Infracrveno svjetlo – radionica nevidljivo toplog zračenja. Izvori infracrvenog zračenja Što emitira infracrvene zrake
Infracrvene (IR) zrake su elektromagnetski valovi. Ljudsko oko nije u stanju percipirati ovo zračenje, ali ga čovjek percipira kao toplinsku energiju i osjeća u cijeloj koži. Stalno smo okruženi izvorima infracrvenog zračenja koji se razlikuju po intenzitetu i valnoj duljini.
Trebamo li biti oprezni s infracrvenim zrakama, donose li one čovjeku štetu ili korist i kakav je njihov učinak?
Što je IC zračenje i njegovi izvori?
Kao što je poznato, spektar sunčevog zračenja, koji ljudsko oko percipira kao vidljivu boju, nalazi se između ljubičastih valova (najkraći - 0,38 mikrona) i crvenih (najduži - 0,76 mikrona). Osim ovih valova postoje i elektromagnetski valovi koji su nedostupni ljudskom oku – ultraljubičasti i infracrveni. "Ultra" znači da su ispod, ili drugim riječima, manje od ljubičastog zračenja. “Infra” je više ili više crvenog zračenja.
Odnosno, IR zračenje su elektromagnetski valovi koji leže izvan raspona crvene boje, čija je duljina duža od duljine vidljivog crvenog zračenja. Proučavajući elektromagnetsko zračenje, njemački astronom William Herschel otkrio je nevidljive valove koji uzrokuju porast temperature termometra i nazvao ih infracrvenim toplinskim zračenjem.
Najjači prirodni izvor toplinskog zračenja je Sunce. Od svih zraka koje emitira zvijezda, 58% su infracrvene. Umjetni izvori su svi električni uređaji za grijanje koji električnu energiju pretvaraju u toplinu, kao i svi objekti čija je temperatura iznad apsolutne nule - 273°C.
Svojstva infracrvenog zračenja
IC zračenje ima istu prirodu i svojstva kao i obično svjetlo, samo veću valnu duljinu. Svjetlosni valovi vidljivi oku, dopirući do predmeta, reflektiraju se, lome na određeni način, a osoba vidi odraz predmeta u širokom shema boja. A infracrvene zrake, koje dopiru do objekta, on ih apsorbira, oslobađajući energiju i zagrijavajući objekt. Infracrveno zračenje ne vidimo, ali ga osjećamo kao toplinu.
Drugim riječima, da Sunce ne emitira široki spektar dugovalnih infracrvenih zraka, čovjek bi samo vidio sunčevu svjetlost, ali ne bi osjetio njegovu toplinu.
Teško je zamisliti život na Zemlji bez sunčeve topline.
Dio toga apsorbira atmosfera, a valovi koji dopiru do nas dijele se na:
Kratki - duljina je u rasponu od 0,74 mikrona - 2,5 mikrona, a emitiraju ih objekti zagrijani na temperaturu veću od 800 ° C;
Srednje – od 2,5 mikrona do 50 mikrona, temperatura zagrijavanja od 300 do 600°C;
Dugi – najveći raspon od 50 mikrona do 2000 mikrona (2 mm), t do 300°C.
Svojstva infracrvenog zračenja, njegove dobrobiti i štete za ljudsko tijelo, određena su izvorom zračenja - što je viša temperatura odašiljača, to su valovi intenzivniji i što dublje prodiru, stupanj utjecaja na bilo koji život organizmi. Studije provedene na staničnom materijalu biljaka i životinja otkrile su cijela serija korisna svojstva IC zrake našle su široku primjenu u medicini.
Dobrobiti infracrvenog zračenja za čovjeka, primjena u medicini
Medicinska istraživanja su dokazala da infracrvene zrake velikog dometa nisu samo sigurne za ljude, već i vrlo korisne. Aktiviraju protok krvi i poboljšavaju metaboličke procese, suzbijaju razvoj bakterija i potiču brzo zacjeljivanje rana nakon kirurških zahvata. Pospješuju razvoj imuniteta protiv otrovnih kemikalija i gama zračenja, potiču eliminaciju toksina i otpada putem znoja i urina te snižavaju kolesterol.
Posebno su učinkovite zrake duljine 9,6 mikrona koje potiču regeneraciju (obnavljanje) i ozdravljenje organa i sustava ljudskog tijela.
U narodna medicina Od pamtivijeka se koristilo liječenje zagrijanom glinom, pijeskom ili soli - to su zorni primjeri blagotvornog djelovanja toplinskih infracrvenih zraka na čovjeka.
Moderna medicina naučila je koristiti korisna svojstva za liječenje niza bolesti:
Infracrvenim zračenjem liječimo prijelome kostiju, patološke promjene u zglobovima, ublažavamo bolove u mišićima;
IR zrake imaju pozitivan učinak u liječenju paraliziranih bolesnika;
Brzo zacjeljuju rane (postoperativne i druge), ublažavaju bol;
Potičući cirkulaciju krvi, pomažu u normalizaciji krvnog tlaka;
Poboljšava cirkulaciju krvi u mozgu i pamćenje;
Uklanja soli iz tijela teški metali;
Imaju izražen antimikrobni, protuupalni i antifungalni učinak;
Ojačati imunološki sustav.
