Toidutooteid võivad mõjutada mitut tüüpi elektrofüüsikalised mõjud. See hõlmab elektrivoolu, elektriimpulssi, ülikõrge sagedust, ultraviolettkiirgust ja mõnda muud, sealhulgas infrapunakiirgust.

Toodete infrapunakiirguse abil saab läbi viia järgmisi tehnoloogilisi protsesse: kuumutamine, röstimine, küpsetamine, kuivatamine ja muud. Materjali või õigemini selle vooluga kokkupuutel muutub see soojuseks. Toodete võimet neelata infrapunakiirgust mõjutavad kaks tegurit – toodet mõjutav lainepikkus ja toote enda optilised omadused. Lainepikkus võib olla vahemikus 0,76 kuni 750 mikronit. Sõltuvalt lainepikkusest on selle kiirgusvahemikus kolm rühma.

1) Lühilaine. Lainepikkus on 0,76 µm kuni 2,5 µm.
2) Kesklaine. Lainepikkus on 2,5 kuni 25 mikronit.
3) Pikalaine. Lainepikkus on 25 kuni 750 µm.

Samuti on mitmeid koefitsiente, mis iseloomustavad aine ja sellele mõjuva energia interaktsiooni protsessi. Need on peegelduskoefitsient, neeldumistegur ja ülekandetegur. Toidukaupade kuumtöötlemisel muutub nende pind struktuuri, värvi jne, st ei jää muutumatuks.

Infrapunakiirguse allikad jagunevad heledateks ja tumedateks, olenevalt sellest, millist lainepikkust nad kiirgavad. Valguskiirgurite spektris on nähtav valguspiirkond. Pimeduse ja valguse kiirgajate vaheline piir on lainepikkus 3 mikronit või rohkem.

Infrapunakiirguse valgusallikate hulka kuuluvad järgmist tüüpi kiirgajad: elektrilised ja gaasilised.

Elektriliste emitterite põhielemendiks on traat, mis koosneb nikroomist või volframist. Enamasti on see valmistatud spiraali kujul.

Mõelge mõnda tüüpi elektriliste emitterite üksikasjalikumalt.

Peegellamp on klaasist pirn, mille keskele on asetatud volframniit. Sellise lambi võimsus võib olla 250–500 W, emissioonispekter jääb vahemikku 0,8–6 mikronit. Need on võimelised kuumutama tooteid kuni 240 C. Need paigaldatakse 15 cm kaugusele toodete pinnast. Seda tüüpi elektrilised emitterid on üsna habras.

Torukujulise kvartslambi sees on volframspiraal, selle väljund on molübdeen. Võimsus on 920-1000 vatti. Maksimaalne lainepikkus on 1 µm. Selleks, et vähendada võimalikult palju volframi aurustumist toru sisepinnale, pumbatakse sellesse inertgaasi. Need lambid on inertsiaalsed.

Avatud ja suletud. Nende põhielement on nikroomspiraal. Lainepikkus on vastavalt 2,4 µm ja 2,5 µm.

Kvartsklaasist torude kasutamine IR-kiirgurina toiduainetööstuses hügieeninõuetega keelatud, sest need võivad seadme töötamise ajal kergesti puruneda.

Elektriliste infrapunakiirgurite hulka kuuluvad ka kütteelemendid. Emiteeritud lainepikkus on 2,5 µm.

Gaasi infrapunakiirgurid, nagu nende nimigi ütleb, töötavad gaasil, see võib olla kas looduslik või veeldatud gaas.

Millist infrapunaallikat on konkreetse toote töötlemiseks vaja, sõltub: toote enda spektriomadustest, soojuse tarnimise intensiivsusest ja seadme efektiivsusest.

1666. aastal viis Isaac Newton läbi kuulsa eksperimendi, mis läks vastuollu peaaegu kõigi tol ajal eksisteerinud värviteooriatega. Ta avastas päikesevalguse hajumise, kui see läbib kolmnurkse prisma. Selgus, et murdunud valge värvitu kiir muutub mitmevärviliseks nagu vikerkaar. Tänapäeval teavad isegi lapsed võlulauset, mis aitab meeles pidada vikerkaare seitsme põhivärvi järjekorda – punasest lillani: "Iga jahimees tahab teada, kus faasan istub."

Kuid kulus veel sada aastat, enne kui inglise füüsik William Herschel 1800. aastal infrapunakiired (IR) avastas. Põhjus on lihtne – IR-kiired on inimsilmale nähtamatud ja tuvastatakse vaid kaudselt, näiteks suurendavad termomeetri näitu.

IR-kiirgus on elektromagnetlained pikkusega 770 nm kuni 1 mm. IR-kiirgus järgib optika seadusi ja seetõttu on sellel sama olemus kui nähtaval valgusel. 1923. aastal võttis Nõukogude füüsik A. A. Glagoleva-Arkadjeva vastu raadiolaineid lainepikkusega 50 mm kuni 82 mikronit, mis asusid raadiolainete ja infrapunakiirguse vahelises pilus. Seega on eksperimentaalselt tõestatud, et nähtaval valgusel, infrapunakiirgusel ja raadiolainetel on ühine elektromagnetiline olemus.

IR-kiirgus ei ole palja silmaga nähtav. Inimene tunneb infrapunakiirgust soojusena. Seetõttu on kõik kuumutatud kehad infrapunakiirguse allikad. Kuna inimene ise on köetud keha, siis kiirgab ta ka IR-kiiri, mis vähendab tema tundlikkust välise IR-kiirguse suhtes. Seetõttu on vaja töötada selliste seadmete loomisega, mis on suurenenud tundlikkusega ja võimaldavad "näha" või "kuulda" infrapunakiirgust, mis tuleb kehadest, mis on väga kergelt kuumutatud või meist väga kaugel.

Uurimistöö asjakohasus seisneb selles, et kõigil lastel on probleem, kui neil on vaja mõista midagi uut, nähtamatut ja peaaegu hoomamatut. Ja kõigile lastele meeldib mängida, nii et otsustasime muuta igava huvitavaks ja põnevaks.

Käesoleva töö uurimisobjektiks on infrapunakiirguse allikad.

Uurimuse teemaks on infrapunakiirguse omadused, mis võimaldavad muuta selle käegakatsutavaks, nähtavaks või kuuldavaks ning seeläbi kuulajates huvi äratada ja köita.

Uurimistöö eesmärgiks on paljastada infrapunakiirguse omadused, mis võimaldavad seda kasutada tehnikas ja igapäevaelus.

1. Uurige infrapunakiirguse allikaid,

2. Uurige välja nende mõju inimesele

3. Vaatleme näiteid kasutamisest tehnikas ja igapäevaelus.

Kui meile on kättesaadavad infrapunakiirguse allikad, kui see mõjutab inimest, kui seda kasutatakse tehnikas ja igapäevaelus, siis on võimalik välja töötada mänge ja põnevaid demonstratsioone, mis võivad äratada huvi selle hämmastava loodusnähtuse uurimise vastu. .

Uurimismeetodid: kirjanduse ja Interneti materjalide bibliograafiline analüüs; vaatlus ja pildistamine; katsete läbiviimine; mängude ja demonstratsioonide süntees.

Töö ülesehituse määrab õppeaine, eesmärk ja eesmärgid. Töö koosneb sissejuhatusest, viiest osast ja kokkuvõttest.

Sissejuhatuses antakse hinnang lahendatava probleemi hetkeseisule, avatakse asjakohasus, määratletakse objekt, subjekt, eesmärk, eesmärgid ja uurimismeetodid.

