью (ПЗС), которые являются одним из основных элементов всех цифровых фотоаппаратов. С помощью мобильного телефона с такой цифровой камерой нетрудно зарегистрировать излучение ИК-диода пульта дистанционного управления телевизора (ПДУ) и отражения этого излучения от зеркал.

Если использовать ИК-светофильтр, то можно с помощью фотокамеры наблюдать ИК-излучение сильно нагретых тел, например, Солнца, спирали лампы накаливания.

С помощью ИК-телескопа можно увидеть галактики, скрытые от нас облаками пыли. Вот как, например, выглядит Туманность Андромеды в ИК-лучах .Вещества по-разному пропускают видимое и ИК-излучение, например, йод видимый свет сильно ослабляет, а в ИК-диапазоне он практически прозрачен.

Восприятие инфракрасного излучения человеком

ИК-излучение это естественный природный вид излучения на Земле. Человек постоянно подвергается действию ИК-лучей, это его нормальное состояние. Большая часть Солнечной энергии поступает на Землю в виде ИК-излучения. Солнце, находящееся в зените, обеспечивает освещённость на уровне моря чуть более 1 кВт/м2. При этом 523 Вт приходится на ИК-излучение, 445 Вт. - на видимый свет, 32 Вт.- на ультрафиолетовое излучение. Кроме того, все другие тела, состоящие из заряженных частиц, которые совершают постоянные хаотические колебания, тоже являются излучателями ИК-лучей в диапазоне волн от 770 нм до 2 мм.

Длина волны теплового излучение самого человека составляет 9,6 мкм. Организм человека производит в среднем 100 ккал/час тепла. Это количество увеличивается при увеличении обмена веществ, например при мышечной работе. Сколько тепла вырабатывает организм, столько же он должен и отдать в окружающую среду. Если он отдаёт больше, чем вырабатывает, то возникает опасность замерзания, если он отдаёт слишком мало, то наступает тепловой удар.

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

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

В обычных (естественных) условиях человек не видит ИК-излучения. Но взаимодействие человека с искусственными квантовыми источниками ИК-излучения (лазерами) позволило сделать неожиданное открытие. При определенных условиях человеческий глаз может видеть ИК-излучение .

Открытие было сделано случайно в ходе эксперимента, относящегося к другому исследованию. Ученые из Университета Вашингтона в Сент-Луисе заметили, что периодически видят вспышки зеленого света при использовании ИК-лазера, что очень сильно их удивило.

Затем исследователи устроили серию тестов. Сначала - с добровольцами, которым демонстрировали вспышки ИК-лазера. Выяснилось, что человек действительно, если вспышка достаточно коротка, способен регулярно замечать ее.

Потом ученые облучали инфракрасным излучением клетки сетчатки мышей (они тоже не могут его видеть), а также провели моделирование воздействия ИК-излучения на родопсин - основной светочувствительный белок в сетчатке глаза.

Оказалось, что родопсин может воспринимать излучение в ближнем ИК- диапазоне благодаря квантовому эффекту, известному как двухфотонное поглощение.

Когда интенсивность лазерного излучения, то есть число фотонов, которые лазер излучает за единицу времени, становится достаточной, то родопсин может поглотить одновременно два фотона. К примеру, если белок поглотит два фотона с длиной волны 1000 нм, то глаз воспримет их как единый фотон с длиной волны 500 нм, которая соответствует как раз зеленому цвету для человеческого глаза.

Открытие, считают ученые, не только углубляет современные представления о человеческом зрении, но и может привести к усовершенствованию методики диагностики заболеваний глаз.

Примеры использования инфракрасного излучения в технике и в быту

ИК-излучение находит широкое применение в научных исследованиях, при решении большого числа практических технических задач, в военном деле, в быту человека .

Исследование спектров испускания и поглощения в инфракрасной области используется при изучении структуры электронной оболочки атомов, для определения структуры молекул, а также для качественного и количественного анализа смесей веществ сложного молекулярного состава, например моторного топлива. Благодаря различию коэффициентов рассеяния, отражения и пропускания тел в видимом и ИК-излучении, фотография, полученная в ИК-излучении (термография), обладает рядом особенностей по сравнению с обычной фотографией. Например, на инфракрасных снимках часто видны детали, невидимые на обычной фотографии.

Инфракрасные снимки также широко используются в астрономии, наряду с другими типами электромагнитных волн.

