Інфрачервоне випромінювання: історія, загальні положення, джерела та особливості застосування

Размещено на http://www.allbest.ru/

План

1. Інфрачервоне випромінювання. Історія

2. ІЧВ загальні положення

3. Що є джерелом інфрачервоного випромінювання

4. Застосування

5. Біологічна дія інфрачервоного випромінювання

6. Захист від інфрачервоного випромінювання

7. Лікувальна дія ІЧВ

Використана література

1. Інфрачервоне випромінювання. Історія

ІЧВ було відкрито в 1800 англійським вченим Ст. Гершелем, який виявив, що в отриманому за допомогою призми спектрі Сонця за межею червоного світла (тобто в невидимій частині спектру) температура термометра підвищується.

У 19 ст. було доведено, що І.в . підкоряється законам оптики і, отже, має ту ж природу, що і видиме світло. У 1923 радянський фізик А.А. Глагольова-Аркадьева отримала радіохвилі з l ~ 80 мкм , тобто відповідні інфрачервоному діапазону довжин хвиль. Таким чином, експериментально було доведено, що існує безперервний перехід від видимого випромінювання до І. в. і радіохвильовому в, отже, всі вони мають електромагнітну природу.

2. ІЧВ загальні положення

Інфрачервоне випромінювання - це електромагнітне випромінювання, яке займає спектральну область між червоним кінцем видимого діапазону та короткохвильовим випромінюванням з довжиною хвилі 1-2мм.

Інфрачервоний діапазон умовно поділяють на короткохвильовий або “жорстке” випромінювання (0,74-2,5 мкм), середній (2,5-50 мкм) та довгохвильовий або “м'який” (50 -2000мкм).

Інфрачервоне випромінювання генерується будь-яким нагрітим тілом, температура якого визначає інтенсивність і спектр випромінюваної електромагнітної енергії. Нагріті тіла, що мають температуру вище 100oС, є джерелом короткохвильового інфрачервоного випромінювання.

Однією з кількісних характеристик випромінювання є інтенсивність теплового опромінення, яку можна визначити як енергію, що випромінюється з одиниці площі в одиницю часу (ккал/(м2 * год) або Вт/м 2).

Вимірювання інтенсивності теплових випромінювань інакше називають Актинометр (від грецьких слів асtinos - промінь і metrio - вимірюю), а прилад, за допомогою якого виробляють визначення інтенсивності випромінювання, називається Актинометр.

В залежності від довжини хвилі змінюється проникаюча здатність інфрачервоного випромінювання. Найбільшу проникаючу здатність має короткохвильове інфрачервоне випромінювання (0,76-1,4 мкм), яке проникає в тканини людини на глибину в декілька сантиметрів. Інфрачервоні промені довгохвильового діапазону (9-420 мкм) затримуються в поверхневих шарах шкіри.

В електромагнітному спектрі інфрачервоне випромінювання обмежене з короткохвильового боку видимим світлом, а з довгохвильового боку -- мікрохвильовим випромінюванням, яке належить до радіочастотного діапазону. Границі діапазонів не є строго визначеними.

Існує кілька стандартів класифікації інфрачервоного випромінювання.

За визначенням Міжнародної комісії з освітленості за довжиною хвилі інфрачервоне випромінювання підрозділяється на три діапазони:

§ IR-A -- від 700 до 1400 нм,

§ IR-B -- від 1400 до 3000 нм,

§ IR-C -- від 3000 нм до 1 мм.

Перший із цих діапазонів, IR-A називають також ближніми інфрачервоними хвилями. Він визначається вікном у спектрі поглинання води і здебільшого використовується для оптоволоконних телекомунікацій, бо електромагнітні хвилі цього діапазону слабо поглинаються склом.

За стандартом ISO 20473 інфрачервоне випромінювання поділяється на три діапазони

§ ближнє інфрачервоне випромінювання -- від 780 до 3000 нм

§ середнє інфрачервоне випромінювання -- від 3000 до 50 000 нм

§ далеке інфрачервоне випромінювання -- від 50 до 1000 мкм

В астрономії використовується наступна класифікація^[3]:

§ ближнє інфрачервоне випромінювання -- від 700 до 5000 нм

§ середнє інфрачервоне випромінювання -- від 5000 до (25-40) мкм

§ далеке інфрачервоне випромінювання -- від (25-40) мкм до (200-350) мкм

Ще одна схема класифікація основана на чутливості певного типу детекторів.