Esimeses osas käsitletakse erinevaid IR-kiirguse allikaid. Teises osas käsitletakse infrapunakiirguse mõju inimestele. Kolmandas osas tuuakse näiteid infrapunakiirguse kasutamisest tehnikas ja igapäevaelus. Neljas osa on pühendatud mängu Find Little Red Riding Hood arendamisele, mis võimaldab vaatajatel mõista, kuidas nähtamatut näha saab. Viiendas osas sünteesitakse seade, mis demonstreerib kuulajatele, kuidas on kuulda nähtamatut infrapunakiirgust ning võimaldab kuulda, mis on puhas ja määrdunud vedelik ning miks on vaja käsi põhjalikult pesta.

Kokkuvõttes tehakse kokkuvõte uuringu tulemustest, sõnastatakse lõppjäreldused vaadeldaval teemal, näidatakse suunad edasiseks uurimiseks ning tehakse ettepanekud saadud tulemuste praktiliseks kasutamiseks.

Infrapunakiirguse allikad

Võimas infrapunakiirguse allikas on Päike, mille kiirgusest ligikaudu pool asub infrapuna piirkonnas. Märkimisväärne osa (70–80%) volframhõõgniidiga hõõglampide kiirgusenergiast moodustab IR-kiirgus. Seetõttu on pimedas pildistamisel ja mõnes öövaatlusseadmes taustvalgustuse lambid varustatud infrapunavalgusfiltriga, mis edastab ainult infrapunakiirgust.

IR-kiirguse kunstlikud allikad on:

Süsinik elektrikaar temperatuuriga umbes 3900 K, mille kiirgus on lähedane musta keha kiirgusele;

Erinevad gaaslahenduslambid (impulss- ja pidevpõlemine);

Nikroomtraadist spiraalid, kuumutatud temperatuurini ~ 950 K. Neid kasutatakse ruumide kiirguskütteks. Infrapunakiirguse paremaks kontsentreerimiseks on sellised kütteseadmed varustatud helkuritega. Teadusuuringutes kasutatakse näiteks infrapuna neeldumisspektrite saamiseks spektri erinevates piirkondades spetsiaalseid infrapunakiirguse allikaid:

Lintvolframlambid;

Nernsti tihvt, mis on erinevate metallioksiidide õhuke varras, mida kuumutatakse elektrivooluga. Varras sisaldab oksiide, millel on märkimisväärne selektiivne IR-kiirgus, nagu tseeriumi, tooriumi, tsirkooniumi oksiidid jne. Seda iseloomustab: stabiilne töö, seadmeid kahjustada võivate põlemisproduktide puudumine, kasutusmugavus ja intensiivne kiirgus lainepikkusega ülespoole. kuni 15 mikronit;

Globar - 5 mm läbimõõduga ja umbes 40 m pikkuse ränikarbiidist varras, mida kuumutatakse läbiva elektrivooluga temperatuurini umbes 1400 ° C. Kiirguse tööpiirkond 0,8 kuni 25 mikronit;

Kõrgsurve elavhõbedalambid;

Pooljuht IR dioodid;

Optilised kvantgeneraatorid - laserid, mõne kiirgus jääb ka spektri infrapunapiirkonnas; näiteks neodüümklaaslaseri kiirguse lainepikkus on 1,06 μm, laseril neooni ja heeliumi segul - 1,15 μm ja 3,39 μm, süsinikdioksiidi laseril - 10,6 μm, InSb pooljuhtlaseril - 5 μm

IR-vastuvõtjad põhinevad IR-energia muundamisel teist tüüpi energiaks, mida saab mõõta tavapäraste meetoditega. Seal on soojus- ja fotoelektrilised infrapunakiirguse vastuvõtjad. Esimeses põhjustab neeldunud IR-kiirgus vastuvõtja temperatuuritundliku elemendi temperatuuri tõusu, mis registreeritakse. Fotogalvaanilistes vastuvõtjates põhjustab neeldunud infrapunakiirgus elektrivoolu või pinge ilmnemist või muutumist. Fotoelektrilised vastuvõtjad, erinevalt termilistest vastuvõtjatest, on selektiivsed vastuvõtjad, see tähendab, et nad on tundlikud ainult teatud spektri piirkonnas. Spetsiaalsed fotofilmid ja -plaadid - infraplaadid - on tundlikud ka IR-kiirgusele (lainepikkus kuni 1,2 mikronit) ja seetõttu saab fotosid teha IR-kiirguses. Charge-coupled seadmed (CCD), mis on kõigi digikaamerate üks põhielemente, on infrapunakiirguse suhtes teatud tundlikkusega. Sellise digikaameraga mobiiltelefoni kasutades on lihtne registreerida teleri kaugjuhtimispuldi (RC) IR-dioodi kiirgust ja selle kiirguse peegeldust peeglitelt.

Kui kasutate IR-valgusfiltrit, saate kaamera abil jälgida väga kuumenenud kehade, näiteks päikese, hõõglambi hõõgniidi, infrapunakiirgust.

Infrapunateleskoobi abil näete galaktikaid, mida meie eest varjavad tolmupilved. Nii näeb IR-kiirtes välja näiteks Andromeeda udukogu.Ained edastavad nähtavat ja IR-kiirgust erinevalt, näiteks jood nõrgendab oluliselt nähtavat valgust ja IR-vahemikus on see peaaegu läbipaistev.

Inimese taju infrapunakiirgusest

IR-kiirgus on Maal looduslikult esinev kiirguse vorm. Inimene puutub pidevalt kokku infrapunakiirtega, see on tema normaalne seisund. Suurem osa päikeseenergiast tuleb Maale infrapunakiirguse kujul. Seniidis olev päike valgustab merepinnal veidi üle 1 kW/m2. Samal ajal langeb IR-kiirgusele 523 W, 445 W. - nähtavale valgusele, 32 W. - ultraviolettkiirgusele. Lisaks on ka kõik teised laetud osakestest koosnevad kehad, mis sooritavad pidevaid kaootilisi võnkumisi, infrapunakiirte emiteerijad lainepikkuste vahemikus 770 nm kuni 2 mm.

Inimese enda soojuskiirguse lainepikkus on 9,6 mikronit. Inimkeha toodab keskmiselt 100 kcal/tunnis soojust. See kogus suureneb koos ainevahetuse kiirenemisega, näiteks lihastöö ajal. Kui palju soojust keha toodab, sama palju peab ta andma keskkonnale. Kui seda eraldub rohkem, kui toodab, siis on oht külmuda, kui aga liiga vähe, siis tekib kuumarabandus.

Infrapunakiirguse mõju inimesele uuris Jaapani arst Tadashi Ishikawa eelmise sajandi 60. aastatel. Ta leidis, et infrapunakiired võivad tungida inimkehasse väga sügavale, tekitades sarnase efekti, mis inimesel leiliruumis. Kuid sel juhul algab naha higistamine juba ümbritseva õhu temperatuuril umbes 50 ° C ja siseorganid soojenevad palju sügavamalt kui leiliruumis. Infrapunalained, mis tungivad sügavale inimkehasse, soojendavad kõiki tema organeid ja suurendavad vereringet. Füüsiline termoregulatsioon ehitatakse ümber soojusülekande suurendamiseks, samas kui keemiline termoregulatsioon viib soojuse tootmise vähenemiseni. Mis viib naha, nahaaluskoe ja hingamiselundite veresoonte laienemiseni, mis omakorda parandab lihaste toitumist ja suurendab järsult kudede hapnikuvarustust. Nende tööde tulemuseks oli infrapunakabiinide loomine, mille peamiseks kütteelemendiks olid pikalainelised IR-soojendid.

Teadlaste pikaajalised uuringud infrapunakiirguse mõjust inimesele on näidanud, et infrapunasoojusel on positiivne mõju inimeste tervisele. Samal ajal soojendab keha neeldunud kiirgus inimest, muutudes soojuseks ning üleliigne soojus antakse jahedasse õhku, mõjudes sellele värskendavalt. Kuid me ei tohiks unustada, et pikaajaline kokkupuude intensiivse infrapunakiirgusega võib esile kutsuda kuumarabanduse ning kokkupuude väga tugeva infrapunakiirgusega põhjustab valu ja põletusi.

