На харчові продукти можна впливати кількома видами електрофізичної дії. Сюди відноситься електричний струм, електричний імпульс, надвисока частота, ультрафіолет та деякі інші, серед яких інфрачервоне випромінювання.

За допомогою впливу на продукти інфрачервоним випромінюванням можна проводити такі технологічні процеси: нагрівання, обсмажування, випікання, сушіння та інші. При дії на матеріал, а точніше, його потік перетворюється на тепло. На здатність продуктів до поглинання інфрачервоного випромінювання впливають два фактори - це довжина хвилі, що впливає на продукт та оптичні властивості самого продукту. Довжина хвилі може мати значення від 0,76 до 750 мкм. Залежно від довжини хвилі є три групи діапазонів її випромінювання.

1) Короткохвильовий. Довжина хвилі становить від 0,76 до 2,5 мкм.
2) Середньохвильовий. Довжина хвилі становить від 2,5 до 25 мкм.
3) Довгохвильовий. Довжина хвилі становить від 25 до 750 мкм.

Існує також ряд коефіцієнтів, що характеризують процес взаємодії речовини з енергією, що впливає на нього. Це коефіцієнт відображення, коефіцієнт поглинання та пропускання. При вплив на харчові продукти тепловою обробкою їх поверхня змінює свою структуру, колір тощо, тобто залишається постійною.

Джерела інфрачервоного випромінювання поділяються на світлі та темні, залежно від того, яку довжину хвилі вони випромінюють. Світлі випромінювачі мають у своєму спектрі область видимого світла. Кордоном між темними та світлими випромінювачами є довжина хвилі, що дорівнює 3 мкм і більше.

До світлих джерел інфрачервоного випромінювання відносяться такі види випромінювачів: електричні та газові.

Основним елементом електричних випромінювачів є дріт, що складається з ніхрому або вольфраму. Найчастіше її виготовляють як спіралі.

Розглянемо деякі види електричних випромінювачів докладніше.

Дзеркальна лампа є колбою зі скла, в центр її поміщають вольфрамову нитку. Потужність такої лампи може становити 250-500 Вт, спектр випромінювання лежить в діапазоні від 0.8 до 6мкм. Вони здатні виробляти прогрів продуктів до 240 С. Установку виробляють на 15 см від поверхні продуктів. Цей вид електричних випромінювачів досить крихкий.

Трубчаста кварцова лампа має усередині вольфрамову спіраль, висновок у неї молібденовий. Потужність складає 920 – 1000 Вт. Максимальна довжина хвилі – 1 мкм. Для того щоб якнайбільше зменшити процес випаровування вольфраму на внутрішню поверхню трубки, в неї закачують інертний газ. Ці лампи безінерційні.

Відкриті та закриті. Їхнім основним елементом є ніхромова спіраль. Довжина хвилі становить 2.4 мкм та 2.5 мкм відповідно.

Застосування кварцових скляних трубок як ІЧ-випромінювачів у харчовій промисловості запитано гігієнічними вимогами, т.к. їх можна легко розбити у процесі експлуатації обладнання.

Також до електричних інфрачервоних випромінювачів належать і ТЕНи. Випромінювана довжина хвилі становить 2.5 мкм.

Газові інфрачервоні випромінювачі, як відомо з їхньої назви, працюють на газі, це може бути як природний, так і зріджений газ.

Те, яке інфрачервоне джерело потрібно для обробки того чи іншого продукту, залежатиме від: спектральних характеристик самого продукту, наскільки інтенсивно буде підводитися тепло і від коефіцієнта корисної дії апарату.

У 1666 році Ісаак Ньютон виконав знаменитий експеримент, який суперечить практично всім теоріям кольору, що існували на той час. Він відкрив дисперсію сонячного світла під час проходження через трикутну призму. Виявилося, що білий, позбавлений колірного забарвлення промінь, переломившись, стає різнобарвним як веселка. Сьогодні навіть діти знають чарівну фразу, яка допомагає запам'ятати порядок семи основних кольорів веселки – від червоного до фіолетового: «Кожен мисливець бажає знати, де сидить фазан».

Але знадобилися ще понад сто років, перш ніж у 1800 році англійським фізиком Вільямом Гершелем були відкриті інфрачервоні (ІЧ) промені. Причина проста - інфрачервоні промені невидимі людським оком і виявляються лише побічно, наприклад, збільшують показання термометра.

ІЧ-випромінювання є електромагнітними хвилями довжиною від 770 нм до 1мм. ІЧ-випромінювання підпорядковується законам оптики і, отже, має таку ж природу, як і видиме світло. У 1923 р. радянський фізик А. А. Глаголєва-Аркадьєва отримала радіохвилі з довжиною хвилі від 50 мм до 82 мкм, що лежать у проміжку між радіохвилями та ІЧ-випромінюванням. Таким чином, експериментально доведено, що видиме світло, ІЧ-випромінювання та радіохвильове мають загальну електромагнітну природу.

ІЧ-випромінювання неозброєним оком не видно. Людина відчуває ІЧ-випромінювання як тепло. Тому всі нагріті тіла є джерелами інфрачервоного випромінювання. Оскільки сама людина є нагрітим тілом, він теж випромінює ІЧ-промені, що знижує його чутливість до зовнішнього ІЧ-випромінювання. Тому необхідні роботи зі створення та пристроїв, що мають підвищену чутливість і дозволяють «побачити» або «почути» ІЧ-випромінювання, що виходить від дуже слабко нагрітих або віддалених від нас тіл.

Актуальність дослідницької роботи полягає в тому, що у всіх дітей виникає проблема, коли треба зрозуміти щось нове, невидиме і майже невловиме. А грати всім дітям подобається, тому ми вирішили перетворити нудне на цікаве та захоплююче.

Об'єктом дослідження у цій роботі є джерела ІЧ-випромінювання.

Предметом дослідження є властивості ІЧ-випромінювання, які дозволяють зробити його відчутним, видимим чи чутним, і цим викликати інтерес і захопити слухачів.

Мета дослідницької роботи - виявити властивості ІЧ-випромінювання, які дозволяють використовувати його в техніці та побуті.

1. Вивчити джерела ІЧ-випромінювання,

2. З'ясувати їх вплив на людину,

3. Розглянути приклади використання у техніці та побуті.

Якщо існують доступні нам джерела ІЧ-випромінювання, якщо воно впливає на людину, якщо її використовують у техніці та в побуті, то можливо розробити ігри та захоплюючі демонстрації, що дозволяють викликати інтерес до вивчення цього дивовижного явища природи.

Методи дослідження: бібліографічний аналіз літератури та матеріалів мережі Internet; спостереження та фотографування; проведення експериментів; синтез ігор та демонстрацій.

Структура роботи обумовлена ​​предметом, метою та завданнями дослідження. Робота складається з вступу, п'яти розділів та висновків.

Введення дає оцінку сучасного стану розв'язуваної задачі, розкриває актуальність, визначає об'єкт, предмет, мету, завдання та методи дослідження.