Bronhijalna astma, upala pluća, osteohondroza, artritis, urolitijaza, dekubitusi, čirevi, radikulitisi, ozebline, bolesti probavnog sustava - daleko od puni popis patologije za čije se liječenje koriste pozitivni učinci infracrvenog zračenja.
Grijanje stambenih prostorija pomoću uređaja za infracrveno zračenje pospješuje ionizaciju zraka, bori se protiv alergija, uništava bakterije, gljivice plijesni i poboljšava stanje kože aktiviranjem cirkulacije krvi. Pri kupnji grijača obavezno je odabrati dugovalne uređaje.
Ostale aplikacije
Svojstvo predmeta da emitiraju toplinske valove našlo je primjenu u raznim područjima ljudske djelatnosti. Na primjer, uz pomoć posebnih termografskih kamera sposobnih za hvatanje toplinskog zračenja, možete vidjeti i prepoznati sve predmete u apsolutnom mraku. Termografske kamere naširoko se koriste u vojnim i industrijskim aplikacijama za otkrivanje nevidljivih objekata.
U meteorologiji i astrologiji infracrvene zrake koriste se za određivanje udaljenosti do objekata, oblaka, temperature površine vode itd. Infracrveni teleskopi omogućuju proučavanje svemirskih objekata koji su nedostupni vidljivosti putem konvencionalnih instrumenata.
Znanost ne stoji na mjestu i broj IR uređaja i područja njihove primjene stalno raste.
Šteta
Čovjek, kao i svako tijelo, emitira srednje i duge infracrvene valove, koji se kreću od 2,5 mikrona do 20-25 mikrona, pa su valovi ove duljine potpuno sigurni za ljude. Kratki valovi mogu prodrijeti duboko u ljudsko tkivo, uzrokujući zagrijavanje unutarnjih organa.
Kratkovalno infracrveno zračenje ne samo da je štetno, već je i vrlo opasno za čovjeka, posebno za organe vida.
Solarni toplinski udar, izazvan kratkim valovima, nastaje kada se mozak zagrije samo za 1C. Njegovi simptomi su:
Teška vrtoglavica;
Mučnina;
Povećan broj otkucaja srca;
Gubitak svijesti.
Metalurzi i čeličani, stalno izloženi toplinskom djelovanju kratkih infracrvenih zraka, češće od ostalih obolijevaju od bolesti kardiovaskularnog sustava, imaju oslabljen imunološki sustav i češće su izloženi prehladama.
Kako bismo izbjegli štetne učinke infracrvenog zračenja, potrebno je poduzeti mjere zaštite i ograničiti vrijeme provedeno pod opasnim zrakama. Ali dobrobiti toplinskog sunčevog zračenja za život na našem planetu su neporecive!
Za zaštitu od infracrvenog zračenja (IR) u proizvodnom okruženju mogu se koristiti kolektivna i individualna zaštitna sredstva. Skupna sredstva zaštite prikazana su na sl. 6.1. Glavne vrste zaštite od IKI uključuju: 1. vremensku zaštitu; 2. zaštita daljinom; 3. oklop,...(Zaštita tehnosfere od djelovanja fizikalnih polja i zračenja. T.3 Vrste fizikalnih polja i zračenja)
Infracrvena zaštita, toplinska izolacija, zaštita
Infracrveno zračenje je zračenje u optičkom području, koje je elektromagnetsko zračenje valnih duljina: područje A- 760-1500 nm, U- 1500-3000 nm, C - više od 3000 nm. Izvori infracrvenog zračenja su otvoreni plamen, rastaljeni i zagrijani metal, staklo, zagrijani...(Zaštita na radu u građevinarstvu)
Prirodni EM parametri zračnog okoliša
Raspodjela elektromagnetskih polja (EMP) u zračnom okruženju ne ovisi samo o infrastrukturi okolnog prostora, već i, prije svega, o njegovim elektromagnetskim (EM) parametrima: električna vodljivost UV, magnetska i dielektrična propusnost. Razmotrimo utjecaj ovih parametara...(Problemi elektromagnetske sigurnosti na elektrificiranoj željeznici)
Tekući obračun prirodnog i migracijskog kretanja stanovništva
Civilna registracija vitalne statistike počela je djelovati u zemljama diljem svijeta od druge polovica 19. stoljeća V. Programi za evidentiranje i razvoj tekućih računovodstvenih podataka bili su toliko raznoliki da su se sažeci podataka za sve zemlje svijeta počeli izrađivati tek u drugoj polovici 20. stoljeća, a 1970. godine je...(Demografska statistika)
PROBLEM STVARANJA UMJETNE INTELIGENCIJE
Istraživači umjetna inteligencija(AI) koji rade na stvaranju mislećih strojeva mogu se podijeliti u dvije skupine. Neki su zainteresirani za čistu znanost, a za njih je računalo alat koji pruža mogućnost eksperimentalne provjere teorija misaonih procesa. Interesi druge grupe leže u prostoru...(Pojmovi moderne prirodne znanosti)
Štetne umjetne komponente hrane
Štetne tvari u hrani, koje su umjetne prirode, mogu se podijeliti u dvije skupine. 1. Tvari nastale kuhanjem. 2. Tvari dobivene ljudskim djelovanjem koje kontaminiraju prehrambene sirovine i proizvode, njihova uporaba u bilo kojoj...(fiziologija prehrane)
Godine 1666. Isaac Newton izveo je poznati eksperiment koji je proturječio gotovo svakoj teoriji boja koja je postojala u to vrijeme. Otkrio je disperziju sunčeve svjetlosti pri prolasku kroz trokutastu prizmu. Ispostavilo se da bijela zraka bez boje, kada se lomi, postaje raznobojna poput duge. Danas čak i djeca znaju čarobnu frazu koja im pomaže zapamtiti redoslijed sedam osnovnih boja duge - od crvene do ljubičaste: "Svaki lovac želi znati gdje sjedi fazan."