§ Ближнє інфрачервоне випромінювання -- це область від 700 до 1000 нм, тобто від приблизної границі людського зору до діапазону кремнієвих детекторів.

§ Короткохвильове інфрачервоне випромінювання - область довжин хвиль від 1 до 3 мікрон, тобто від границі чутливості кремнієвих детекторів до вікна прозорості атмосфери. Детектори на основі InGaAs покривають область до 1,8 мікрон, всю цю область покривають менш чутливі детектори на основі солей свинцю.

§ Середньохвильове інфрачервоне випромінювання - область, що відповідає атмосферному вікну, від 3 до 5 мікрон. В цій області працюють детектори на основі антимоніду індію InSb, HgCdTe і почасти на основі PbSe).

§ довгохвильове інфрачервоне випромінювання - за різними визначеннями область довжин хвиль від 8 до 12 мкм, або від 7 до 14 мкм. Це область атмосферного вікна, в якій працюють детектори на основі HgCdTe та мікроболометри.

§ Дуже довгохвильове червоне випромінювання - область довжин хвиль від 12 до 30 мкм, де працюють детектори на основі легованого кремнію.

3. Що є джерелом інфрачервоного випромінювання

інфрачервоний випромінювання спектральний

Джерела інфрачервоного випромінювання.

В виробничих умовах виділення тепла можливе від:

плавильних, нагрівальних печей і інших термічних пристроїв;

остигання нагрітих або розплавлених металів;

переходу в тепло механічної енергії, затрачуваної на привід основного технологічного обладнання; переходу електричної енергії в теплову і т.п.

Близько 60% теплової енергії поширюється в навколишньому середовищі шляхом інфрачервоного випромінювання. Енергія, проходячи майже без втрат простір, знову перетворюється на теплову. Теплове випромінювання не має безпосереднього впливу на навколишнє повітря, вільно пронизуючи його.

Виробничі джерела променистої теплоти за характером випромінювання можна розділити на чотири групи:

1) з температурою випромінюючої поверхні до 500oС (зовнішня поверхня печей і ін.); їх спектр містить інфрачервоні промені з довжиною хвилі 1,9-3,7 мкм;

2) з температурою поверхні від 500 до 1300oС (відкрите полум'я, розплавлений чавун та ін..); їх спектр містить переважно інфрачервоні промені з довжиною хвилі 1,9-3,7 мкм;

3) з температурою від 1300 до 1800oС (розплавлена сталь та ін..); їх спектр містить як інфрачервоні промені аж до коротких з довжиною хвилі 1,2-1,9 мкм, так і видимі великий яскравості;

4) з температурою вище 1800oС (полум'я електродугових печей, зварювальних апаратів та ін.); їх спектр випромінювання містить, поряд з інфрачервоними і видимими, ультрафіолетові промені.

Тобто будь-яке тіло, нагріте до певної температури, випромінює теплову енергію в інфрачервоному діапазоні спектру електромагнітних хвиль і може передавати цю енергію за допомогою променистого теплообміну іншим тілам. Передача інфрачервоного випромінювання проходить від тіла з вищою температурою до тіла з нижчою температурою, при цьому вони мають різну випромінюючу і поглинаючу здатність, яка залежить від природи двох тіл, від стану їх поверхонь і т.д.

4. Застосування

Інфрачервона спектроскопія дозволяє отримати інформацію про структуру молекул і твердих тіл і типи атомних коливань у них. На інфрачервоний діапазон припадають частоти коливань атомів у молекулах і твердих тілах, а також, частково, частоти електронних переходів. В цій області лежать ширини заборонених зон вузькозонних напівпровідників, що створює можливості для використання напівпровідникових речовин у якості детекторів інфрачервоного світла й джерел електромагнітних хвиль у телекомунікаційних приладах. Матеріали, такі як кремній мають невелику ширину забороненої зони, а тому прозорі тільки в інфрачервоній області спектру. Відповідно, виготовлені на основі кремнію світлодіоди та лазери випромінюють тільки інфрачервоні хвилі. Інфрачервона спектроскопія особливо ефективна при дослідженні органічних речовини, оскільки частоти нормальних мод, що відповідають коливанням у радикалах на кшталт СH₂ добре відомі.