У першому розділі розглядаються різні джерела ІЧ-випромінювання. У другому розділі розглядається вплив ІЧ-випромінювання на людину. У третьому розділі наведено приклади використання ІЧ-випромінювання у техніці та побуті. Четвертий розділ присвячений розробці гри «Знайди Червону Шапочку», яка дозволяє глядачам зрозуміти, як можна побачити невидиме. У п'ятому розділі синтезовано пристрій, який демонструє слухачам як можна почути невидиме ІЧ-випромінювання та дозволяє їм на слух відчути, що таке чиста та брудна рідина і навіщо необхідно ретельно мити руки.

У висновку підбиваються підсумки дослідження, формулюються остаточні висновки по темі, зазначені напрями подальших досліджень і надано пропозиції щодо практичного використання отриманих результатів.

Джерела інфрачервоного випромінювання

Потужним джерелом ІЧ-випромінювання є Сонце, близько половини випромінювання якого лежить в інфрачервоній ділянці. Значна частка (від 70 до 80%) енергії випромінювання ламп розжарювання з вольфрамовою ниткою посідає ІЧ-випромінювання. Тому при фотографуванні в темряві та деяких приладах нічного спостереження лампи для підсвічування забезпечуються інфрачервоним світлофільтром, який пропускає тільки інфрачервоне випромінювання.

Штучним джерелом ІЧ-випромінювання є:

Вугільна електрична дуга з температурою близько 3900 К, випромінювання якої близько до випромінювання чорного тіла;

Різні газорозрядні лампи (імпульсні та безперервного горіння);

Спірали з ніхромового дроту, що нагріваються до температури ~ 950 К. Їх застосовують для радіаційного обігріву приміщень. Для кращої концентрації інфрачервоного випромінювання такі нагрівники забезпечуються рефлекторами. У наукових дослідженнях, наприклад, при отриманні спектрів інфрачервоного поглинання в різних сферах спектра застосовують спеціальні джерела ІЧ-випромінювання:

Стрічкові вольфрамові лампи;

Штифт Нернста, який є тонким стрижнем з різних металевих оксидів, що розжарюється за допомогою електричного струму. До складу стрижня входять окисли, що мають значне виборче ІЧ-випромінювання, наприклад окису церію, торію, цирконію та ін. Для нього характерні: стабільність роботи, відсутність продуктів згоряння, здатних псувати апаратуру, простота використання та інтенсивне випромінювання з довжинами хвиль до 15 мкм;

Глобар - стрижень з карбіду кремнію діаметром 5 мм і довжиною близько 40 м, що нагрівається електричним струмом, що пропускається через нього, до температури порядку 1400°C. Робочий діапазон випромінювання від 08 до 25 мкм;

Ртутні лампи високого тиску;

Напівпровідникові ІЧ-діоди;

Оптичні квантові генератори - лазери, випромінювання деяких лежить в інфрачервоній області спектру; наприклад, випромінювання лазера на неодимовому склі має довжину хвилі 1,06 мкм, лазера на суміші неону та гелію - 1,15 мкм та 3,39 мкм, лазера на вуглекислому газі - 10,6 мкм, напівпровідникового лазера на InSb - 5 мкм та ін.

Приймачі ІЧ-випромінювання засновані на перетворенні енергії ІЧ-випромінювання на інші види енергії, які можуть бути виміряні звичайними методами. Існують теплові та фотоелектричні приймачі інфрачервоного випромінювання. У перших поглинене ІЧ-випромінювання викликає підвищення температури термочутливого елемента приймача, яке реєструється. У фотоелектричних приймачах поглинене ІЧ-випромінювання призводить до появи або зміни електричного струму або напруги. Фотоелектричні приймачі, на відміну теплових, є селективними приймачами, т. е. чутливими лише певної області спектра. Спеціальні фотоплівки та платівки - інфрапластинки - також чутливі до ІЧ-випромінювання (довжиною хвилі до 1,2 мкм), і тому в ІЧ-випромінюванні можуть бути отримані фотографії. Певну чутливість до ІЧ-випромінювання мають прилади із зарядовим зв'язком (ПЗЗ), які є одним із основних елементів усіх цифрових фотоапаратів. За допомогою мобільного телефону з такою цифровою камерою неважко зареєструвати випромінювання ІЧ-діода пульта дистанційного керування телевізора (ПДК) та відображення цього випромінювання від дзеркал.

Якщо використовувати ІЧ-світлофільтр, то можна за допомогою фотокамери спостерігати ІЧ-випромінювання сильно нагрітих тіл, наприклад Сонця, спіралі лампи розжарювання.

За допомогою ІЧ-телескопа можна побачити галактики, приховані від нас хмарами пилу. Ось як, наприклад, виглядає Туманність Андромеди в ІЧ-променях. Речовини по-різному пропускають видиме та ІЧ-випромінювання, наприклад, йод видиме світло сильно послаблює, а в ІЧ-діапазоні він практично прозорий.

Сприйняття інфрачервоного випромінювання людиною

ІЧ-випромінювання це природний вид випромінювання на Землі. Людина постійно піддається дії ІЧ-променів, це її нормальний стан. Більшість Сонячної енергії надходить Землю як ІЧ-випромінювання. Сонце, що у зеніті, забезпечує освітленість лише на рівні моря трохи більше 1 кВт/м2. При цьому 523 Вт посідає ІЧ-випромінювання, 445 Вт. - на видиме світло, 32 Вт - на ультрафіолетове випромінювання. Крім того, всі інші тіла, що складаються із заряджених частинок, які здійснюють постійні хаотичні коливання, також є випромінювачами ІЧ-променів у діапазоні хвиль від 770 нм до 2 мм.

Довжина хвилі теплового випромінювання самої людини складає 9,6 мкм. Організм людини виробляє в середньому 100 ккал/год тепла. Ця кількість збільшується зі збільшенням обміну речовин, наприклад при м'язовій роботі. Скільки тепла виробляє організм, стільки ж він повинен і віддати у довкілля. Якщо він віддає більше, ніж виробляє, виникає небезпека замерзання, якщо він віддає занадто мало, то настає тепловий удар.

Вплив ІЧ-випромінювання на людину було вивчено японським лікарем Тадаші Ішикава у 60-х роках минулого сторіччя. Він встановив, що ІЧ-промені можуть проникати в тіло людини на велику глибину, викликаючи аналогічний ефект, який отримує людина в парилці. Але в цьому випадку потовиділення шкіри починається вже при температурі навколишнього повітря близько 50 ° С і внутрішні органи прогріваються значно глибше, ніж у лазні. Інфрачервоні хвилі, проникаючи вглиб тіла людини, прогрівають усі його органи та посилюють кровообіг. Фізична терморегуляція перебудовується збільшення тепловіддачі, в той же час хімічна терморегуляція призводить до зменшення теплопродукції. Що веде до розширення судин шкіри, підшкірної клітковини та органів дихання, які у свою чергу покращують харчування м'язів і різко підвищують постачання тканин киснем. Результатом цих робіт стало створення інфрачервоних кабін, в якому основним елементом обігріву були довгохвильові інфрачервоні обігрівачі.

Тривалі дослідження вчених з впливу ІЧ-випромінювання на людину показали, що інфрачервоне тепло позитивно впливає на його здоров'я. При цьому поглинене тілом випромінювання зігріває людину, перетворюючись на тепло, а надлишки тепла віддаються прохолодному повітрі, діючи освіжаюче нею. Але не слід забувати і про те, що тривале перебування під інтенсивним інфрачервоним випромінюванням може спровокувати тепловий удар, а вплив дуже сильного інфрачервоного випромінювання викликає відчуття болю і призводить до опіку.