Tavalistes (looduslikes) tingimustes inimene infrapunakiirgust ei näe. Kuid inimeste interaktsioon infrapunakiirguse tehislike kvantallikatega (laseritega) võimaldas teha ootamatu avastuse. Teatud tingimustel näeb inimsilm IR-kiirgust.

Avastus tehti juhuslikult teise uuringuga seotud katse käigus. Louisis asuva Washingtoni ülikooli teadlased märkasid, et nad näevad IR-laserit kasutades perioodiliselt rohelist valgust, mis üllatas neid väga.

Seejärel koostasid teadlased rea teste. Esiteks – vabatahtlikega, kellele näidati infrapunalaseri välke. Selgus, et inimene tõesti, kui välklamp on piisavalt lühike, suudab seda regulaarselt märgata.

Seejärel kiiritasid teadlased hiire võrkkesta rakke infrapunakiirgusega (ka nemad ei näe seda) ja simuleerisid ka infrapunakiirguse mõju rodopsiinile, mis on võrkkesta peamine valgustundlik valk.

Selgus, et rodopsiin suudab tajuda kiirgust IR-lähedases vahemikus tänu kvantefektile, mida tuntakse kahe footoni absorptsioonina.

Kui laserkiirguse intensiivsus ehk footonite arv, mida laser ajaühikus kiirgab, muutub piisavaks, suudab rodopsiin neelata korraga kahte footonit. Näiteks kui valk neelab kahte footonit lainepikkusega 1000 nm, siis silm tajub neid ühe footonina lainepikkusega 500 nm, mis inimsilma jaoks vastab lihtsalt rohelisele.

Teadlaste arvates ei süvenda see avastus mitte ainult tänapäevaseid ideid inimese nägemise kohta, vaid võib viia ka silmahaiguste diagnoosimise täiustatud meetoditeni.

Näiteid infrapunakiirguse kasutamisest tehnikas ja igapäevaelus

IR-kiirgust kasutatakse laialdaselt teadusuuringutes, paljude praktiliste tehniliste probleemide lahendamisel, sõjanduses, inimelus.

Infrapunapiirkonna emissiooni- ja neeldumisspektrite uurimist kasutatakse aatomite elektronkihi struktuuri uurimiseks, molekulide struktuuri määramiseks, samuti keeruka molekulaarse koostisega ainete segude kvalitatiivseks ja kvantitatiivseks analüüsiks, nagu mootorikütusena. Infrapunakiirguses (termograafias) saadud fotol on tänu kehade hajumise, peegelduse ja läbilaskvuse koefitsientide erinevusele nähtavas ja infrapunakiirguses tavafotograafiaga võrreldes mitmeid tunnuseid. Näiteks infrapunapiltidel on sageli näha detaile, mida tavafotograafias näha ei ole.

Infrapunakujutisi kasutatakse laialdaselt ka astronoomias koos muud tüüpi elektromagnetlainetega.

Tööstuses kasutatakse infrapunakiirgust materjalide ja toodete kuivatamiseks ja soojendamiseks nende kiiritamise ajal, desinfitseerimiseks ning ka toodete varjatud defektide tuvastamiseks.

Meditsiinis kasutatakse infrapunakiirgust paljude erinevate haiguste raviks ja ennetamiseks.

IR-kiirgusele tundlike fotokatoodide baasil (lainepikkustele alla 1,3 μm) on loodud spetsiaalsed seadmed - elektron-optilised muundurid, milles fotokatoodil olev silmale nähtamatu objekti infrapunakujutis muudetakse nähtavaks. . Sellel põhimõttel on üles ehitatud erinevad öövaatlusseadmed (binoklid, sihikud jne), mis võimaldavad vaadeldavaid objekte kiiritades spetsiaalsetest allikatest, näiteks IR-dioodidelt pärineva IR-kiirgusega, vaadelda või sihtida täielikus pimeduses.

Ülitundlike infrapunakiirguse vastuvõtjate loomine võimaldas ehitada spetsiaalseid seadmeid - termilise suuna leidjaid ümbritsevast taustatemperatuurist kõrgema temperatuuriga objektide (laevade kuumutatud torud, lennukimootorid, tankide väljalasketorud jne) avastamiseks ja leidmiseks, nende enda termilise infrapunakiirguse toimel.

Sihtmärgi soojuskiirguse kasutamise põhimõttel on loodud ka süsteemid mürskude ja rakettmürskude sihtmärgile suunamiseks. Raketi peas asuv spetsiaalne optiline süsteem ja IR-vastuvõtja võtavad vastu IR-kiirgust sihtmärgilt, mille temperatuur on välistemperatuurist kõrgem (näiteks enda IR-kiirgus lennukitelt, laevadelt, tehastest, soojuselektrijaamadest) ja automaatne jälgimisseade, mis on ühendatud tüüridega, suunab raketi täpselt sihtmärgile.

Infrapunalokaatorid ja kaugusmõõturid võimaldavad tuvastada pimedas mis tahes objekte ja mõõta nendeni kaugust.

Infrapunapiirkonnas kiirgavaid optilisi kvantgeneraatoreid kasutatakse ka maapealse ja kosmoseside jaoks.

Igapäevaelus kasutavad inimesed majapidamiskütteseadmeid. Erinevalt konvektoritest kasutavad sellised seadmed kiirgusenergiat kõigi ruumis olevate esemete soojendamiseks. Ja juba kaugemal eraldavad sisustusesemed ümbritsevale õhule soojust.

Samuti on laialdaselt kasutusel andmeedastus ja kaugjuhtimispult. Näiteks kõik telerite, muusikakeskuste, kliimaseadmete ja juhitavate mänguasjade puldid kasutavad IR-kiiri.

Mäng "Leia väike punamütsike"

Mängu jaoks peate ette valmistama järgmised rekvisiidid:

Kolm identset kootud mütsi pom-pomidega;

Ühe mütsi sisse on teistele märkamatult kinnitatud IR-diood, juhtahel ja miniakupatarei ning mütsi sisepind on kaetud punase sametise materjaliga.

Mängu reeglid:

Saatejuht kutsub lavale kolm tüdrukut ja ühe täiskasvanu. Täiskasvanu paneb tüdrukutele mütsid pähe, et ei ümbritsevad ega tüdrukud ise teaks, kes sai punase mütsikese.

Mütsidega tüdrukud rivistuvad näoga publiku poole.

Saatejuht kutsub publikut arvama, kes kolmest tüdrukust on Punamütsike, ja läheb kõigist kolmest tüdrukust fotole.

Publik hakkab suvaliselt ühe või teise tüdruku nime nimetama. Saatejuht peatab publiku vaidluse ja ütleb: “Ja ma tean, kes tüdrukutest on Punamütsike! See on (hüüab nime)!”.

Peremees kutsub tüdrukuid üles mütsid maha võtma, pahupidi keerama ja uuesti pähe panema.

Kõik vaatajad näevad, et saatejuhil oli õigus.

Kui saalis on monitor või videoprojektor, siis saatejuht näitab publikule tüdrukute fotot, mille ta tegi nutitelefoni kaamera abil. Pildil on selgelt näha IR-dioodi helendus korgil, mille ta tüdruku nime järgi nimetas, ja publik saab aru, kuidas ta "Punamütsikest arvas".

Kuula nähtamatut

Minu vanaisa Malygin Nikolai Aleksandrovitš näitas mulle üht oma instrumenti, mille ta välja töötas. Seda seadet nimetatakse "vedeliku saasteanalüsaatoriks", lühendatult APL. Praegu kasutatakse neid seadmeid meie rakettide ja kosmoselaevade, lennukite, elektrijaamade jne tootmisel ja käivitamisel.