Одним із застосувань інфрачервоного випромінювання є прилади нічного бачення, що реєструють теплове випромінювання предметів оточення і перетворюють його у видиме зображення. У військовій техніці інфрачервоні промені використовуються також для наведення ракет на теплове випромінювання літаків і гелікоптерів.

Інфрачервоні діоди і фотодіоди використовуються в пультах дистанційного управління, системах автоматики, охоронних системах і т.д. Вони не відволікають увагу людини в силу своєї невидимості.

Інфрачервоні випромінювачі застосовують у промисловості для сушіння лакофарбових поверхонь.

5. Біологічна дія інфрачервоного випромінювання

Вплив інфрачервоного випромінювання може бути загальним і локальним. При довгохвильовому випромінюванні підвищується температура поверхні тіла, а при короткохвильовому - змінюється температура легень, головного мозку, нирок і деяких інших органів людини.

Значне зміна загальної температури тіла (1,5-2oС) відбувається при опроміненні інфрачервоними променями великої інтенсивності. Впливаючи на мозкову тканину, короткохвильове випромінювання викликає "сонячний удар". Людина при цьому відчуває головний біль, запаморочення, почастішання пульсу і дихання, потемніння в очах, порушення координації рухів, можлива втрата свідомості. При інтенсивному опроміненні голови відбувається набряк оболонок і тканин мозку, виявляються симптоми менінгіту та енцефаліту.

При впливі на очі найбільшу небезпеку становить короткохвильове випромінювання. Можливий наслідок впливу інфрачервоного випромінювання на очі -- поява інфрачервоної катаракти.

Теплова радіація підвищує температуру навколишнього середовища, погіршує її мікроклімат, що може привести до перегріву організму.

Вплив інфрачервоного випромінювання на живі організми

Встановлено, що дія інфрачервоного випромінювання сприятливо позначається на людині. Якщо теплове випромінювання з довжиною хвилі більше 2 мкм сприймається в основному шкірним покривом з проведенням теплової енергії, що утворилася, всередину, то інфрачервоне випромінювання з довжиною хвилі до 1,5 мкм проникає крізь шкіру, частково нагріває її, досягає системи кровоносних судин і безпосередньо підвищує температуру крові. При певній інтенсивності теплового потоку його дія викликає приємне теплове відчуття.

При інфрачервоному електричному опаленні тіло людини віддає велику частину надмірного тепла шляхом конвекції навколишньому повітрю, що має нижчу температуру. Така форма тепловіддачі сприятливо впливає на самопочуття. Теплова енергія від інфрачервоних обігрівачів не поглинається повітрям, тому все тепло від інфрачервоних обігрівачів практично без втрат досягає предметів і людей в зоні його дії і гріє саме їх, а не повітря. Інфрачервоний спосіб електричного опалення означає нагрівання поверхонь (підлоги, стіни, меблі) в зоні обігріву, а не повітря, як при конвекційному опаленні, що гарантує відсутність протягів і скупчень пилу. Тепло концентрується знизу, у поверхонь, а не під стелею.

Інфрачервоні обігрівачі не сушать повітря, не спалюють кисень, не піднімають пил і не шумлять, а їх сучасний дизайн прикрасить будь-який інтер'єр. Інфрачервоні обігрівачі працюють безшумно, без вібрації і, за відсутності продуктів згоряння, додаткові системи витяжної вентиляції не потрібні.

6. Захист від інфрачервоного випромінювання

Основні заходи, спрямовані на зниження небезпеки впливу інфрачервоного випромінювання, полягають у наступному:

Зниження інтенсивності випромінювання джерела (заміна застарілих технологій сучасними та ін.)

Захисне екранування джерела або робочого місця (створення екранів з металевих сіток і ланцюгів, облицювання азбестом відкритих прорізів печей та ін.)

Використання засобів індивідуального захисту (використання для захисту очей і обличчя щитків та окулярів з світлофільтрами, захист поверхні тіла спецодягом з лляної просоченої парусини).

Лікувально-профілактичні заходи (організація раціонального режиму праці і відпочинку, організація періодичних медоглядів та ін.)