У нормальних (природних) умовах людина бачить ІЧ-випромінювання. Але взаємодія людини із штучними квантовими джерелами ІЧ-випромінювання (лазерами) дозволило зробити несподіване відкриття. За певних умов людське око може бачити ІЧ-випромінювання.

Відкриття було зроблено випадково в ході експерименту, що стосується іншого дослідження. Вчені з Університету Вашингтона в Сент-Луїсі помітили, що періодично бачать спалахи зеленого світла при використанні ІЧ-лазера, що дуже їх здивувало.

Потім дослідники влаштували серію тестів. Спочатку – із добровольцями, яким демонстрували спалахи ІЧ-лазера. З'ясувалося, що людина дійсно, якщо спалах досить короткий, здатний регулярно помічати його.

Потім вчені опромінювали інфрачервоним випромінюванням клітини сітківки мишей (вони теж не можуть його бачити), а також провели моделювання впливу ІЧ-випромінювання на родопсин – основний світлочутливий білок у сітківці ока.

Виявилося, що родопсин може сприймати випромінювання в ближньому ІЧ діапазоні завдяки квантовому ефекту, відомому як двофотонне поглинання.

Коли інтенсивність лазерного випромінювання, тобто кількість фотонів, які лазер випромінює за одиницю часу, стає достатньою, то родопсин може поглинути одночасно два фотони. Наприклад, якщо білок поглине два фотони з довжиною хвилі 1000 нм, то око сприйме їх як єдиний фотон з довжиною хвилі 500 нм, яка відповідає зеленому кольору для людського ока.

Відкриття, вважають вчені, не лише поглиблює сучасні уявлення про людський зір, а й може призвести до вдосконалення методики діагностики захворювань очей.

Приклади використання інфрачервоного випромінювання в техніці та в побуті

ІЧ-випромінювання знаходить широке застосування у наукових дослідженнях, при вирішенні великої кількості практичних технічних завдань, у військовій справі, у побуті людини.

Дослідження спектрів випромінювання та поглинання в інфрачервоній області використовується щодо структури електронної оболонки атомів, для визначення структури молекул, а також для якісного і кількісного аналізу сумішей речовин складного молекулярного складу, наприклад моторного палива. Завдяки відмінності коефіцієнтів розсіювання, відображення та пропускання тіл у видимому та ІЧ-випромінюванні, фотографія, отримана в ІЧ-випромінюванні (термографія), має ряд особливостей порівняно із звичайною фотографією. Наприклад, на інфрачервоних знімках часто видно деталі, невидимі на звичайній фотографії.

Інфрачервоні знімки широко використовуються в астрономії, поряд з іншими типами електромагнітних хвиль.

У промисловості ІЧ-випромінювання застосовується для сушіння та нагріву матеріалів та виробів при їх опроміненні, для дезінфекції, а також для виявлення прихованих дефектів виробів.

У медицині ІЧ-промені застосовують для лікування та профілактики багатьох різнотипних захворювань.

На основі фотокатодів, чутливих до ІЧ-випромінювання (для довжини хвилі менше 1,3 мкм), створені спеціальні прилади - електроннооптичні перетворювачі, в яких невидиме оком інфрачервоне зображення об'єкта на фотокатоді перетворюється на видиме. На цьому принципі побудовані різні прилади нічного бачення (біноклі, приціли та ін), що дозволяють при опроміненні об'єктів, що спостерігаються, ІЧ-випромінюванням від спеціальних джерел, наприклад, від ІЧ-діодів вести спостереження або прицілювання в повній темряві.

Створення високочутливих приймачів ІЧ-випромінювання дозволило побудувати спеціальні прилади - теплопеленгатори для виявлення та пеленгації об'єктів, температура яких вища за температуру навколишнього фону (нагріті труби кораблів, двигуни літаків, вихлопні труби танків та ін.), за їх власним тепловим ІЧ-випромінювання.

На принципі використання теплового випромінювання мети створено також системи самонаведення на ціль снарядів та ракет. Спеціальна оптична система і приймач ІЧ-випромінювання, розташовані в головній частині ракети, приймають ІЧ-випромінювання від мети, температура якої вища за температуру навколишнього середовища (наприклад, власне ІЧ-випромінювання літаків, кораблів, заводів, теплових електростанцій), а автоматичний слідкує пристрій, пов'язане з кермами, направляє ракету точно в ціль.

Інфрачервоні локатори та далекоміри дозволяють виявляти в темряві будь-які об'єкти та вимірювати відстані до них.

Оптичні квантові генератори, що випромінюють в інфрачервоній області, використовуються також для наземного та космічного зв'язку.

У побуті люди використовують побутові обігрівачі. На відміну від конвекторів такі пристрої за допомогою променистої енергії нагрівають всі об'єкти приміщення. А вже далі, предмети інтер'єру віддають тепло навколишньому повітрі.

Також широко використовується передача даних та дистанційне керування. Наприклад, всі пульти від телевізорів, музичних центрів, кондиціонерів, керованих іграшок використовують інфрачервоні промені.

Гра «знайди червону шапочку»

Для гри необхідно підготувати наступний реквізит:

Три однакові в'язані шапочки з помпончиками;

В одну з шапочок непомітно для оточуючих закріплюється ІЧ-діод, схема управління та мініатюрна батарейка, а внутрішня поверхня шапочки обтягується червоним бархатистим матеріалом.

Правила гри:

Ведучий викликає на сцену трьох дівчаток та одного дорослого. Дорослий одягає дівчаткам шапочки так, щоб ні оточуючі, ні самі дівчатка не знали, кому дісталася червона шапочка.

Дівчатка у шапочках вишиковуються обличчям до глядачів.

Ведучий пропонує глядачам вгадати, хто з трьох дівчаток – Червона Шапочка, а сам вирушає зробити фотографію всіх трьох дівчаток.

Глядачі починають навмання називати ім'я то однієї, то іншої дівчинки. Ведучий припиняє суперечку глядачів та каже: «А я знаю хто з дівчаток Червона Шапочка! Це – (називає Ім'я)!».

Ведучий пропонує дівчаткам зняти шапочки, вивернути їх навиворіт і знову вдягнути.

Всі глядачі бачать, що ведучий мав рацію.

Якщо в залі є монітор або відеопроектор, то ведучий демонструє глядачам фотографію дівчаток, яку він зробив за допомогою камери смартфона. На знімку чітко видно свічення ІЧ-діода на шапочці названої ним на ім'я дівчинки і глядачі розуміють, як він «вгадав Червону Шапочку».

Почути невидиме

Мій дід, Малигін Микола Олександрович, показав мені один із своїх приладів, які він розробляв. Цей пристрій називається «Аналізатор забруднення рідин», скорочено АЗЖ. В даний час ці прилади використовуються при виробництві та запуску наших ракет і космічних кораблів, літаків, наших електростанціях і т.д.

У приладі АЗЖ використовується інфрачервоне випромінювання виявлення і підрахунку дрібних, невидимих ​​оком частинок забруднень, що у рідинах. Виявляється, що ці частинки, якщо їх багато, можуть зіпсувати механізми ракети чи літаки, і станеться аварія чи катастрофа, а на електростанціях можуть згоріти трансформатори та цілі міста залишаться без світла. Прилад АЗЖ дозволяє це виявити, вчасно усунути причину забруднення та замінити брудну рідину.