В промышленности ИК-излучение применяется для сушки и нагрева материалов и изделий при их облучении, для дезинфекции, а также для обнаружения скрытых дефектов изделий.

В медицине ИК-лучи применяют для лечения и профилактики многих разнотипных заболеваний.

На основе фотокатодов, чувствительных к ИК-излучению (для длины волны меньше 1,3 мкм), созданы специальные приборы - электроннооптические преобразователи, в которых невидимое глазом инфракрасное изображение объекта на фотокатоде преобразуется в видимое. На этом принципе построены различные приборы ночного видения (бинокли, прицелы и др.), позволяющие при облучении наблюдаемых объектов ИК-излучением от специальных источников, например, от ИК-диодов вести наблюдение или прицеливание в полной темноте.

Создание высокочувствительных приёмников ИК-излучения позволило построить специальные приборы - теплопеленгаторы для обнаружения и пеленгации объектов, температура которых выше температуры окружающего фона (нагретые трубы кораблей, двигатели самолётов, выхлопные трубы танков и др.), по их собственному тепловому ИК-излучению.

На принципе использования теплового излучения цели созданы также системы самонаведения на цель снарядов и ракет. Специальная оптическая система и приёмник ИК-излучения, расположенные в головной части ракеты, принимают ИК-излучение от цели, температура которой выше температуры окружающей среды (например, собственное ИК-излучение самолётов, кораблей, заводов, тепловых электростанций), а автоматическое следящее устройство, связанное с рулями, направляет ракету точно в цель.

Инфракрасные локаторы и дальномеры позволяют обнаруживать в темноте любые объекты и измерять расстояния до них.

В быту люди используют бытовые обогреватели. В отличие от конвекторов, такие устройства с помощью лучистой энергии нагревают все объекты помещения. А уже дальше, предметы интерьера отдают тепло окружающему воздуху.

Также широко используется передача данных и дистанционное управление. Например, все пульты от телевизоров, музыкальных центров, кондиционеров, управляемых игрушек используют ИК-лучи.

Игра «найди красную шапочку»

Для игры необходимо подготовить следующий реквизит:

Три одинаковые вязаные шапочки с помпончиками;

В одну из шапочек незаметно для окружающих закрепляется ИК-диод, схема управления и миниатюрная батарейка, а внутренняя поверхность шапочки обтягивается красным бархатистым материалом.

Правила игры:

Ведущий вызывает на сцену трёх девочек и одного взрослого. Взрослый надевает девочкам шапочки так, чтобы ни окружающие и ни сами девочки не знали, кому досталась красная шапочка.

Девочки в шапочках выстраиваются лицом к зрителям.

Ведущий предлагает зрителям угадать, кто из трёх девочек - Красная Шапочка, а сам отправляется сделать фотографию всех трёх девочек.

Зрители начинают наугад называть имя то одной, то другой девочки. Ведущий прекращает спор зрителей и говорит: «А я знаю кто из девочек Красная Шапочка! Это - (называет Имя)!».

Ведущий предлагает девочкам снять шапочки, вывернуть их наизнанку и снова надеть.

Все зрители видят, что ведущий оказался прав.

Если в зале имеется монитор или видеопроектор, то ведущий демонстрирует зрителям фотоснимок девочек, который он сделал с помощью камеры смартфона. На снимке отчетливо видно свечение ИК-диода на шапочке названной им по имени девочки и зрители понимают как он «угадал Красную Шапочку».

Услышать невидимое

Мой дед, Малыгин Николай Александрович, показал мне один из своих приборов, которые он разрабатывал. Этот прибор называется «Анализатор загрязнения жидкостей», сокращенно АЗЖ. В настоящее время эти приборы используются при производстве и запуске наших ракет и космических кораблей, самолетов, на наших электростанциях и т.д.

В приборе АЗЖ используется инфракрасное излучение для обнаружения и подсчета мелких, невидимых глазом частичек загрязнений, находящихся в жидкостях. Оказывается, что эти частички, если их много, могут испортить механизмы ракеты или самолеты, и произойдет авария или катастрофа, а на электростанциях могут сгореть трансформаторы и целые города останутся без света. Прибор АЗЖ позволяет это обнаружить, вовремя устранить причину загрязнения и заменить грязную жидкость.