AGI instrument kasutab infrapunavalgust vedelikes leiduvate saasteainete väikeste, nähtamatute osakeste tuvastamiseks ja loendamiseks. Selgub, et need osakesed, kui neid on palju, võivad rikkuda raketi või lennuki mehhanismid ning juhtub õnnetus või katastroof ning elektrijaamades võivad trafod läbi põleda ja terved linnad jäävad elektrita. Seade AZZH võimaldab teil seda tuvastada, õigeaegselt kõrvaldada reostuse põhjus ja asendada määrdunud vedelik.

Vedeliku saasteanalüsaatori seade ja tööpõhimõte

Fotoelektriline vedelikusaasteanalüsaator AZZh-975 töötab saasteosakeste poolt hajutatud infrapunavoogude mõõtmise põhimõttel. Analüüsitav vedelik pumbatakse läbi väikese läbimõõduga mõõtekanali, mille ühele küljele on paigaldatud optilise süsteemiga IR-emitter ja teisele poole optilise süsteemiga fotodetektor. Kuna vedeliku voolu suund on emitter-fotodetektor mõõtesüsteemi optilise teljega risti, moodustub nende ristumiskohas mõõteruumala. Mõõtemahu optilise ebahomogeensuse korral (näiteks mehaanilised lisandid) hajub kiirgus igas suunas. Mõõtes fotodetektoriga hajutatud kiirguse intensiivsust, saab infot saasteosakeste parameetrite kohta.

Vedeliku saasteanalüsaator koosneb fotoelektrilisest andurist ja elektroonikaplokist (EB).

Joogivee puhtuse uurimine vedeliku saastumise analüsaatoriga

Oleme püüdnud kasutada seadet AZZh joogivee saasteainete määramiseks. Meil on köögis kaks kraani - ühest peseme nõusid ja teisest kallame läbi filtri vee veekeetjasse ja keedupottidesse.

Võtsime igast kraanist veeproovid, ootasime veidi, kuni veest õhumullid välja tulid. Välimuselt olid mõlemad proovid täiesti läbipaistvad, vesi tundus väga puhas.

Lasime proovid läbi seadme anduri. Ekraanile ilmusid erinevad numbrid, millest mul oli raske kohe aru saada.

Kuna mulle väga meeldib muusikat kuulata ja ise laule laulda, siis küsisin vanaisalt, kas oleks võimalik seadet kuidagi vedeliku puhtuses kõlama panna. Meile see idee meeldis ja koos mõtlesime välja, kuidas ühendada seade kodus oleva võimendi ja kõlaritega.

Jällegi võeti kahest kraanist veeproovid ja lasti need vaheldumisi läbi anduri. Filtreeritud vee juhtimisel oli kõlaritest vaikne heli ja tavalisest kraanist vett juhtides kostis väga vali krõbina sarnane heli. Nii saime kuulda silmale nähtamatuid saasteosakesi, mida oli pärast filtrit vees palju vähem!

Katsete käigus avastati märkimisväärne helitugevuse suurenemine, kui sõrmed kasteti veeproovi. See "hääl" kostab, et mustus pestakse naha pinnalt veega, mis näitab kätepesu tõhusust.

Nüüd kaalume teisi katseid, et kontrollida plastmassist ja klaasnõudest mineraalvee puhtust, võrrelda erinevate pesuvahendite efektiivsust ning plaanida teha väike seade koduseks kasutamiseks koos heli- ja valgusindikatsiooniga.

Järeldus

Töös käsitletakse infrapunakiirguse allikaid, nende omadusi, mõju inimesele ning nende kasutamist tehnikas ja inimelus.

Välja on töötatud mäng (infrapunadioodi abil) "Find Little Red Riding Hood", mis demonstreerib võimet tuvastada nähtamatut infrapunakiirguse allikat.

On välja pakutud meetod infrapunakiirguse allika signaalide kuulmiseks, millest mööduvad vees olevad saasteainete osakesed. Juurdepääsetaval kujul, "kõrva järgi" oli võimalik demonstreerida kodusest veevärgist joogivee puhastamise efektiivsust filtriga ja ka kuulata, kuidas naha pinnalt vee poolt maha pestud mustus "helitab". kätest.

Edasistes uuringutes tehakse ettepanek kontrollida plast- ja klaasnõudest mineraalvee puhtust, võrrelda erinevate pesuvahendite efektiivsust ning välja töötada ja valmistada koduseks kasutamiseks mõeldud väikese heli- ja valgusindikatsiooniga seadme mudel.

Bibliograafiline link

Infrapunakiirgus- elektromagnetkiirgus, mis hõivab spektriala, mis jääb nähtava valguse punase otsa (lainepikkusega λ = 0,74 μm) ja mikrolainekiirguse (λ ~ 1-2 mm) vahele.

Ainete optilised omadused infrapunakiirguses erinevad oluliselt nende omadustest nähtavas kiirguses. Näiteks mitme sentimeetri pikkune veekiht on infrapunakiirgusele läbipaistmatu, kui λ = 1 µm. Infrapunakiirgus moodustab suurema osa hõõglampide, gaaslahenduslampide kiirgusest, umbes 50% Päikese kiirgusest; Mõned laserid kiirgavad infrapunakiirgust. Selle registreerimiseks kasutavad nad termo- ja fotoelektrilisi vastuvõtjaid, samuti spetsiaalseid fotomaterjale.

Nüüd on kogu infrapunakiirguse ulatus jagatud kolmeks komponendiks:

• lühilaine piirkond: λ = 0,74-2,5 um;
• kesklaine piirkond: λ = 2,5-50 µm;
• pikalaine piirkond: λ = 50-2000 µm;

Hiljuti on selle vahemiku pika lainepikkusega serv eristatud eraldi, sõltumatuks elektromagnetlainete vahemikuks - terahertsi kiirgus(submillimeetri kiirgus).

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

Avastuslugu ja üldised omadused

Infrapunakiirguse avastas 1800. aastal inglise astronoom W. Herschel. Tegeledes Päikese uurimisega, otsis Herschel võimalust vähendada vaatluste tegemiseks kasutatava instrumendi kuumenemist. Termomeetrite abil nähtava spektri erinevate osade mõju määramiseks leidis Herschel, et "maksimaalne soojus" on küllastunud punase värvi ja võib-olla "nähtava murdumise taga". See uuring tähistas infrapunakiirguse uurimise algust.

Varem olid infrapunakiirguse laboratoorsed allikad ainult hõõglambid või gaasides leiduvad elektrilahendused. Nüüd on tahkis- ja molekulaargaaslaserite baasil loodud kaasaegsed reguleeritava või fikseeritud sagedusega infrapunakiirguse allikad. Kiirguse registreerimiseks lähiinfrapuna piirkonnas (kuni ~1,3 μm) kasutatakse spetsiaalseid fotoplaate. Fotoelektrilistel detektoritel ja fototakistitel on laiem tundlikkusvahemik (kuni umbes 25 mikronit). Kaug-infrapunapiirkonna kiirgust registreerivad bolomeetrid - infrapunakiirguse kuumenemise suhtes tundlikud detektorid.

IR-seadmeid kasutatakse laialdaselt nii sõjatehnikas (näiteks rakettide juhtimiseks) kui ka tsiviiltehnoloogias (näiteks fiiberoptilistes sidesüsteemides). IR-spektromeetrite optilised elemendid on kas läätsed ja prismad või difraktsioonivõred ja peeglid. Vältimaks kiirguse neeldumist õhus, toodetakse kaug-IR spektromeetrid vaakumversioonis.

Kuna infrapunaspektrid on seotud molekulis toimuvate pöörlemis- ja vibratsiooniliste liikumistega, samuti aatomite ja molekulide elektrooniliste üleminekutega, annab IR-spektroskoopia olulist teavet aatomite ja molekulide ehituse ning ka kristallide ribastruktuuri kohta.