Пристрій та принцип дії аналізатора забруднень рідини

Фотоелектричний аналізатор забруднення рідин АЗЖ-975 працює за принципом вимірювання інфрачервоних потоків, розсіяних частинками забруднень. Аналізована рідина прокачується вимірювальним каналом малого діаметра, з одного боку якого встановлений ІЧ-випромінювач з оптичною системою, а з іншого - фотоприймач з оптичною системою. Оскільки напрямок потоку рідини перпендикулярно до оптичної осі вимірювальної системи «випромінювач-фотоприймач», то в місці їх перетину утворюється вимірювальний обсяг. За наявності оптичної неоднорідності у вимірювальному обсязі (наприклад, механічних домішок) відбувається розсіювання випромінювання у всіх напрямках. Вимірюючи за допомогою фотоприймача інтенсивність розсіяного випромінювання, можна отримати інформацію про параметри забруднень.

Аналізатор забруднень рідини складається з фотоелектричного датчика та блоку електроніки (БЕ).

Дослідження чистоти питної води за допомогою аналізатора забруднень рідини

Ми спробували застосувати пристрій АЗЖ для визначення забруднень у питній воді. На кухні у нас два крани - з одного ми миємо посуд, а з іншого через фільтр наливаємо воду в чайник і в каструлі для приготування їжі.

Ми взяли проби води з кожного крана, почекали трохи, поки з води не вийшли бульбашки повітря. На вигляд обидві проби були прозорі, вода здавалася дуже чистою.

Ми пропустили проби через датчик приладу. На екрані з'явилися різні цифри, в яких мені було важко відразу розібратися.

Так як мені дуже подобається слухати музику і самому співати пісні, я запитав у діда, чи не можна зробити так, щоб прилад озвучив якось чистоту рідини. Ідея сподобалася, і ми разом придумали, як підключити прилад до підсилювача та звукових стовпчиків, які стояли у нас вдома.

Знову взяли проби води із двох кранів та по черзі пропустили їх через датчик. При контролі фільтрованої води звук у колонках був тихий, а під час контролю води зі звичайного крана пролунав дуже гучний звук схожий на тріск. Так ми змогли почути невидимі оком частинки забруднень, яких у воді після фільтру було значно менше!

Під час експериментів виявилося значне збільшення гучності звуку під час занурення у пробу води пальців рук. Це «звучить» бруд, що змивається водою з поверхні шкіри, що демонструє ефективність миття рук.

Зараз ми продумуємо інші досліди з контролю чистоти мінеральної води із пластикового та скляного посуду, порівнюємо ефективність різних миючих засобів та плануємо зробити невеликий прилад для побутового застосування зі звуковою та світловою індикацією.

Висновок

У роботі розглянуті джерела інфрачервоного випромінювання, їх властивості, вплив на людину та застосування їх у техніці та побуті людини.

Розроблено гру (із застосуванням інфрачервоного діода) «Знайди Червону Шапочку», в якій демонструється можливість виявити невидиме оком джерело ІЧ-випромінювання.

Запропоновано спосіб почути сигнали від джерела ІЧ-випромінювання, повз яке проходять частинки забруднень, що знаходяться у воді. Вдалося у доступній формі, «на слух» продемонструвати ефективність очищення фільтром питної води з домашнього водопроводу, а також послухати як «звучить» бруд, що змивається водою з поверхні шкіри рук.

У подальших дослідженнях пропонується провести контроль чистоти мінеральної води із пластикового та скляного посуду, порівняти ефективність різних миючих засобів, а також розробити та виготовити макет невеликого пристрою для побутового застосування зі звуковою та світловою індикацією.

Бібліографічне посилання

Інфрачервоне випромінювання- електромагнітне випромінювання , що займає спектральну область між червоним кінцем видимого світла (з довжиною хвилі λ = 0,74 мкм) та мікрохвильовим випромінюванням (λ ~ 1-2 мм).

Оптичні властивості речовин в інфрачервоному випромінюванні значно відрізняються від їх властивостей у видимому випромінюванні. Наприклад, шар води кілька сантиметрів непрозорий для інфрачервоного випромінювання з λ = 1 мкм. Інфрачервоне випромінювання становить більшу частину випромінювання ламп розжарювання, газорозрядних ламп, близько 50% випромінювання Сонця; інфрачервоне випромінювання випромінюють деякі лазери. Для його реєстрації користуються тепловими та фотоелектричними приймачами, а також спеціальними фотоматеріалами.

Зараз весь діапазон інфрачервоного випромінювання ділять на три складові:

• короткохвильова область: λ = 0,74-2,5 мкм;
• середньохвильова область: λ = 2,5-50 мкм;
• довгохвильова область: λ = 50-2000 мкм;

Останнім часом довгохвильову околицю цього діапазону виділяють в окремий, незалежний діапазон електромагнітних хвиль терагерцеве випромінювання(Субміліметрове випромінювання).

Інфрачервоне випромінювання також називають «тепловим» випромінюванням, оскільки інфрачервоне випромінювання від нагрітих предметів сприймається шкірою як відчуття тепла. При цьому довжини хвиль, що випромінюються тілом, залежать від температури нагрівання: чим вища температура, тим коротша довжина хвилі і вища інтенсивність випромінювання. Спектр випромінювання абсолютно чорного тіла за відносно невисоких (до кількох тисяч Кельвінів) температур лежить в основному саме в цьому діапазоні. Інфрачервоне випромінювання випромінюють збуджені атоми чи іони.

Історія відкриття та загальна характеристика

Інфрачервоне випромінювання було відкрито 1800 року англійським астрономом У. Гершелем. Займаючись дослідженням Сонця, Гершель шукав спосіб зменшення нагріву інструменту, з допомогою якого велися спостереження. Визначаючи за допомогою термометрів дії різних ділянок видимого спектру, Гершель виявив, що "максимум тепла" лежить за насиченим червоним кольором і, можливо, за видимим заломленням. Це дослідження започаткувало вивчення інфрачервоного випромінювання.

Раніше лабораторними джерелами інфрачервоного випромінювання служили виключно розпечені тіла чи електричні розряди у газах. Зараз на основі твердотільних та молекулярних газових лазерів створено сучасні джерела інфрачервоного випромінювання з регульованою чи фіксованою частотою. Для реєстрації випромінювання у ближній інфрачервоній області (до ~1,3 мкм) використовуються спеціальні фотопластинки. Більш широким діапазоном чутливості (приблизно до 25 мкм) мають фотоелектричні детектори та фоторезистори. Випромінювання в дальній ІЧ-області реєструється болометрами - детекторами, чутливими до нагрівання інфрачервоним випромінюванням.

ІЧ-апаратура знаходить широке застосування як у військовій техніці (наприклад, для наведення ракет), так і цивільної (наприклад, у волоконно-оптичних системах зв'язку). Як оптичні елементи в ІЧ-спектрометрах використовуються або лінзи та призми, або дифракційні решітки та дзеркала. Щоб виключити поглинання випромінювання повітря, спектрометри для дальньої ІЧ-області виготовляються у вакуумному варіанті .