7. Лікувальна дія ІЧВ

При порушеннях серцево-судинної діяльності регулярні інфрачервоні процедури допомагають зменшувати рівень холестерину в крові, а це, у свою чергу, значно зменшує ризик захворювань серця (інфаркт, захворювання коронарних судин), а також знижує високий кров'яний тиск. Як додатковий ефект можна відзначити, що в процесі розширення судин відбувається тренування м'язів, що відповідають за цей процес, в результаті стінки судин стають рухливішими і еластичнішими. Зменшуються негативні наслідки варикозного розширення вен. Захворювання нирок Потужне потовиділення звільняє тіло від токсинів і шлаків, зменшуючи навантаження на нирки. Це допомагає зменшити пов'язані з порушенням їх роботи проблеми.

Порушення циркуляції крові

Нагрівання тіла інфрачервоними хвилями розширює судини, стимулюючи поліпшення циркуляції крові, особливо в периферійних областях і капілярах. Регулярні сеанси виявляються ефективним засобом усунення таких захворювань, як, наприклад, недостатня циркуляція крові в кінцівках («холодні ноги» характерні для літніх людей).

М'язи і суглоби

Інфрачервоні хвилі мають доведений позитивний ефект для м'язів і суглобів, усуваючи такі проблеми як судоми, артритний біль, особливо в плечах і верхньому плечовому поясі, болі м'язів, менструальні болі, ревматизм, радикуліт і біль в різних органах.

Застудні захворювання

Інфрачервоне випромінювання збільшує опір організму інфекціям і стримує процес розмноження вірусів. А отже дозволяє уникати простудних захворювань та допомагає боротися з цими хворобами на початку, скорочуючи час одужання. Крім того, набагато ефективніше виліковуються захворювання, для яких традиційно застосовується прогрівання організму, - бронхіти, пневмонія, нежить і тому подібне

Вухо, горло, ніс

Інфрачервоне випромінювання може бути використане як терапевтичний засіб лікування хронічного запалення середнього вухо і горла, боротися з кровотечею з носа.

Проблеми зайвої ваги

Використання інфрачервоного випромінювання призводить до зростання вжитку енергії, у тому числі і на потовиділення, яке спалює калорії, а отже може допомогти збалансувати вагу.

Целюліт

Целюліт складається з води, жиру і відходів вироблених природними процесами організму. Целюліт відкладається шарами під шкірою, приводячи до помітних косметичних проблем. Глибоке проникнення інфрачервоного тепла допомагає розщеплювати целюліт, а потім виводити у вигляді поту.

Опіки шкіри

Доведено, що інфрачервоне випромінювання зменшує біль від опіків шкіри і може допомогти прискорити процес створення нової шкіри.

Розлади нервової системи

Інфрачервоні промені заспокійливо діють на нервову систему, усуваючи безсоння, стрес, нервозність.

Імунна система

Стабілізується робота імунної системи, підвищується загальна опірність організму несприятливій дії зовнішнього середовища, стабілізується обмін речовин, зменшується анемія, покращується робота кліток тіла. Інфрачервоні хвилі компенсують несприятливу дію ультрафіолетових променів і є єдиним антидотом від сонячних опіків.

Травми і післяопераційний період

Людський організм - система, що самовідновлюється. Процес відновлення після механічних пошкоджень складається з 2-х етапів: доставка «будматеріалів» до місця «ремонту» пошкоджених місць і сам процес «ремонту». За рахунок прискорення метаболічного обміну, час обох етапів істотно скорочується, що призводить до прискореного загоєння ран, ударів, травм, переломів, розсмоктуванню гематом. Істотно скорочується реабілітаційний період після хірургічних операцій (окрім випадків імплантації штучних матеріалів) і поранень.

Порушення травлення

Усувається рад порушень травлення, зменшується метеоризм, холецистит, стимулюється робота товстого кишківника.

Використана література

1. http://vseslova.com.ua/word/Інфрачервоне_випромінювання

24. http://induktor-indigo.com.ua/?page_id=198

5. http://www.fenixgroup.com.ua/ik_obogrev_ukr

6. http://seabreeze.ua/health/healing/

7. http://google.com.ua

Размещено на Allbest.ru