Rakendus

Ravim

Infrapunakiirgust kasutatakse füsioteraapias.

Pult

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

Huvitaval kombel on kodumajapidamises kasutatava kaugjuhtimispuldi infrapunakiirgust digikaamera abil lihtne tabada.

Värvimisel

Infrapunakiirgust kasutatakse tööstuses värvipindade kuivatamiseks. Infrapunakuivatusmeetodil on traditsioonilise konvektsioonmeetodi ees märkimisväärsed eelised. Esiteks on see muidugi majanduslik efekt. Infrapuna kuivatamise kiirus ja energiakulu on väiksemad kui traditsiooniliste meetoditega.

Toidu steriliseerimine

Infrapunakiirguse abil steriliseeritakse toiduained desinfitseerimise eesmärgil.

Korrosioonivastane aine

Lakitud pindade korrosiooni vältimiseks kasutatakse infrapunakiiri.

toidutööstus

Infrapunakiirguse kasutamise tunnuseks toiduainetööstuses on elektromagnetlaine tungimise võimalus sellistesse kapillaarpoorsetesse toodetesse nagu teravili, teravili, jahu jne kuni 7 mm sügavusele. See väärtus sõltub pinna iseloomust, struktuurist, materjali omadustest ja kiirguse sageduskarakteristikust. Teatud sagedusvahemikuga elektromagnetlainel on tootele mitte ainult termiline, vaid ka bioloogiline mõju, see aitab kiirendada biokeemilisi muundumisi bioloogilistes polümeerides (tärklis, valk, lipiidid). Konveierkuivatuskonveiereid saab edukalt kasutada vilja ladumisel aidadesse ja jahu jahvatustööstuses.

Lisaks kasutatakse infrapunakiirgust laialdaselt ruumide ja välisruumide kütmiseks. Infrapunasoojendeid kasutatakse lisa- või põhikütte korraldamiseks ruumides (majad, korterid, kontorid jne), samuti väliruumide lokaalseks kütmiseks (tänavakohvikud, lehtlad, verandad).

Puuduseks on kütte oluliselt suurem ebaühtlus, mis on mitmete tehnoloogiliste protsesside puhul täiesti vastuvõetamatu.

Raha ehtsuse kontrollimine

Infrapunakiirgust kasutatakse seadmetes raha kontrollimiseks. Arvele ühe turvaelemendina rakendatuna on spetsiaalsed metameersed tindid nähtavad ainult infrapunapiirkonnas. Infrapuna-valuutadetektorid on kõige veatumad seadmed raha autentsuse kontrollimiseks. Erinevalt ultraviolettkiirgusest on pangatähtedele infrapunamärgiste paigaldamine võltsijatele kulukas ja seetõttu majanduslikult kahjumlik. Seetõttu on sisseehitatud IR-kiirguriga pangatähtede detektorid tänapäeval kõige usaldusväärsem kaitse võltsimise eest.

Terviseoht

Tugev infrapunakiirgus kõrge kuumusega piirkondades võib olla silmadele ohtlik. Kõige ohtlikum on see, kui kiirgusega ei kaasne nähtavat valgust. Sellistes kohtades on vaja kanda spetsiaalseid silmade kaitseprille.

Vaata ka

Muud soojusülekande meetodid

IR-spektrite registreerimise (salvestamise) meetodid.

Märkmed

Lingid

Sissejuhatus

Infrapunakiirgust nimetatakse "termiliseks" kiirguseks, kuna kuumutatud objektide infrapunakiirgust tajub inimese nahk soojustundena. Sel juhul sõltuvad keha poolt kiiratavad lainepikkused küttetemperatuurist: mida kõrgem on temperatuur, seda lühem on lainepikkus ja suurem kiirgusintensiivsus. Absoluutselt musta keha kiirgusspekter suhteliselt madalatel (kuni mitu tuhat kelvinit) temperatuuridel asub peamiselt selles vahemikus. Infrapunakiirgus kiirgab ergastatud aatomeid või ioone. Infrapunakiirgus on praktiliselt sama, mis tavaline valgus.

Ainus erinevus seisneb selles, et kui see tabab objekte, muutub spektri nähtav osa valguseks ja infrapunakiirgus neeldub kehas, muutudes soojusenergiaks. Ilma selleta on elu meie planeedil mõeldamatu. Kui infrapunakiirgus kosmoses levib, siis energiakadu praktiliselt ei toimu. Tegelikult on see loomulik ja kõige täiuslikum küttemeetod. Seetõttu on soojusenergeetika jaoks infrapunakiirguse kasutamise küsimus väga huvitav.

Käesoleva töö eesmärgiks on uurida infrapunakiirguse omadusi ja kaitset infrapunakiirguse eest. Selle eesmärgi saavutamiseks on vaja lahendada järgmised ülesanded:

1. Mõelge infrapunakiirguse omadustele.

2. Analüüsida infrapunakiirgust kahjustavaid tegureid.

3. Õppige end kaitsma infrapunakiirguse kahjulike mõjude eest.

Infrapunakiirguse ja kiirgusallikate omadused

Infrapunakiirgust tekitab igasugune kuumutatud keha, mille temperatuur määrab kiiratava elektromagnetilise energia intensiivsuse ja spektri. Kuumutatud kehad, mille temperatuur on üle 100 o C, on lühilainelise infrapunakiirguse allikaks. Kiirguse üheks kvantitatiivseks tunnuseks on soojuskiirguse intensiivsus, mida saab määratleda kui energiat, mis kiirgub pinnaühiku kohta ajaühikus (kcal / (m 2 h) või W / m 2). Soojuskiirguse intensiivsuse mõõtmist nimetatakse muidu aktinomeetriaks (kreeka sõnadest atinos – kiir ja metrio – mõõdan) ning seadet, millega kiirgusintensiivsust määratakse, nimetatakse aktinomeetriks. Olenevalt lainepikkusest muutub infrapunakiirguse läbitungimisvõime. Suurima läbitungimisvõimega on lühilaineline infrapunakiirgus (0,76-1,4 mikronit), mis tungib inimese kudedesse mitme sentimeetri sügavusele. Pikalainelised infrapunakiired (9-420 mikronit) jäävad naha pinnakihtidesse.

Infrapunakiirguse allikad. Tootmistingimustes on soojuse tootmine võimalik:

* sulatus-, kütteahjud ja muud soojusseadmed;

*kuumutatud või sulametallide jahutamine;

*peamiste tehnoloogiliste seadmete ajamile kulunud mehaanilise energia üleminek soojuseks;

*elektrienergia üleminek soojusenergiaks jne.

Umbes 60% soojusenergiast jaotub keskkonnas infrapunakiirguse kaudu. Kiirgusenergia, mis läbib ruumi peaaegu kadudeta, muutub taas soojusenergiaks. Soojuskiirgus ei mõjuta otseselt ümbritsevat õhku, tungides sellesse vabalt. Tööstuslikud kiirgussoojuse allikad võib vastavalt kiirguse olemusele jagada nelja rühma:

* kiirgava pinna temperatuuriga kuni 500oC (ahjude välispind jms); nende spekter sisaldab infrapunakiiri lainepikkusega 1,9-3,7 mikronit;

* pinnatemperatuuriga 500 kuni 1300oC (lahtine leek, sulamalm jne); nende spekter sisaldab valdavalt infrapunakiiri lainepikkusega 1,9-3,7 mikronit;

* temperatuuriga 1300-1800oC (sulateras jne); nende spekter sisaldab nii kuni lühikesi infrapunakiiri, mille lainepikkus on 1,2–1,9 mikronit, kui ka suure heledusega nähtavaid;

* temperatuuriga üle 1800oC (elektrikaaarahjude, keevitusmasinate jms leek); nende emissioonispekter sisaldab koos infrapuna- ja nähtava ultraviolettkiirgusega.