Оскільки інфрачервоні спектри пов'язані з обертальними та коливальними рухами в молекулі, а також з електронними переходами в атомах та молекулах, ІЧ-спектроскопія дозволяє отримувати важливі відомості про будову атомів та молекул, а також про зонну структуру кристалів.

Застосування

Медицина

Інфрачервоні промені застосовуються у фізіотерапії.

Дистанційне керування

Інфрачервоні діоди та фотодіоди повсюдно застосовуються в пультах дистанційного керування, системах автоматики, охоронних системах, деяких мобільних телефонах (інфрачервоний порт) і т. п. Інфрачервоні промені не відволікають увагу людини через свою невидимість.

Цікаво, що інфрачервоне випромінювання побутового пульта дистанційного керування легко фіксується за допомогою цифрового фотоапарата.

При фарбуванні

Інфрачервоні випромінювачі застосовують у промисловості для сушіння лакофарбових поверхонь. Інфрачервоний метод сушіння має суттєві переваги перед традиційним конвекційним методом. Насамперед це, безумовно, економічний ефект. Швидкість і енергія, що витрачається при інфрачервоному сушінні менше тих же показників при традиційних методах.

Стерилізація харчових продуктів

За допомогою інфрачервоного випромінювання стерилізують продукти харчування з метою дезінфекції.

Антикорозійний засіб

Інфрачервоні промені застосовуються з метою запобігання корозії поверхонь, що покриваються лаком.

Харчова промисловість

Особливістю застосування ІЧ-випромінювання у харчовій промисловості є можливість проникнення електромагнітної хвилі в такі капілярно-пористі продукти, як зерно, крупа, борошно тощо на глибину до 7 мм. Ця величина залежить від характеру поверхні, структури, властивостей матеріалу та частотної характеристики випромінювання. Електромагнітна хвиля певного частотного діапазону надає не тільки термічний, а й біологічний вплив на продукт, що сприяє прискоренню біохімічних перетворень у біологічних полімерах (крохмаль, білок, ліпіди). Конвеєрні сушильні транспортери з успіхом можуть використовуватися при закладанні зерна в зерносховища та в борошномельній промисловості.

Крім того, інфрачервоне випромінювання повсюдно застосовують для обігріву приміщень та вуличних просторів. Інфрачервоні обігрівачі використовуються для організації додаткового або основного опалення у приміщеннях (будинках, квартирах, офісах тощо), а також для локального обігріву вуличного простору (вуличні кафе, альтанки, веранди).

Недоліком є ​​істотно велика нерівномірність нагріву, що у ряді технологічних процесів абсолютно неприйнятно.

Перевірка грошей на справжність

Інфрачервоний випромінювач застосовується у приладах для перевірки грошей. Нанесені на купюру як один із захисних елементів, спеціальні метамерні фарби можна побачити виключно в інфрачервоному діапазоні. Інфрачервоні детектори валют є безпомилковими приладами для перевірки грошей на справжність. Нанесення на купюру інфрачервоних міток, на відміну від ультрафіолетових, фальшивомонетникам коштує дорого і відповідно економічно невигідно. Тому детектори банкнот із вбудованим ІЧ випромінювачем, на сьогоднішній день, є найнадійнішим захистом від підробок.

Небезпека здоров'ю

Сильне інфрачервоне випромінювання в місцях високого нагріву може спричинити небезпеку для очей. Найнебезпечніше, коли випромінювання не супроводжується видимим світлом. У таких місцях необхідно надягати спеціальні захисні окуляри для очей.

Див. також

Інші способи теплопередачі

Способи реєстрації (запису) ІЧ-спектрів.

Примітки

Посилання

Вступ

Інфрачервоне випромінювання називають «тепловим» випромінюванням, оскільки інфрачервоне випромінювання від нагрітих предметів сприймається шкірою як відчуття тепла. При цьому довжини хвиль, що випромінюються тілом, залежать від температури нагрівання: чим вища температура, тим коротша довжина хвилі і вища інтенсивність випромінювання. Спектр випромінювання абсолютно чорного тіла за відносно невисоких (до кількох тисяч Кельвінів) температур лежить в основному саме в цьому діапазоні. Інфрачервоне випромінювання випромінює збуджені атоми чи іони. Інфрачервоне випромінювання - це майже те саме, що й звичайне світло.

Єдина відмінність полягає в тому, що при попаданні на предмети видима частина спектра стає освітленням, а інфрачервоне випромінювання поглинаються тілом, перетворюючись при цьому на енергію тепла. Без нього немислиме життя на планеті. При поширенні інфрачервоного випромінювання у просторі практично немає втрат енергії. По суті, це природний і найдосконаліший метод обігріву. Тому для теплоенергетики питання використання інфрачервоного випромінювання дуже цікаве.

Метою даної є проведення дослідження характеристики інфрачервоного випромінювання та захисту від інфрачервоного випромінювання. Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити такі завдання:

1. Розглянути характеристику інфрачервоного випромінювання.

2. Проаналізувати вражаючі чинники інфрачервоного випромінювання.

3. Вивчити засоби захисту від шкідливого впливу інфрачервоного випромінювання.

Характеристика інфрачервоного випромінювання та джерела

Інфрачервоне випромінювання генерується будь-яким нагрітим тілом, температура якого визначає інтенсивність і спектр електромагнітної енергії, що випромінюється. Нагріті тіла, що мають температуру вище 100 o З, 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/(м 2 · год) або Вт/м 2). Вимірювання інтенсивності теплових випромінювань інакше називають актинометрией (від грецьких слів асtinos - промінь і metrio - вимірюю), а прилад, з допомогою якого виробляють визначення інтенсивності випромінювання, називається актинометром. Залежно від довжини хвилі змінюється здатність інфрачервоного випромінювання, що проникає. Найбільшу проникаючу здатність має короткохвильове інфрачервоне випромінювання (0,76-1,4 мкм), яке проникає у тканини людини на глибину кілька сантиметрів. Інфрачервоні промені довгохвильового діапазону (9-420 мкм) затримуються у поверхневих шарах шкіри.

Джерела інфрачервоного випромінювання. У виробничих умовах виділення тепла можливе від:

* плавильних, нагрівальних печей та інших термічних пристроїв;

* охолодження нагрітих або розплавлених металів;

*переходу в тепло механічної енергії, що витрачається на привід основного технологічного обладнання;

*переходу електричної енергії в теплову тощо.