No trebalo je proći više od sto godina prije nego što je engleski fizičar William Herschel 1800. otkrio infracrvene (IR) zrake. Razlog je jednostavan - IR zrake su nevidljive ljudskom oku i detektiraju se samo neizravno, primjerice povećanjem očitanja termometra.
IR zračenje su elektromagnetski valovi duljine od 770 nm do 1 mm. IC zračenje pokorava se zakonima optike i stoga ima istu prirodu kao vidljiva svjetlost. Godine 1923. sovjetski fizičar A. A. Glagoleva-Arkadyeva primila je radio valove valne duljine od 50 mm do 82 mikrona, koji su ležali u procjepu između radio valova i infracrvenog zračenja. Tako je eksperimentalno dokazano da vidljiva svjetlost, infracrveno zračenje i radiovalovi imaju zajedničku elektromagnetsku prirodu.
IR zračenje nije vidljivo golim okom. Osoba percipira infracrveno zračenje kao toplinu. Stoga su sva zagrijana tijela izvori infracrvenog zračenja. Budući da je sam čovjek zagrijano tijelo, on također emitira infracrvene zrake, što smanjuje njegovu osjetljivost na vanjsko infracrveno zračenje. Stoga je potreban rad na stvaranju uređaja koji imaju povećana osjetljivost i omogućujući nam da "vidimo" ili "čujemo" infracrveno zračenje koje proizlazi iz tijela koja su vrlo malo zagrijana ili vrlo udaljena od nas.
Relevantnost istraživački rad je da sva djeca imaju problem kada trebaju shvatiti nešto novo, nevidljivo i gotovo neopipljivo. A sva se djeca vole igrati pa smo dosadno odlučili pretvoriti u zanimljivo i uzbudljivo.
Predmet proučavanja u ovom radu su izvori infracrvenog zračenja.
Predmet proučavanja su svojstva infracrvenog zračenja koja ga čine opipljivim, vidljivim ili čujnim, te time izazivaju interes i osvajaju slušatelje.
Svrha istraživačkog rada je utvrditi svojstva infracrvenog zračenja koja omogućuju njegovu primjenu u tehnici i svakodnevnom životu.
1. Proučiti izvore IC zračenja,
2. Saznajte njihov učinak na ljude,
3. Razmotrite primjere uporabe u tehnologiji i svakodnevnom životu.
Ako postoje izvori infracrvenog zračenja koji su nam dostupni, ako ono utječe na ljude, ako se koristi u tehnologiji iu svakodnevnom životu, tada je moguće razviti igre i uzbudljive demonstracije koje će pobuditi interes za proučavanje ovog nevjerojatnog prirodnog fenomena.
Metode istraživanja: bibliografska analiza literature i internetske građe; zapažanja i fotografiranje; provođenje pokusa; sinteza igara i demonstracija.
Struktura rada određena je predmetom, svrhom i ciljevima studija. Rad se sastoji od uvoda, pet cjelina i zaključka.
Uvod daje ocjenu trenutnog stanja problema koji se rješava, otkriva njegovu relevantnost, definira objekt, predmet, svrhu, ciljeve i metode istraživanja.
U prvom dijelu govori se o različitim izvorima infracrvenog zračenja. Drugi dio ispituje učinak infracrvenog zračenja na ljude. U trećem dijelu prikazani su primjeri primjene IR zračenja u tehnici i svakodnevnom životu. Četvrti dio posvećen je razvoju igrice "Pronađi Crvenkapicu", koja gledateljima omogućuje da razumiju kako vidjeti nevidljivo. U petom dijelu sintetiziran je uređaj koji slušateljima pokazuje kako čuti nevidljivo infracrveno zračenje te im omogućuje da čuju što je čista, a što prljava tekućina i zašto je potrebno temeljito prati ruke.
U zaključku se sumiraju rezultati istraživanja, formuliraju se konačni zaključci o temi koja se razmatra, naznačuju se smjernice za daljnja istraživanja i daju prijedlozi za praktičnu upotrebu dobivenih rezultata.
Izvori infracrvenog zračenja
Snažan izvor infracrvenog zračenja je Sunce, od čega se oko polovica nalazi u infracrvenom području. Značajan udio (od 70 do 80%) energije zračenja žarulja sa žarnom niti s volframovom niti dolazi od infracrvenog zračenja. Stoga, pri fotografiranju u mraku iu nekim uređajima za noćno promatranje, svjetiljke s pozadinskim osvjetljenjem opremljene su infracrvenim filtrom koji propušta samo infracrveno zračenje.