Infrapunakiirguse uurimise ajaloost

Infrapunakiirgus või soojuskiirgus ei ole 20. ega 21. sajandi avastus. Infrapunakiirguse avastas 1800. aastal inglise astronoom. W. Herschel. Ta leidis, et "maksimaalne soojus" on nähtava kiirguse punasest värvist kaugemal. See uuring tähistas infrapunakiirguse uurimise algust. Paljud tuntud teadlased panevad oma pead selle suuna uurimisele. Need on sellised nimed nagu: Saksa füüsik Wilhelm Wien(Wieni seadus), saksa füüsik Max Planck(valem ja Plancki konstant), Šoti teadlane John Leslie(seade soojuskiirguse mõõtmiseks – Leslie kuubik), saksa füüsik Gustav Kirchhoff(Kirchhoffi kiirgusseadus), Austria füüsik ja matemaatik Joseph Stefan ja Austria füüsik Stefan Ludwig Boltzmann(Stefan-Boltzmanni seadus).

Soojuskiirguse alaste teadmiste kasutamine ja rakendamine tänapäevastes kütteseadmetes kerkis päevakorda alles 1950. aastatel. NSV Liidus töötati kiirguskütte teooria välja G. L. Polyaki, S. N. Shorini, M. I. Kissini ja A. A. Sanderi töödes. Alates 1956. aastast on NSV Liidus kirjutatud või tõlgitud palju selleteemalisi tehnilisi raamatuid vene keelde. Seoses energiaressursside maksumuse muutumisega ning võitlusega energiatõhususe ja energiasäästu eest on kaasaegsed infrapunasoojendid laialdaselt kasutusel kodu- ja tööstushoonete kütmisel.

Päikesekiirgus – loomulik infrapunakiirgus

Kõige kuulsam ja olulisem looduslik infrapunakütteseade on päike. Tegelikult on see loomulik ja kõige täiuslikum inimkonnale teadaolev küttemeetod. Päikesesüsteemis on Päike võimsaim soojuskiirguse allikas, mis määrab elu Maal. Järjekorras Päikese pinnatemperatuuril 6000K Maksimaalne kiirgus on kl 0,47 µm(vastab kollakasvalgele). Päike on meist paljude miljonite kilomeetrite kaugusel, kuid see ei takista tal energiat läbi kogu selle tohutu kosmose edastamast, praktiliselt seda (energiat) kulutamata, seda (ruumi) soojendamata. Põhjus on selles, et päikese infrapunakiirtel, mis liiguvad kosmoses pikki vahemaid, on energiakadu vähe või üldse mitte. Kui kiirte teel kohtate pinda, muutub nende energia neeldumisel soojuseks. See soojendab otse Maad, millele langevad päikesekiired, ja muid objekte, millele langevad ka päikesekiired. Ja juba maa ja muud Päikese poolt kuumutatud objektid eraldavad omakorda soojust meid ümbritsevale õhule, soojendades seda seeläbi.

Nii päikesekiirguse võimsus maapinna lähedal kui ka selle spektraalne koostis sõltuvad kõige olulisemalt Päikese kõrgusest horisondi kohal. Päikesespektri erinevad komponendid läbivad Maa atmosfääri erineval viisil.
Maapinna lähedal on päikesekiirguse spekter keerukama kujuga, mis on seotud neeldumisega atmosfääris. Eelkõige ei sisalda see elusorganismidele kahjulikku ultraviolettkiirguse kõrgsageduslikku osa. Maa atmosfääri välispiiril on Päikesest lähtuv kiirgusenergia voog 1370 W/m²; (päikesekonstant) ja maksimaalne kiirgus langeb λ = 470 nm(Sinine värv). Maapinnale jõudev voog on atmosfääris neeldumise tõttu palju väiksem. Kõige soodsamatel tingimustel (päike seniidis) ei ületa 1120 W/m²; (Moskvas, suvise pööripäeva ajal - 930 W/m²) ja emissiooni maksimum langeb λ = 555 nm(roheline-kollane), mis vastab silmade parimale tundlikkusele ja ainult veerand sellest kiirgusest langeb pikalainelise kiirguse piirkonda, sealhulgas sekundaarsele kiirgusele.

Päikese kiirgusenergia olemus on aga hoopis teistsugune kui ruumide kütmiseks kasutatavate infrapunasoojendite kiirgav kiirgusenergia. Päikesekiirguse energia koosneb elektromagnetlainetest, mille füüsikalised ja bioloogilised omadused erinevad oluliselt tavapärastest infrapunasoojenditest lähtuvate elektromagnetlainete omadustest, eelkõige puuduvad päikesekiirguse bakteritsiidsed ja terapeutilised (helioteraapia) omadused täielikult madalal. temperatuuri kiirgusallikad. Ja veel infrapuna kütteseadmed annavad sama termiline efekt, nagu Päike, olles kõigist võimalikest soojusallikatest kõige mugavam ja ökonoomsem.

Infrapunakiirte olemus

Väljapaistev saksa füüsik Max Planck, uurides soojuskiirgust (infrapunakiirgust), avastas selle aatomilise olemuse. soojuskiirgus- see on kehade või ainete poolt kiiratav elektromagnetkiirgus, mis tekib selle siseenergia tõttu, kuna keha või aine aatomid liiguvad kuumuse toimel kiiremini ja tahke materjali puhul võnkuvad kiiremini võrreldes tasakaaluseisundiga. Selle liikumise ajal aatomid põrkuvad ja kui nad põrkuvad, ergastatakse neid, millele järgneb elektromagnetlainete emissioon.
Kõik objektid kiirgavad ja neelavad pidevalt elektromagnetilist energiat.. See kiirgus on aine sees laetud elementaarosakeste pideva liikumise tagajärg. Klassikalise elektromagnetiteooria üks põhiseadusi ütleb, et kiirendusega liikuv laetud osake kiirgab energiat. Elektromagnetkiirgus (elektromagnetlained) on ruumis leviva elektromagnetvälja häire ehk ajas muutuv perioodiline elektromagnetiline signaal ruumis, mis koosneb elektri- ja magnetväljadest. See on soojuskiirgus. Soojuskiirgus sisaldab erineva lainepikkusega elektromagnetvälju. Kuna aatomid liiguvad igal temperatuuril, on kõik kehad mis tahes temperatuuril kõrgemad kui absoluutse nulli temperatuur. (-273 °C) kiirgama soojust. Soojuskiirguse elektromagnetlainete energia ehk kiirguse tugevus sõltub keha temperatuurist, selle aatomi- ja molekulaarstruktuurist, aga ka keha pinna seisundist. Soojuskiirgus esineb kõikidel lainepikkustel - lühemast pikimani, kuid arvesse võetakse ainult seda praktilise tähtsusega soojuskiirgust, mis jääb lainepikkuste vahemikku: λ = 0,38 - 1000 µm(elektromagnetilise spektri nähtavas ja infrapunases osas). Kuid mitte igal valgusel pole soojuskiirguse tunnuseid (näiteks luminestsents), seetõttu saab soojuskiirguse põhivahemikuks võtta ainult infrapunaspektri vahemikku. (λ = 0,78–1000 µm). Võite teha ka täienduse: lainepikkusega sektsioon λ = 100–1000 µm, kütte seisukohalt - pole huvitav.

Seega on soojuskiirgus üks elektromagnetilise kiirguse vorme, mis tekivad tänu keha siseenergiale ja millel on pidev spekter, st see on osa elektromagnetkiirgusest, mille energia neeldumisel tekitab termilise kiirguse. mõju. Soojuskiirgus on omane kõikidele kehadele.