Близько 60% теплової енергії поширюється у навколишньому середовищі шляхом інфрачервоного випромінювання. Променева енергія, проходячи майже без втрат простір, знову перетворюється на теплову. Теплове випромінювання не безпосередньо впливає на навколишнє повітря, вільно пронизуючи його. Виробничі джерела променистої теплоти за характером випромінювання можна поділити на чотири групи:

* З температурою випромінюючої поверхні до 500oС (зовнішня поверхня печей та ін); їх спектр містить інфрачервоні промені із довжиною хвилі 1,9-3,7 мкм;

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

* З температурою від 1300 до 1800oС (розплавлена ​​сталь та ін); їх спектр містить як інфрачервоні промені до коротких з довжиною хвилі 1,2-1,9 мкм, і видимі великої яскравості;

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

З історії вивчення інфрачервоного випромінювання

Інфрачервоне випромінювання чи теплове випромінювання перестав бути відкриттям 20 чи 21 століття. Інфрачервоне випромінювання було відкрито 1800 року англійським астрономом У. Гершелем. Він виявив, що «максимум тепла» лежить поза червоного кольору видимого випромінювання. Це дослідження започаткувало вивчення інфрачервоного випромінювання. Дуже багато відомих вчених доклали свої голови до вивчення даного напряму. Це такі імена як: німецький фізик Вільгельм Він(закон Вина), німецький фізик Макс Планк(формула та постійна Планка), шотландський вчений Джон Леслі(пристрій вимірювання теплового випромінювання – куб Леслі), німецький фізик Густав Кірхгоф(закон випромінювання Кірхгофа), австрійський фізик та математик Йозеф Стефанта австрійський фізик Стефан Людвіг Больцман(Закон Стефана-Больцмана).

Використання та застосування знань з теплового випромінювання у сучасних опалювальних пристроях вийшло на передній план лише у 1950-х роках. У СРСР теорія променистого опалення розроблена у працях Г. Л. Поляка, С. Н. Шоріна, М. І. Кіссіна, А. А. Сандера. З 1956 року у СРСР було написано чи перекладено російською мовою безліч технічних книжок з даної. У зв'язку зі зміною вартості енергоресурсів та у боротьбі за енергоефективність та енергозбереження, сучасні інфрачервоні обігрівачі отримали широке застосування в опаленні побутових та промислових будівель.

Сонячне випромінювання - природне інфрачервоне випромінювання

Найбільш відомим та значним природним інфрачервоним обігрівачем є Сонце. По суті, це природний та найдосконаліший метод обігріву, відомий людству. У межах Сонячної системи Сонце - це найпотужніший джерело теплового випромінювання, що зумовлює життя Землі. При температурі поверхні Сонця порядку 6000Кмаксимум випромінювання посідає 0,47 мкм(відповідає жовтувато-білому). Сонце знаходиться на відстані багатьох мільйонів кілометрів від нас, однак це не заважає йому передавати енергію через весь цей величезний простір, практично не витрачаючи її (енергію), не нагріваючи його (простір). Причина в тому, що сонячні інфрачервоні промені, що проходять довгий шлях у космосі, практично не мають втрат енергії. Коли на шляху променів зустрічається, якась поверхня, їх енергія, поглинаючись, перетвориться на тепло. Нагрівається безпосередньо Земля, на яку потрапляють сонячні промені, та інші предмети, на які так само потрапляють сонячні промені. І вже земля та інші, нагріті Сонцем предмети, у свою чергу, віддають тепло навколишньому повітрі, тим самим нагріваючи його.

Від висоти Сонця над горизонтом істотно залежить як потужність сонячного випромінювання біля земної поверхні, і його спектральний склад. Різні компоненти сонячного діапазону по-різному проходять через земну атмосферу.
У поверхні Землі спектр сонячного випромінювання має складнішу форму, що з поглинанням у атмосфері. Зокрема, у ньому немає високочастотної частини ультрафіолетового випромінювання, згубної для живих організмів. На зовнішній межі земної атмосфери, потік променистої енергії Сонця становить 1370 Вт/м²; (сонячна постійна), а максимум випромінювання посідає λ=470 нм(синій колір). Потік, що досягає земної поверхні, значно менший унаслідок поглинання в атмосфері. За найсприятливіших умов (сонце в зеніті) він не перевищує 1120 Вт/м²; (у Москві, в момент літнього сонцестояння - 930 Вт/м²), а максимум випромінювання припадає на λ=555 нм(зелено-жовтий), що відповідає найкращій чутливості очей і лише чверть від цього випромінювання посідає довгохвильову область випромінювання, включаючи вторинні випромінювання.

Однак, природа сонячної променистої енергії дуже відмінна від променистої енергії, що віддається інфрачервоними обігрівачами, що використовуються для обігріву приміщень. Енергія сонячного випромінювання складається з електромагнітних хвиль, фізичні та біологічні властивості яких суттєво відрізняються від властивостей електромагнітних хвиль, що походять від звичайних інфрачервоних обігрівачів, зокрема, бактерицидні та лікувальні (геліотерапія) властивості сонячного випромінювання повністю відсутні у джерел випромінювання з низькою температурою. І все ж таки інфрачервоні обігрівачі дають той же тепловий ефект, Що і Сонце, будучи найбільш комфортними та економічними з усіх можливих джерел тепла.

Природа виникнення інфрачервоних променів

Видатний німецький фізик Макс Планквивчаючи теплове випромінювання (інфрачервоне випромінювання), відкрив його атомний характер. Теплове випромінювання- це електромагнітне випромінювання, що випускається тілами або речовинами і виникає за рахунок його внутрішньої енергії, обумовлене тим, що атоми тіла або речовини під дією теплоти рухаються швидше, а у разі твердого матеріалу коливаються швидше порівняно зі станом рівноваги. При цьому русі атоми стикаються, а при їх зіткненні відбувається їхнє ударне збудження з подальшим випромінюванням електромагнітних хвиль.
Усі предмети безперервно випромінюють та поглинають електромагнітну енергію. Це випромінювання є наслідком безперервного руху елементарних заряджених частинок усередині речовини. Один з основних законів класичної електромагнітної теорії свідчить, що заряджена частка, що рухається з прискоренням, випромінює енергію. Електромагнітне випромінювання (електромагнітні хвилі) це обурення електромагнітного поля, що поширюється в просторі, тобто періодичний електромагнітний сигнал, що змінюється в часі, в просторі, що складається з електричних і магнітних полів. Це теплове випромінювання. Теплове випромінювання містить електромагнітні поля різних довжин хвиль. Оскільки атоми рухаються за будь-якої температури, всі тіла при будь-якій температурі, більше ніж температура абсолютного нуля (-273 ° С)випромінюють тепло. Енергія електромагнітних хвиль теплового випромінювання, тобто сила випромінювання, залежить від температури тіла, його атомної та молекулярної структури, а також стану поверхні тіла. Теплове випромінювання відбувається по всіх довжинах хвиль - від найкоротших до гранично довгих, проте беруть до уваги лише теплове випромінювання, що має практичне значення, яке припадає в діапазоні довжин хвиль: λ = 0,38 – 1000 мкм(У видимій та інфрачервоній частині електромагнітного спектру). Однак не всяке світло має особливості теплового випромінювання (наприклад люмінесценція), тому як основний діапазон теплового випромінювання можна прийняти тільки діапазон інфрачервоного спектру (λ = 0,78 - 1000 мкм). Ще можна зробити доповнення: ділянка з довжиною хвилі λ = 100 – 1000 мкм, З погляду опалення - не цікавий.

Таким чином, теплове випромінювання є однією з форм електромагнітного випромінювання, що виникає за рахунок внутрішньої енергії тіла і має суцільний спектр, тобто це частина електромагнітного випромінювання, енергія якого при поглинанні викликає тепловий ефект. Теплове випромінювання притаманне всім тілам.