Umjetni izvori IR zračenja su:
Ugljični električni luk s temperaturom od oko 3900 K, čije je zračenje blisko zračenju crnog tijela;
Razne svjetiljke s izbojem u plinu (impulsno i kontinuirano gorenje);
Spirale od nikrom žice, zagrijane na temperaturu od ~ 950 K. Koriste se za zračenje prostorija. Za bolju koncentraciju Za infracrveno zračenje takvi su grijači opremljeni reflektorima. U znanstveno istraživanje Na primjer, kada se dobivaju infracrveni apsorpcijski spektri u različitim područjima spektra, koriste se posebni izvori IR zračenja:
Svjetiljke s volframovom trakom;
Nernstova igla, koja je tanka šipka od raznih metalnih oksida, grijana pomoću električna struja. Šipka sadrži okside koji imaju značajno selektivno IR zračenje, na primjer, oksidi cerija, torija, cirkonija itd. Karakterizira ga: stabilnost rada, odsutnost produkata izgaranja koji mogu oštetiti opremu, jednostavnost korištenja i intenzivno zračenje s valne duljine do 15 mikrona;
Globar je šipka od silicijevog karbida promjera 5 mm i duljine oko 40 m, koja se zagrijava električnom strujom propuštenom kroz nju na temperaturu od oko 1400°C. Radni raspon zračenja od 0,8 do 25 mikrona;
Visokotlačne živine žarulje;
Poluvodičke IR diode;
Optički kvantni generatori - laseri, kod kojih zračenje također leži u infracrvenom području spektra; na primjer, zračenje lasera na neodimskom staklu ima valnu duljinu od 1,06 mikrona, laser na mješavini neona i helija - 1,15 mikrona i 3,39 mikrona, laser na ugljikov dioksid- 10,6 mikrona, InSb poluvodički laser - 5 mikrona, itd.
IR prijamnici se temelje na pretvaranju IC energije u druge oblike energije koji se mogu mjeriti konvencionalnim metodama. Postoje toplinski i fotoelektrični prijemnici infracrvenog zračenja. Prvo, apsorbirano IR zračenje uzrokuje povećanje temperature termoosjetljivog elementa prijemnika, što se i bilježi. U fotoelektričnim prijamnicima apsorbirano infracrveno zračenje dovodi do pojave ili promjene električne struje ili napona. Fotoelektrični prijemnici su, za razliku od toplinskih, selektivni prijemnici, tj. osjetljivi samo u određenom području spektra. Na IC zračenje (valne duljine do 1,2 mikrona) osjetljivi su i posebni fotografski filmovi i ploče - infraploče, pa se fotografije mogu snimati u IC zračenju. Uređaji sa spregnutim nabojem (CCD), koji su jedan od glavnih elemenata svih digitalnih fotoaparata, imaju određenu osjetljivost na IC zračenje. Korištenjem mobitel S takvim digitalnim fotoaparatom nije teško registrirati zračenje IR diode daljinskog upravljača (RC) televizora i refleksiju tog zračenja od ogledala.
Ako koristite IC filtar, kamerom možete promatrati IC zračenje jako zagrijanih tijela, primjerice Sunca ili žarne niti žarulje sa žarnom niti.
Pomoću infracrvenog teleskopa možete vidjeti galaksije skrivene od nas oblacima prašine. Ovako npr. izgleda Andromedina maglica u IC zrakama. Tvari različito propuštaju vidljivo i IC zračenje, npr. jod jako slabi vidljivu svjetlost, ali je u IC području gotovo proziran.
Ljudska percepcija infracrvenog zračenja
IR zračenje je prirodna vrsta zračenja na Zemlji. Čovjek je stalno izložen infracrvenim zrakama; to je njegovo normalno stanje. Većina Sunčeva energija dolazi na Zemlju u obliku infracrvenog zračenja. Sunce u svom zenitu daje osvjetljenje na razini mora nešto više od 1 kW/m2. Istovremeno, 523 W dolazi od IC zračenja, 445 W. - za vidljivo svjetlo, 32 W. - za ultraljubičasto zračenje. Osim toga, sva ostala tijela koja se sastoje od nabijenih čestica koje izvode stalne kaotične oscilacije također su emiteri IC zraka u području valnih duljina od 770 nm do 2 mm.
Valna duljina toplinskog zračenja same osobe je 9,6 mikrona. Ljudsko tijelo proizvodi prosječno 100 kcal/sat topline. Ta se količina povećava s pojačanim metabolizmom, primjerice tijekom rada mišića. Koliko topline tijelo proizvede, toliko mora i otpustiti u okolinu. Ako daje više nego što proizvodi, postoji opasnost od smrzavanja, ako daje premalo, dolazi do toplinskog udara.