Устройство и принцип действия анализатора загрязнений жидкости

Фотоэлектрический анализатор загрязнения жидкостей АЗЖ-975 работает по принципу измерения инфракрасных потоков, рассеянных частицами загрязнений. Анализируемая жидкость прокачивается по измерительному каналу малого диаметра, с одной стороны которого установлен ИК-излучатель с оптической системой, а с другой - фотоприемник с оптической системой. Поскольку направление потока жидкости перпендикулярно оптической оси измерительной системы «излучатель-фотоприемник», то в месте их пересечения образуется измерительный объем. При наличии оптической неоднородности в измерительном объеме (например, механических примесей) происходит рассеяние излучения во всех направлениях. Измеряя с помощью фотоприемника интенсивность рассеянного излучения, можно получить информацию о параметрах частиц загрязнений.

Анализатор загрязнений жидкости состоит из фотоэлектрического датчика и блока электроники (БЭ).

Исследование чистоты питьевой воды с помощью анализатора загрязнений жидкости

Мы попробовали применить прибор АЗЖ для определения загрязнений в питьевой воде. На кухне у нас два крана - из одного мы моем посуду, а из другого, через фильтр, наливаем воду в чайник и в кастрюли для приготовления пищи.

Мы взяли пробы воды из каждого крана, подождали немного, пока из воды не вышли пузырьки воздуха. На вид обе пробы были совершенно прозрачные, вода казалась очень чистой.

Мы пропустили пробы через датчик прибора. На дисплее появились разные цифры, в которых мне было трудно сразу разобраться.

Так как мне очень нравиться слушать музыку и самому петь песни, я спросил у деда, нельзя ли сделать так, чтобы прибор озвучил как-то чистоту жидкости. Идея понравилась, и мы вместе придумали, как подключить прибор к усилителю и звуковым колонкам, которые стояли у нас дома.

Снова взяли пробы воды из двух кранов и поочерёдно пропустили их через датчик. При контроле фильтрованной воды звук в колонках был тихий, а при контроле воды из обычного крана раздался очень громкий звук похожий на треск. Так мы смогли услышать невидимые глазом частички загрязнений, которых в воде после фильтра было значительно меньше!

Во время экспериментов обнаружилось значительное увеличение громкости звука при погружении в пробу воды пальцев рук. Это «звучит» грязь, смываемая водой с поверхности кожи, что демонстрирует эффективность мытья рук.

Сейчас мы продумываем другие опыты по контролю чистоты минеральной воды из пластиковой и стеклянной посуды, сравниваем эффективность различных моющих средств и планируем сделать небольшой прибор для бытового применения со звуковой и световой индикацией.

Заключение

В работе рассмотрены источники инфракрасного излучения, их свойства, влияние на человека и применение их в технике и быту человека.

Разработана игра (с применением инфракрасного диода) «Найди Красную Шапочку», в которой демонстрируется возможность обнаружить невидимый глазом источник ИК-излучения.

Предложен способ услышать сигналы от источника ИК-излучения, мимо которого проходят частицы загрязнений, находящихся в воде. Удалось в доступной форме, «на слух» продемонстрировать эффективность очистки фильтром питьевой воды из домашнего водопровода, а также послушать как «звучит» грязь, смываемая водой с поверхности кожи рук.

В дальнейших исследованиях предлагается провести контроль чистоты минеральной воды из пластиковой и стеклянной посуды, сравнить эффективность различных моющих средств, а также разработать и изготовить макет небольшого устройства для бытового применения со звуковой и световой индикацией.

Библиографическая ссылка

Ермаков А. ИНФРАКРАСНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ В ТЕХНИКЕ И БЫТУ // Старт в науке. – 2017. – № 1. – С. 119-123;
URL: http://science-start.ru/ru/article/view?id=557 (дата обращения: 11.12.2019).

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

Особенности излучения

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

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

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

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

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

Источники излучения

Солнце является основным источником ИК.

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

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

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

Значение коэффициента

В инфракрасном спектре имеется несколько разновидностей коэффициента, а именно:

излучения;
коэффициент отражения;
пропускной коэффициент.

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

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

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

Использование в медицине

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

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

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

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

Подобная терапия в медицине имеет следующие свойства:

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

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

Лечебные методики

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

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

Показания и противопоказания к лечению

ИК имеет основные показания к применению в медицине:

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

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

Если имеются следующие недуги, то подобное лечение принесет вред:

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

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

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

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

Воздействие на растения

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

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

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

Специфика микроволновой печи

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

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