Всі тіла, що мають температуру більше ніж температура абсолютного нуля (-273°С), навіть якщо вони не світяться видимим світлом, є джерелом інфрачервоних променів і випускають безперервний спектр інфрачервоного. Це означає, що в випромінюванні присутні хвилі з усіма без винятку частотами, і говорити про випромінювання на певній хвилі, абсолютно безглуздо.

Основні умовні галузі інфрачервоного випромінювання

На сьогодні немає єдиної класифікації у розподілі інфрачервоного випромінювання на складові ділянки (області). У цільовій технічній літературі зустрічається понад десяток схем поділу області інфрачервоного випромінювання на складові ділянки, і всі вони різняться між собою. Так як всі види теплового електромагнітного випромінювання мають однакову природу, тому класифікація випромінювання по довжинах хвиль в залежності від виробленого ними ефекту носить лише умовний характер і визначаються головним чином відмінностями у техніці виявлення (тип джерела випромінювання, тип приладу обліку, його чутливість тощо) .) та у методиці вимірювання випромінювання. Математично, з використанням формул (Планка, Вина, Ламберта тощо), так само не можна визначити точні межі областей.
Для визначення довжини хвилі (максимуму випромінювання) існують дві різні формули (за температурою і частотою), що дають різні результати, з різницею приблизно в 1,8 раз (це так званий закон усунення Вина) і плюс до цього всі розрахунки робляться для АБСОЛЮТНО-ЧОРНОГО ТІЛА (ідеалізованого об'єкта), яких насправді не існує. Реальні тіла, що зустрічаються в природі, не підкоряються цим законам і тією чи іншою мірою від них відхиляються. Випромінювання реальних тіл залежить від низки конкретних характеристик тіла (стану поверхні, мікроструктури, товщини шару тощо). Це також є причиною вказівки в різних джерелах абсолютно різних величин меж областей випромінювання. Все це говорить про те, що використовувати температуру для опису електромагнітного випромінювання треба дуже обережно і з точністю до порядку. Ще раз підкреслюю, поділ дуже умовний!

Наведемо приклади умовного поділу інфрачервоної області (λ = 0,78 - 1000 мкм)на окремі ділянки (інформацію взято лише з технічної літератури російських та зарубіжних учених). На наведеному малюнку видно наскільки різноманітний цей поділ, тому не варто прив'язуватися до жодної з них. Просто потрібно знати, що спектр інфрачервоного випромінювання можна умовно розбити на кілька ділянок, від 2-х до 5-ти. Область, що знаходиться ближче у видимому спектрі зазвичай називають: ближня, близька, короткохвильова тощо. Область, що знаходиться ближче до мікрохвильових випромінювань - далека, далека, довгохвильова тощо. Якщо вірити Вікіпедії, то звичайна схема поділу виглядає так: Близька область(Near-infrared, NIR), Короткохвильова область(Short-wavelength infrared, SWIR), Середньохвильова область(Mid-wavelength infrared, MWIR), Довгохвильова область(Long-wavelength infrared, LWIR), Дальня область(Far-infrared, FIR).

Властивості інфрачервоних променів

Інфрачервоні промені- це електромагнітне випромінювання, що має ту ж природу, що і видиме світло, тому воно так де підпорядковується законам оптики. Тому, щоб краще собі уявити процес теплового випромінювання, слід проводити аналогію зі світловим випромінюванням, яке нам усім відоме та доступне спостереженню. Однак не треба забувати, що оптичні властивості речовин (поглинання, відображення, прозорість, заломлення тощо) в інфрачервоній області спектра значно відрізняються від оптичних властивостей у видимій частині спектру. Характерною особливістю інфрачервоного випромінювання є те, що на відміну від інших основних видів передачі теплоти тут немає необхідності в проміжній речовині, що передає. Повітря і більше вакуум вважається прозорим для інфрачервоного випромінювання, хоча з повітрям це не зовсім так. При проходженні інфрачервоного випромінювання через атмосферу (повітря) спостерігається деяке ослаблення теплового випромінювання. Це обумовлено тим, що сухе та чисте повітря практично прозоре для теплових променів, проте за наявності в ньому вологи у вигляді пари, молекул води (Н 2 Про), Вуглекислий газ (З 2), озона (Про 3)та інших твердих або рідких зважених частинок, які відображають та поглинають інфрачервоні промені, він стає не зовсім прозорим середовищем і в результаті цього потік інфрачервоного випромінювання розсіюється по різних напрямках та слабшає. Зазвичай розсіювання в інфрачервоній ділянці спектра менше, ніж у видимій. Однак, коли втрати, спричинені розсіюванням у видимій області спектру, великі, і в інфрачервоній області вони також є значними. Інтенсивність розсіяного випромінювання змінюється обернено пропорційно четвертого ступеня довжини хвилі. Воно суттєво тільки в короткохвильовій інфрачервоній ділянці і швидко зменшується в більш довгохвильовій частині спектра.

Молекули азоту та кисню у повітрі не поглинають інфрачервоне випромінювання, а послаблюють його лише внаслідок розсіювання. Зважені частки пилу також призводять до розсіювання інфрачервоного випромінювання, причому величина розсіювання залежить від співвідношення розмірів частинок і довжини хвилі інфрачервоного випромінювання, чим більше частинки, тим більше розсіювання.

Пари води, вуглекислий газ, озон та інші домішки, що є в атмосфері, селективно поглинають інфрачервоне випромінювання. Наприклад, пари води, дуже сильно поглинають інфрачервоне випромінювання у всій інфрачервоній області спектруа вуглекислий газ поглинає інфрачервоне випромінювання в середній інфрачервоній області.

Що стосується рідин, то вони можуть бути прозорими, так і не прозорими для інфрачервоного випромінювання. Наприклад, шар води завтовшки кілька сантиметрів прозорий для видимого випромінювання і непрозорий для інфрачервоного випромінювання з довжиною хвилі більше 1 мкм.

Тверді речовини(тіла), у свою чергу, у більшості випадків не прозорі для теплового випромінюванняале бувають і винятки. Наприклад, пластини кремнію, непрозорі у видимій ділянці, прозорі в інфрачервоній ділянці, а кварц, навпаки, прозорий для світлового випромінювання, але непрозорий для теплових променів із довжиною хвилі понад 4 мкм. Саме з цієї причини кварцове скло не застосовується в інфрачервоних обігрівачах. Звичайне скло, на відміну від кварцового, частково прозоре для інфрачервоних променів, так само може поглинати значну частину інфрачервоного випромінювання в певних інтервалах спектру, але за те не пропускає ультрафіолетове випромінювання. Кам'яна сіль так само прозора для теплового випромінювання. Метали, переважно, мають відбивну здатність для інфрачервоного випромінювання значно більше, ніж для видимого світла, яка зростає зі збільшенням довжини хвилі інфрачервоного випромінювання. Наприклад, коефіцієнт відображення алюмінію, золота, срібла та міді при довжині хвилі близько 10 мкмдосягає 98% що значно вище, ніж для видимого спектру, ця властивість широко використовується в конструкції інфрачервоних обігрівачів.

Достатньо навести тут як приклад засклені рами парників: скло практично пропускає більшу частину сонячного випромінювання, а з іншого боку, розігріта земля випромінює хвилі великої довжини (порядку 10 мкм), щодо яких скло поводиться як непрозоре тіло. Завдяки цьому всередині парників тривалий час підтримується температура, значно більша, ніж температура зовнішнього повітря, навіть після того, як сонячне випромінювання припиняється.