Djelovanje infracrvenog zračenja na čovjeka proučavao je japanski liječnik Tadashi Ishikawa 60-ih godina prošlog stoljeća. Otkrio je da infracrvene zrake mogu prodrijeti u ljudsko tijelo do velikih dubina, uzrokujući sličan učinak kao kod osobe u parnoj sobi. Ali u ovom slučaju, znojenje kože počinje već na temperaturi okoline od oko 50 ° C i unutarnjih organa zagrijte se mnogo dublje nego u parnoj sobi. Infracrveni valovi, prodirući duboko u ljudsko tijelo, zagrijavaju sve njegove organe i pojačavaju cirkulaciju krvi. Fizička termoregulacija je prilagođena povećanju prijenosa topline, dok u isto vrijeme kemijska termoregulacija dovodi do smanjenja proizvodnje topline. Što dovodi do širenja krvnih žila u koži, potkožnom tkivu i dišnim organima, što zauzvrat poboljšava prehranu mišića i naglo povećava opskrbu tkiva kisikom. Rezultat ovog rada bilo je stvaranje infracrvenih kabina, u kojima su dugovalni IR grijači bili glavni grijaći element.
Dugogodišnja istraživanja znanstvenika o utjecaju infracrvenog zračenja na čovjeka pokazala su da infracrvena toplina pozitivno utječe na njegovo zdravlje. Istovremeno, zračenje koje apsorbira tijelo zagrijava čovjeka, pretvarajući se u toplinu, a višak topline predaje se hladnom zraku, djelujući na njega osvježavajuće. No, ne treba zaboraviti da dugotrajno izlaganje intenzivnom infracrvenom zračenju može uzrokovati toplinski udar, a izlaganje vrlo jakom infracrvenom zračenju uzrokuje bol i dovodi do opeklina.
U normalnim (prirodnim) uvjetima čovjek ne vidi IC zračenje. Ali ljudska interakcija s umjetnim kvantnim izvorima infracrvenog zračenja (laserima) omogućila je neočekivano otkriće. Pod određenim uvjetima ljudsko oko može vidjeti infracrveno zračenje.
Do otkrića je došlo slučajno tijekom eksperimenta povezanog s drugom studijom. Znanstvenici sa Sveučilišta Washington u St. Louisu primijetili su da povremeno vide bljeskove zelene svjetlosti kada koriste infracrveni laser, što ih je jako iznenadilo.
Istraživači su potom proveli niz testova. Prvo, s volonterima kojima su prikazani bljeskovi IC lasera. Pokazalo se da ga čovjek doista, ako je bljesak dovoljno kratak, može redovito primijetiti.
Zatim su znanstvenici ozračili stanice mrežnice miševa infracrvenim zračenjem (oni ga također ne vide), a također su simulirali učinak infracrvenog zračenja na rodopsin, glavni protein osjetljiv na svjetlo u mrežnici.
Ispostavilo se da rodopsin može percipirati zračenje u bliskom infracrvenom području zahvaljujući kvantnom efektu poznatom kao dvofotonska apsorpcija.
Kada intenzitet laserskog zračenja, odnosno broj fotona koje laser emitira u jedinici vremena, postane dovoljan, tada rodopsin može apsorbirati dva fotona istovremeno. Na primjer, ako protein apsorbira dva fotona valne duljine 1000 nm, oko će ih percipirati kao jedan foton valne duljine 500 nm, što točno odgovara zelenoj boji za ljudsko oko.
Otkriće, vjeruju znanstvenici, ne samo da produbljuje moderno razumijevanje ljudskog vida, već može dovesti i do poboljšanih metoda za dijagnosticiranje očnih bolesti.
Primjeri uporabe infracrvenog zračenja u tehnici iu svakodnevnom životu
IR zračenje ima široku primjenu u znanstvenim istraživanjima, u rješavanju veliki broj praktični tehnički problemi, u vojnim poslovima, u ljudskom životu.
Proučavanje spektra emisije i apsorpcije u infracrvenom području koristi se za proučavanje strukture elektronske ljuske atoma, za određivanje strukture molekula, kao i za kvalitativnu i kvantitativnu analizu smjesa tvari složenog molekularnog sastava, kao što su kao motorno gorivo. Zbog razlike u koeficijentima raspršenja, refleksije i transmisije tijela u vidljivom i IC zračenju, fotografija dobivena u IC zračenju (termografija) ima niz značajki u odnosu na klasičnu fotografiju. Na primjer, infracrvene slike često otkrivaju detalje koji nisu vidljivi na običnoj fotografiji.
Infracrveno snimanje također se široko koristi u astronomiji, zajedno s drugim vrstama elektromagnetskih valova.
U industriji se IC zračenje koristi za sušenje i zagrijavanje materijala i proizvoda kada su ozračeni, za dezinfekciju, a također i za otkrivanje skrivenih nedostataka na proizvodima.
U medicini se IR zrake koriste za liječenje i prevenciju mnogih različitih vrsta bolesti.
Na temelju fotokatoda osjetljivih na IR zračenje (za valne duljine manje od 1,3 μm), specijalni uređaji- elektronsko-optički pretvarači, kod kojih se infracrvena slika oku nevidljivog objekta na fotokatodi pretvara u vidljivu. Na tom su principu izgrađeni različiti uređaji za noćno promatranje (dalekozori, nišani i sl.) koji omogućuju promatranje ili nišanjenje u potpunom mraku kada se promatrani objekti obasjavaju infracrvenim zračenjem iz posebnih izvora, na primjer, iz infracrvenih dioda.
Stvaranje visokoosjetljivih prijemnika IC zračenja omogućilo je izradu posebnih uređaja - toplinskih pelengometara za detekciju i pelengometriju objekata čija je temperatura viša od okolne pozadinske temperature (grijani brodski dimnjaci, zrakoplovni motori, ispušne cijevi tenkova itd.) na temelju na vlastito toplinsko IC zračenje.