Kõik kehad, mille temperatuur on kõrgem kui absoluutne null (-273°C), on isegi siis, kui nad nähtava valgusega ei helenda, infrapunakiirte allikaks ja kiirgavad pidevat infrapunaspektrit. See tähendab, et kiirguses on eranditult kõigi sagedustega laineid ja on täiesti mõttetu rääkida kiirgusest mis tahes konkreetsel lainel.

Infrapunakiirguse peamised tingimuslikud piirkonnad

Infrapunakiirguse jagunemisel koostisosadeks (piirkondadeks) ei ole siiani ühtset klassifikatsiooni. Sihtotstarbelises tehnilises kirjanduses on rohkem kui tosin skeemi infrapunapiirkonna jagamiseks komponentsektsioonideks ja need kõik erinevad üksteisest. Kuna kõik termilise elektromagnetilise kiirguse tüübid on oma olemuselt samad, on kiirguse klassifitseerimine lainepikkuse järgi, olenevalt nende tekitatavast efektist, vaid tingimuslik ja selle määravad peamiselt erinevused tuvastamistehnikas (kiirgusallika tüüp, kiirgusallika tüüp). mõõteseade, selle tundlikkus jne.) ja kiirguse mõõtmise tehnikas. Matemaatiliselt on valemeid (Planck, Wien, Lambert jne) kasutades samuti võimatu piirkondade täpseid piire määrata.
Lainepikkuse (kiirguse maksimumi) määramiseks on kaks erinevat valemit (temperatuuri ja sageduse osas), mis annavad erinevaid tulemusi, erinevusega umbes 1,8 korda (see on nn Wieni nihkeseadus) ja pluss kõik arvutused tehakse ABSOLUUTSELT MUSTA KEHA (idealiseeritud objekti) kohta, mida tegelikkuses ei eksisteeri. Looduses leiduvad tõelised kehad ei allu neile seadustele ja kalduvad neist ühel või teisel määral kõrvale. Reaalsete kehade kiirgus oleneb mitmetest keha spetsiifilistest omadustest (pinna seisund, mikrostruktuur, kihi paksus jne). See on ka põhjus, miks erinevates allikates näidatakse kiirguspiirkondade piiride täiesti erinevaid väärtusi. Kõik see viitab sellele, et temperatuuri kasutamine elektromagnetkiirguse kirjeldamiseks peab toimuma väga ettevaatlikult ja suurusjärgus. Veelkord rõhutan, jaotus on väga tinglik!!!

Toome näiteid infrapunapiirkonna tingimusliku jaotuse kohta (λ = 0,78–1000 µm) eraldi osadesse (teave on võetud ainult Venemaa ja välismaa teadlaste tehnilisest kirjandusest). Alloleval joonisel on näha, kui mitmekesine see jaotus on, nii et te ei tohiks olla seotud ühegi neist. Peate lihtsalt teadma, et infrapunakiirguse spektri saab tinglikult jagada mitmeks osaks, vahemikus 2 kuni 5. Nähtavas spektris lähemal asuvat piirkonda nimetatakse tavaliselt: lähedal, lähedal, lühilaine jne Piirkond, mis on mikrolainekiirgusele lähemal, on kaugel, kaugel, pikklaine jne. Vikipeedia andmetel näeb tavaline jaotusskeem välja järgmine: lähiala(Lähi-infrapuna, NIR), lühilaine piirkond(lühilainepikkusega infrapuna, SWIR), kesklaine piirkond(Kesklainepikkusega infrapuna, MWIR), Pikalaine piirkond(pika lainepikkusega infrapuna, LWIR), kauge piirkond(Kaug-infrapuna, FIR).

Infrapunakiirte omadused

infrapunakiired- see on elektromagnetkiirgus, millel on samasugune olemus kui nähtaval valgusel, seetõttu alluvad sellele optika seadused. Seetõttu tuleks soojuskiirguse protsessi paremaks ettekujutamiseks tuua analoogia valguskiirgusega, mida me kõik teame ja saame jälgida. Samas ei tohi unustada, et ainete optilised omadused (neeldumine, peegeldus, läbipaistvus, murdumine jne) spektri infrapunapiirkonnas erinevad oluliselt spektri nähtava osa optilistest omadustest. Infrapunakiirguse iseloomulik tunnus on see, et erinevalt teistest põhitüüpidest soojusülekandel puudub vajadus ülekandva vaheaine järele. Õhku ja eriti vaakumit peetakse infrapunakiirgusele läbipaistvaks, kuigi õhu puhul see täiesti tõsi ei ole. Kui infrapunakiirgus läbib atmosfääri (õhku), täheldatakse soojuskiirguse mõningast nõrgenemist. Selle põhjuseks on asjaolu, et kuiv ja puhas õhk on soojuskiirtele praktiliselt läbipaistev, kuid kui see sisaldab niiskust auru kujul, siis veemolekule (H2O), süsinikdioksiid (CO 2), osoon (umbes 3) ja muud tahked või vedelad heljuvad osakesed, mis peegeldavad ja neelavad infrapunakiiri, ei muutu see täielikult läbipaistvaks keskkonnaks ning selle tulemusena hajub infrapunakiirgusvoog erinevatesse suundadesse ja nõrgeneb. Tavaliselt on hajumine spektri infrapunapiirkonnas väiksem kui nähtaval. Kui aga spektri nähtavas piirkonnas hajumisest põhjustatud kaod on suured, on need olulised ka infrapunapiirkonnas. Hajunud kiirguse intensiivsus varieerub pöördvõrdeliselt lainepikkuse neljanda astmega. See on oluline ainult lühikese lainepikkusega infrapunapiirkonnas ja väheneb kiiresti spektri pikema lainepikkusega osas.

Õhus olevad lämmastiku ja hapniku molekulid ei neela infrapunakiirgust, vaid nõrgendavad seda ainult hajumise tulemusena. Ka heljuvad tolmuosakesed toovad kaasa infrapunakiirguse hajumise ning hajumise hulk sõltub infrapunakiirguse osakeste suuruse ja lainepikkuse suhtest, mida suuremad osakesed, seda suurem on hajumine.

Veeaur, süsinikdioksiid, osoon ja muud atmosfääris leiduvad lisandid neelavad valikuliselt infrapunakiirgust. Näiteks, veeaur neelab infrapunakiirgust väga tugevalt kogu spektri infrapunapiirkonnas, ja süsinikdioksiid neelab infrapunakiirgust keskmises infrapuna piirkonnas.

Mis puutub vedelikesse, siis need võivad olla läbipaistvad või infrapunakiirgusele läbipaistmatud. Näiteks mõne sentimeetri paksune veekiht on nähtavale kiirgusele läbipaistev ja infrapunakiirgusele läbipaistmatu lainepikkusega üle 1 mikroni.

Tahked ained(keha) omakorda enamikul juhtudel ei ole soojuskiirgusele läbipaistev, kuid on ka erandeid. Näiteks räniplaadid, mis on nähtavas piirkonnas läbipaistmatud, on infrapunapiirkonnas läbipaistvad, kvarts aga vastupidiselt valguskiirgusele, kuid läbipaistmatu soojuskiirtele lainepikkusega üle 4 mikroni. Sel põhjusel ei kasutata infrapunasoojendites kvartsklaase. Tavaline klaas, erinevalt kvartsist, on infrapunakiirtele osaliselt läbipaistev, samuti suudab see teatud spektrivahemikes neelata olulise osa infrapunakiirgusest, kuid ei edasta ultraviolettkiirgust. Kivisool on läbipaistev ka soojuskiirgusele. Metallidel on infrapunakiirguse peegeldusvõime palju suurem kui nähtava valguse puhul, mis suureneb infrapunakiirguse lainepikkuse suurenedes. Näiteks alumiiniumi, kulla, hõbeda ja vase peegeldusvõime lainepikkusel umbes 10 µm ulatub 98% , mis on palju suurem kui nähtava spektri puhul, kasutatakse seda omadust laialdaselt infrapunakütteseadmete projekteerimisel.