Важливу роль життя людини грає променистий теплообмін. Людина віддає навколишньому середовищу теплоту, що виробляється в ході фізіологічного процесу, головним чином шляхом променистого теплообміну та конвекції. При променистому (інфрачервоному) опаленні промениста складова теплообміну тіла людини скорочується через більш високу температуру, що виникає як на поверхні опалювального приладу, так і на поверхні деяких внутрішніх конструкцій, що захищають, тому при забезпеченні одного і того ж тепло відчуття конвективні тепловтрати можуть бути більше, тобто. температура повітря в приміщенні може бути меншою. Таким чином, променистий теплообмін відіграє вирішальну роль у формуванні відчуття теплового комфорту в людини.

При знаходженні людини в зоні дії інфрачервоного обігрівача ІЧ промені проникають в організм людини через шкіру, при цьому різні шари шкіри по-різному відображають і поглинають ці промені.

При інфрачервоному довгохвильовому випромінюванніпроникнення променів значно менше порівняно з короткохвильовим випромінюванням. Поглинаюча здатність вологи, що міститься в тканинах шкіри, дуже велика, і шкіра поглинає більше 90% випромінювання, що потрапляє на поверхню тіла. Нервові рецептори, що відчувають теплоту, розташовані у зовнішньому шарі шкіри. Інфрачервоні промені, що поглинаються, збуджують ці рецептори, що і викликає у людини відчуття теплоти.

Інфрачервоні промені чинять як місцевий, так і загальний вплив. Короткохвильове інфрачервоне випромінювання, На відміну від довгохвильового інфрачервоного випромінювання, може викликати почервоніння шкіри в місці опромінення, яке рефлекторно поширюється на 2-3 см. навколо області, що опромінюється. Причина в тому, що капілярні судини розширюються, кровообіг посилюється. Незабаром на місці опромінення може з'явитися пухир, який пізніше перетворюється на струп. Так само при попаданні короткохвильових інфрачервонихпроменів на органи зору може виникнути катаракта.

Наведені вище, можливі наслідки від впливу короткохвильового ІЧ обігрівача, не слід плутати з впливом довгохвильового ІЧ обігрівача. Як уже було сказано, довгохвильові інфрачервоні промені поглинаються у верхній частині шару шкіри і викликає лише простий тепловий вплив.

Використання променистого опалення не повинно наражати людину на небезпеку і створювати дискомфортний мікроклімат у приміщенні.

При променистому опаленні можна забезпечити комфортні умови за нижчої температури. При застосуванні променистого опалення повітря в приміщенні чистіше, оскільки менша швидкість повітряних потоків, завдяки чому зменшується забруднення пилом. Так само при даному опаленні не відбувається розкладання пилу, оскільки температура випромінюючої пластини довгохвильового обігрівача ніколи не досягає температури, необхідної для розкладання пилу.

Чим холодніший випромінювач тепла, тим він нешкідливіший для організму людини, тим довше може бути людина в зоні дії обігрівача.

Тривале перебування людини поблизу високотемпературного джерела тепла (понад 300 ° С) шкідливо для здоров'я людини.

Вплив на здоров'я інфрачервоного випромінювання людини.

Організм людини, як випромінює інфрачервоні променітак і поглинає їх. ІЧ промені проникають в організм людини через шкіру, при цьому різні шари шкіри по-різному відображають і поглинають ці промені. Довгохвильове випромінювання проникає в організм людини значно менше в порівнянні з короткохвильовим випромінюванням. Волога, що знаходиться в тканинах шкіри, поглинає більше 90% випромінювання, що потрапляє на поверхню тіла. Нервові рецептори, що відчувають теплоту, розташовані у зовнішньому шарі шкіри. Інфрачервоні промені, що поглинаються, збуджують ці рецептори, що і викликає у людини відчуття теплоти. Короткохвильове ІЧ випромінювання найбільш глибоко проникає в організм, викликаючи його максимальне прогрівання. Внаслідок цього впливу підвищується потенційна енергія клітин організму, і з них йтиме незв'язана вода, підвищується діяльність специфічних клітинних структур, зростає рівень імуноглобулінів, збільшується активність ферментів та естрогенів, відбуваються й інші біохімічні реакції. Це стосується всіх типів клітин організму та крові. Однак Тривалий вплив короткохвильового інфрачервоного випромінювання на організм людини – небажано.Саме на цій властивості заснований ефект теплового лікування, широко використовуваного у фізіотерапевтичних кабінетах наших та зарубіжних клінік та поміті, тривалість процедур – обмежена. Однак дані обмеження не поширюються на довгохвильові інфрачервоні обігрівачі.Важлива характеристика інфрачервоного випромінювання- Довжина хвилі (частота) випромінювання. Сучасні дослідження в галузі біотехнологій показали, що саме довгохвильове інфрачервоне випромінюваннямає виняткове значення у розвитку всіх форм життя Землі. З цієї причини його називають також біогенетичними променями чи променями життя. Наше тіло саме випромінює довгі інфрачервоні хвилі, але воно саме потребує також і постійного підживлення довгохвильовим теплом. Якщо це випромінювання починає зменшуватися чи ні постійної підживлення ним тіла людини, то організм зазнає атак різних захворювань, людина швидко старіє на тлі загального погіршення самопочуття. Далі інфрачервоне випромінюваннянормалізує процес обміну та усуває причину хвороби, а не лише її симптоми.

З таким опаленням не болітиме голова від задухи, що викликається перегрітим повітрям під стелею, як при роботі конвективного опалення- коли постійно хочеться відкрити кватирку і впустити свіже повітря (при цьому випускаючи нагріте).

При вплив ІЧ-випромінювання інтенсивністю 70-100 Вт/м2 в організмі підвищується активність біохімічних процесів, що веде до покращення загального стану людини. Проте існують нормативи, і їх варто дотримуватись. Є нормативи щодо безпечного опалення побутових та промислових приміщень, тривалості лікувальних та косметологічних процедур, роботи в ГАРЯЧИХ цехах тощо. Не варто забувати про це. При правильному використанні інфрачервоних обігрівачів - негативного впливу на організм ПОВНІСТТЮ ВІДСУТНІЙ.

Інфрачервоне випромінювання, інфрачервоні промені, властивості інфрачервоних променів, спектр випромінювання інфрачервоних обігрівачів

ІНФРАКРАСНЕ ВИПРОМІНЮВАННЯ, ІНФРАКРАСНІ ПРОМІНЮ, ВЛАСТИВОСТІ ІНФРАКРАСНИХ ПРОМІНЬ, СПЕКТР ВИПРОМІНЮВАННЯ ІНФРАКРАСНИХ ОБІГРІВАЧІВ Калінінград

ОБІГРІВАЧІ ВЛАСТИВОСТІ ВИПРОМІНЮВАННЯ СПЕКТР ОБІГРІВАЧІВ ДОВЖИНА ХВИЛИ ДОВГОВОХВИЛЬНІ СЕРЕДНЕХВИЛЬОВІ КОРОТКОХВИЛЬОВІ СВІТЛІ ТЕМНІ СІРІ ШКОДА ЗДОРОВ'Я ВПЛИВ НА ЧОЛОВ