Na temelju principa korištenja toplinskog zračenja cilja stvoreni su i sustavi za samonavođenje projektila i projektila. Poseban optički sustav i prijemnik IC zračenja smješten u glavi projektila prima IC zračenje od cilja čija je temperatura viša od okruženje(npr. vlastito IC zračenje aviona, brodova, tvornica, termoelektrana), a uređaj za automatsko praćenje spojen na kormila usmjerava projektil točno na cilj.
Infracrveni lokatori i daljinomjeri omogućuju otkrivanje bilo kakvih objekata u mraku i mjerenje udaljenosti do njih.
Optički kvantni generatori koji emitiraju u infracrvenom području također se koriste za zemaljske i svemirske komunikacije.
U svakodnevnom životu ljudi koriste kućanske grijalice. Za razliku od konvektora, takvi uređaji koriste energiju zračenja za zagrijavanje svih predmeta u prostoriji. I dalje, predmeti interijera daju toplinu okolnom zraku.
Prijenos podataka i daljinski upravljač. Na primjer, svi daljinski upravljači za televizore, stereo sustave, klima uređaje i kontrolirane igračke koriste IC zrake.
Igra "Pronađi Crvenkapicu"
Za igru je potrebno pripremiti sljedeće rekvizite:
Tri identične pletene kape s pomponima;
IR dioda, kontrolni krug i minijaturna baterija pričvršćeni su na jedan od čepova, neprimjetni za druge, a unutarnja površina čepa prekrivena je crvenim baršunastim materijalom.
Pravila igre:
Voditelj na pozornicu poziva tri djevojčice i jednu odraslu osobu. Odrasla osoba stavlja djevojčicama šešire tako da ni oni oko njih ni same djevojčice ne znaju tko je dobio crvenu kapicu.
Djevojke sa šeširima redaju se okrenute prema publici.
Voditelj poziva publiku da pogodi koja je od tri djevojčice Crvenkapica, a sam odlazi fotografirati sve tri djevojčice.
Publika počinje nasumično imenovati ime jedne ili druge djevojke. Voditelj prekida svađu publike i kaže: “A ja znam koja je od djevojčica Crvenkapica! Ovo je (poziva Ime)!”
Voditeljica poziva djevojke da skinu šešire, izvrnu ih naopako i ponovno stave.
Svi gledatelji vide da je voditelj bio u pravu.
Ako u dvorani postoji monitor ili video projektor, voditelj pokazuje publici fotografiju djevojaka koju je snimio kamerom pametnog telefona. Na fotografiji se jasno vidi sjaj IR diode na kapi djevojčice koju je nazvao po djevojčici, a publici je jasno kako je “pogodio Crvenkapicu”.
Čuj nevidljivo
Moj djed, Maligin Nikolaj Aleksandrovič, pokazao mi je jedan od svojih uređaja koje je razvio. Ovaj uređaj se zove "Analizer tekućeg onečišćenja", skraćeno AZZh. Trenutno se ti instrumenti koriste u proizvodnji i lansiranju naših raketa i svemirskih letjelica, zrakoplova, u našim elektranama itd.
Uređaj AZZh koristi infracrveno zračenje za otkrivanje i brojanje malih, nevidljivih čestica zagađivača koji se nalaze u tekućinama. Ispostavilo se da te čestice, ako ih ima mnogo, mogu oštetiti mehanizme raketa ili zrakoplova, pa će se dogoditi nesreća ili katastrofa, a transformatori na elektranama mogu izgorjeti i cijeli gradovi ostati bez svjetla. Uređaj AZZh omogućuje vam da to otkrijete, pravodobno uklonite uzrok onečišćenja i zamijenite prljavu tekućinu.
Dizajn i princip rada analizatora tekućih onečišćenja
Fotoelektrični analizator onečišćenja tekućina AZZH-975 radi na principu mjerenja infracrvenih tokova raspršenih česticama onečišćujućih tvari. Analizirana tekućina se pumpa kroz mjerni kanal malog promjera na čijoj je jednoj strani ugrađen IC emiter s optičkim sustavom, a na drugoj fotodetektor s optičkim sustavom. Budući da je smjer strujanja tekućine okomit na optičku os mjernog sustava "emiter-fotodetektor", na mjestu njihova sjecišta formira se mjerni volumen. U prisustvu optičke nehomogenosti u mjernom volumenu (na primjer, mehaničke nečistoće), zračenje se raspršuje u svim smjerovima. Mjerenjem intenziteta raspršenog zračenja pomoću fotodetektora moguće je dobiti podatke o parametrima onečišćujućih čestica.
Analizator onečišćenja tekućine sastoji se od fotoelektričnog senzora i elektroničke jedinice (EB).
Istraživanje čistoće vode za piće pomoću analizatora onečišćenja tekućine
Pokušali smo upotrijebiti uređaj AZZh za određivanje kontaminanata u vodi za piće. U kuhinji imamo dvije slavine - iz jedne peremo suđe, a iz druge, kroz filter, točimo vodu u kuhalo i u lonce za kuhanje.