Siin piisab, kui tuua näitena kasvuhoonete klaasitud raamid: klaas laseb praktiliselt läbi suurema osa päikesekiirgusest ja seevastu kuumenenud maa kiirgab suure lainepikkusega laineid (suurusjärgus). 10 µm), mille suhtes klaas käitub läbipaistmatu kehana. Tänu sellele säilib kasvuhoonete sisetemperatuur pikka aega, välisõhu temperatuurist palju kõrgem ka pärast päikesekiirguse lakkamist.

Kiirgussoojusülekanne mängib inimese elus olulist rolli. Inimene annab keskkonda füsioloogilise protsessi käigus tekkiva soojuse, peamiselt kiirgussoojusülekande ja konvektsiooni kaudu. Kiirgusküttega (infrapuna) kütmisel väheneb inimkeha soojusvahetuse kiirguskomponent kõrgema temperatuuri tõttu, mis tekib nii küttekeha pinnal kui ka mõne sisemise kattekihi pinnal, pakkudes seega sama soojustunne, konvektiivsed soojuskaod võivad olla suuremad, need. toatemperatuur võib olla madalam. Seega on kiirgussoojusülekandel inimese soojusmugavustunde kujundamisel määrav roll.

Kui inimene on infrapunasoojendi toimepiirkonnas, tungivad infrapunakiired läbi naha inimkehasse, samal ajal kui erinevad nahakihid peegeldavad ja neelavad neid kiiri erineval viisil.

Infrapuna pikalaineline kiirgus kiirte läbitungimine on palju väiksem võrreldes lühilaine kiirgus. Naha kudedes sisalduva niiskuse neeldumisvõime on väga kõrge ning nahk neelab üle 90% kehapinda tabavast kiirgusest. Soojust tajuvad närviretseptorid asuvad naha välimises kihis. Neeldunud infrapunakiired erutavad neid retseptoreid, mis tekitab inimeses soojustunde.

Infrapunakiirtel on nii kohalik kui ka üldine mõju. lühilaineline infrapunakiirgus, erinevalt pikalainelisest infrapunakiirgusest, võib kiirituskohas põhjustada nahapunetust, mis levib refleksiivselt 2-3 cm ümber kiiritatud ala. Põhjus on selles, et kapillaarsooned laienevad, vereringe suureneb. Peagi võib kiirituskohta tekkida vill, mis hiljem muutub kärnaks. Sama löömisel lühilaine infrapuna nägemisorganitele sattunud kiired võivad põhjustada katarakti.

Eespool on loetletud kokkupuute võimalikud tagajärjed lühilaine infrapuna kütteseade, ei tohiks segi ajada mõjuga pikalaine IR kütteseade. Nagu juba mainitud, neelduvad pikalainelised infrapunakiired nahakihi ülaosas ja tekitavad vaid lihtsa termilise efekti.

Kiirguskütte kasutamine ei tohiks ohustada inimest ega tekitada ruumis ebamugavat mikrokliimat.

Kiirgusküttega saate pakkuda mugavaid tingimusi madalamal temperatuuril. Kiirguskütte kasutamisel on ruumi õhk puhtam, kuna õhuvoolude kiirus on väiksem, vähendades seeläbi tolmusaastet. Samuti ei toimu selle kuumutamise korral tolmu lagunemist, kuna pikalaineküttekeha kiirgusplaadi temperatuur ei saavuta kunagi tolmu lagunemiseks vajalikku temperatuuri.

Mida külmem on soojuskiirgur, seda kahjutum see inimorganismile on, seda kauem saab inimene küttekeha levialas viibida.

Inimese pikaajaline viibimine KÕRGETEMPERATUURSE soojusallika (üle 300°C) läheduses on inimese tervisele kahjulik.

Infrapunakiirguse mõju inimeste tervisele.

Inimkeha, nagu see kiirgab infrapunakiired ja neelab need. IR-kiired tungivad inimkehasse läbi naha, samas kui erinevad nahakihid peegeldavad ja neelavad neid kiiri erineval viisil. Pikalaineline kiirgus tungib inimkehasse palju vähem võrreldes lühilaine kiirgus. Naha kudedes olev niiskus neelab üle 90% kehapinda tabavast kiirgusest. Soojust tajuvad närviretseptorid asuvad naha välimises kihis. Neeldunud infrapunakiired erutavad neid retseptoreid, mis tekitab inimeses soojustunde. Lühilaineline infrapunakiirgus tungib kehasse kõige sügavamale, põhjustades selle maksimaalse kuumenemise. Selle mõju tulemusena suureneb keharakkude potentsiaalne energia ja sidumata vesi lahkub neist, suureneb spetsiifiliste rakustruktuuride aktiivsus, suureneb immunoglobuliinide tase, suureneb ensüümide ja östrogeenide aktiivsus ning muud biokeemilised tekivad reaktsioonid. See kehtib igat tüüpi keharakkude ja vere kohta. Kuid inimkeha pikaajaline kokkupuude lühilainelise infrapunakiirgusega on ebasoovitav. Just sellel kinnistul kuumtöötluse efekt, mis on laialdaselt kasutusel meie ja välismaa kliinikute füsioteraapiakabinettides ja teadmiseks, protseduuride kestus on piiratud. Kuid andmed piirangud ei kehti pikalaineliste infrapuna kütteseadmete kohta. Oluline omadus infrapunakiirgus on kiirguse lainepikkus (sagedus). Kaasaegsed uuringud biotehnoloogia vallas on näidanud, et see on nii kaug-infrapunakiirgus on erakordse tähtsusega kõigi eluvormide arengus Maal. Sel põhjusel nimetatakse seda ka biogeneetilisteks kiirteks või elukiirteks. Meie keha ise kiirgab pikad infrapunalained, kuid see ise vajab ka pidevat täiendamist pikalaineline kuumus. Kui see kiirgus hakkab vähenema või puudub sellega pidev inimkeha varustamine, siis ründavad organismi erinevad haigused, inimene vananeb kiiresti üldise enesetunde halvenemise taustal. edasi infrapunakiirgus normaliseerib ainevahetusprotsessi ja kõrvaldab haiguse põhjuse, mitte ainult selle sümptomid.

Sellise kütmise korral ei valuta pea lae all ülekuumenenud õhust tingitud ummistus, nagu töö ajal konvektiivne küte, - kui soovite pidevalt akent avada ja värsket õhku sisse lasta (soojendatud õhku vabastades).

Infrapunakiirgusega kokkupuutel intensiivsusega 70-100 W / m2 suureneb biokeemiliste protsesside aktiivsus kehas, mis toob kaasa inimese üldise seisundi paranemise. Siiski on reeglid ja neid tuleb järgida. Olemas on standardid olme- ja tööstusruumide ohutuks kütmiseks, meditsiiniliste ja kosmeetiliste protseduuride kestuseks, töötamiseks HOT kauplustes jne. Ärge unustage seda. Infrapuna küttekehade õige kasutamise korral ei avalda see kehale MITTE MITTE negatiivset mõju.

Infrapunakiirgus, infrapunakiired, infrapunakiirte omadused, infrapunasoojendite emissioonispekter

INFRAPUNAKIIRGUS, INFRAPUNAKIIRTUS, INFRAPUNAKIIRE OMADUSED, INFRAPUNAKÜTTIDE KIIRGUSSPEKTR Kaliningrad

SOOJENDITE OMADUSED SOOJENDITE KIIRGUSSPEKTR LAINE PIKKUS PIKALAINE KESKMISE LÜHILINE HELE TUMEHALL KAHJUSTAB TERVIST INIMESE Kaliningrad