Uzeli smo uzorke vode iz svake slavine, pričekali malo dok iz vode ne izađu mjehurići zraka. Izgledom su oba uzorka bila potpuno prozirna, voda se činila vrlo čistom.
Proveli smo uzorke kroz senzor uređaja. Na displeju su se pojavljivali razni brojevi koje mi je bilo teško odmah razumjeti.
Budući da i sam jako volim slušati glazbu i pjevati pjesme, pitao sam djeda je li moguće postići da uređaj nekako zvuči čistoću tekućine. Ideja nam se svidjela i zajedno smo smislili kako spojiti uređaj na pojačalo i zvučnike koje smo imali kod kuće.
Ponovno smo uzeli uzorke vode iz dvije slavine i jednu po jednu propuštali kroz senzor. Prilikom praćenja filtrirane vode zvuk u zvučnicima je bio tih, ali kod praćenja vode iz obične slavine čuo se vrlo glasan zvuk sličan pucketanju. Tako smo mogli čuti oku nevidljive čestice zagađivača kojih je u vodi nakon filtera bilo znatno manje!
Tijekom pokusa otkriveno je značajno povećanje glasnoće zvuka kada su prsti uronjeni u uzorak vode. Ovo je zvuk prljavštine koju voda ispire s površine kože, što pokazuje učinkovitost pranja ruku.
Sada razmišljamo o drugim eksperimentima za kontrolu čistoće mineralne vode od plastičnog i staklenog posuđa, uspoređujući učinkovitost različitih deterdženti a planiramo napraviti mali uređaj za kućanstvo sa zvučnom i svjetlosnom indikacijom.
Zaključak
U radu se istražuju izvori infracrvenog zračenja, njihova svojstva, utjecaj na čovjeka te njihova uporaba u tehnici i ljudskom životu.
Razvijena je igra (koristeći infracrvenu diodu) “Pronađi Crvenkapicu” koja demonstrira sposobnost otkrivanja izvora infracrvenog zračenja nevidljivog oku.
Predložen je način da se čuju signali iz izvora infracrvenog zračenja, pored kojeg prolaze čestice zagađivača u vodi. Moglo se u pristupačnom obliku, "na uho", pokazati učinkovitost pročišćavanja pitke vode iz vodovoda u kućanstvu s filtrom, ali i poslušati kako prljavština "zvuči" kada se ispere vodom s površine kožu ruku.
U daljnjim istraživanjima predlaže se praćenje čistoće mineralne vode od plastičnog i staklenog posuđa, usporedba učinkovitosti različitih deterdženata, te razvoj i proizvodnja prototipa malog uređaja za kućanstvo sa zvučnom i svjetlosnom indikacijom.
Bibliografska poveznica
Ermakov A. INFRACRVENO ZRAČENJE U TEHNOLOGIJI I KUĆANSTVU // Start in science. – 2017. – Broj 1. – Str. 119-123;URL: http://science-start.ru/ru/article/view?id=557 (datum pristupa: 11.12.2019.).
Izvori infracrvenog zračenja
Snažan izvor infracrvenog zračenja je Sunce, oko 50% njegovog zračenja leži u infracrvenom području. Značajan udio (od 70 do 80%) energije zračenja žarulja sa žarnom niti s volframovom niti dolazi od infracrvenog zračenja.
Prilikom fotografiranja u mraku i kod nekih uređaja za noćno promatranje, lampe za pozadinsko osvjetljenje opremljene su infracrvenim filtrom koji propušta samo infracrveno zračenje. Snažan izvor infracrvenog zračenja je ugljični električni luk s temperaturom od ~ 3900 K, čije je zračenje blisko zračenju crnog tijela, kao i razne svjetiljke s izbojem u plinu (impulsno i kontinuirano gorenje). Za grijanje prostorija zračenjem koriste se spirale od nikromske žice zagrijane na temperaturu od ~ 950 K. Za bolju koncentraciju infracrvenog zračenja takvi su grijači opremljeni reflektorima. U znanstvenim istraživanjima, na primjer, pri dobivanju infracrvenih apsorpcijskih spektara u različitim područjima spektra koriste se posebni izvori infracrvenog zračenja: volframove trake, Nernst pin, globar, visokotlačne živine svjetiljke itd.
Zračenje nekih optičkih kvantnih generatora - lasera također leži u infracrvenom području spektra; na primjer, zračenje lasera od neodimijskog stakla ima valnu duljinu od 1,06 µm, lasera na mješavini neona i helija - 1,15 µm i 3,39 µm, lasera s ugljikovim dioksidom - 10,6 µm, poluvodičkog lasera na InSb - 5 µm i itd. Prijemnici infracrvenog zračenja temelje se na pretvaranju energije infracrvenog zračenja u druge vrste energije koje se mogu mjeriti konvencionalnim metodama.
Postoje toplinski i fotoelektrični prijemnici infracrvenog zračenja. Kod prvog apsorbirano infracrveno zračenje uzrokuje porast temperature termoosjetljivog elementa prijemnika, što se bilježi. U fotoelektričnim prijamnicima apsorbirano infracrveno zračenje dovodi do pojave ili promjene električne struje ili napona. Fotoelektrični prijemnici su, za razliku od toplinskih, selektivni prijemnici, tj. osjetljivi samo u određenom području spektra. Posebni fotografski filmovi i ploče - infraploče - također su osjetljivi na infracrveno zračenje (do l = 1,2 mikrona), pa se fotografije mogu snimati u infracrvenom zračenju.
Primjena infracrvenog zračenja
Infracrveno zračenje naširoko se koristi u znanstvenim istraživanjima, u rješavanju velikog broja praktičnih problema, u vojnim poslovima itd. Proučavanje spektra emisije i apsorpcije u infracrvenom području koristi se u proučavanju strukture elektronske ljuske atoma, za određivanje strukture molekula, kao i za kvalitativnu i kvantitativnu analizu smjesa tvari složenog molekularnog sastava, kao što su motorna goriva. Zbog razlike u koeficijentima raspršenja, refleksije i transmisije tijela u vidljivom i infracrvenom zračenju, fotografija dobivena u infracrvenom zračenju ima niz značajki u odnosu na klasičnu fotografiju. Na primjer, infracrvene slike često otkrivaju detalje koji nisu vidljivi na običnoj fotografiji.
U industriji se infracrveno zračenje koristi za sušenje i zagrijavanje materijala i proizvoda kada su ozračeni, kao i za otkrivanje skrivenih nedostataka na proizvodima.
Na temelju fotokatoda osjetljivih na infracrveno zračenje (za l< 1,3 мкм), созданы специальные приборы - электроннооптические преобразователи, в которых не видимое глазом инфракрасное изображение объекта на фотокатоде преобразуется в видимое. На этом принципе построены различные приборы ночного видения (бинокли, прицелы и др.), позволяющие при облучении наблюдаемых объектов инфракрасным излучением от специальных источников вести наблюдение или прицеливание в полной темноте. Создание высокочувствительных приёмников Инфракрасного излучения позволило построить специальные приборы - теплопеленгаторы для обнаружения и пеленгации объектов, температура которых выше температуры окружающего фона (нагретые трубы кораблей, двигатели самолётов, выхлопные трубы танков и др.), по их собственному тепловому Инфракрасному излучению. На принципе использования теплового излучения цели созданы также системы самонаведения на цель снарядов и ракет. Специальная оптическая система и приёмник инфракрасного излучения, расположенные в головной части ракеты, принимают инфракрасное излучение от цели, температура которой выше температуры окружающей среды (например, собственное инфракрасное излучение самолётов, кораблей, заводов, тепловых электростанций), а автоматическое следящее устройство, связанное с рулями, направляет ракету точно в цель. Инфракрасные локаторы и дальномеры позволяют обнаруживать в темноте любые объекты и измерять расстояния до них.
Optički kvantni generatori koji emitiraju u infracrvenom području također se koriste za zemaljske i svemirske komunikacije.
Čovjek je svakodnevno izložen infracrvenom zračenju, a njegov prirodni izvor je sunce. Elementi sa žarnom niti i razni električni uređaji za grijanje klasificirani su kao neprirodni derivati. Ovo zračenje se koristi u sustavima grijanja, infracrvene lampe, uređaji za grijanje, daljinski upravljači za TV, medicinska oprema. Stoga je uvijek potrebno znati dobrobiti i štete infracrvenog zračenja za ljude.
Infracrveno zračenje: što je to?
To je dugovalna energija koja ima pozitivna svojstva, a odgovara prirodnom zračenju ljudskog tijela s najvećom valnom duljinom od 9,6 mikrona. Stoga svaki vanjski utjecaj percipira tijelo kao “domaće”. Najviše najbolji primjer infracrveno zračenje je toplina sunca. Takva zraka ima tu razliku što zagrijava predmet, a ne prostor oko njega. Infracrveno zračenje je opcija distribucije topline.
Prednosti infracrvenog zračenja
Uređaji koji koriste dugovalno toplinsko zračenje izloženi su dvjema na različite načine na ljudsko tijelo. Prva metoda ima svojstvo jačanja, povećava zaštitne funkcije i sprječava rano starenje. Ova vrsta vam omogućuje da se nosite s raznim bolestima, povećavajući prirodnu obranu tijela od bolesti. To je oblik liječenja koji se temelji na zdravlju i prikladan je za korištenje kod kuće iu medicinskim ustanovama.
Druga vrsta utjecaja infracrvenih zraka je izravno liječenje bolesti i općih tegoba. Čovjek se svakodnevno suočava sa zdravstvenim poremećajima. Stoga dugi emiteri imaju terapeutska svojstva. Mnoge medicinske ustanove u Americi, Kanadi, Japanu, zemljama ZND-a i Europi koriste takvo zračenje. Valovi mogu prodrijeti duboko u tijelo, zagrijavajući unutarnje organe i koštani sustav. Ovi učinci pomažu poboljšati cirkulaciju krvi i ubrzati protok tekućine u tijelu.
Pojačana cirkulacija krvi povoljno utječe na ljudski metabolizam, tkiva su zasićena kisikom, a mišićni sustav prima hranu. Mnoge se bolesti mogu eliminirati redovitim izlaganjem zračenju koje prodire duboko u ljudsko tijelo. Ova valna duljina će ublažiti tegobe kao što su:
- visoki ili niski krvni tlak;
- bol u leđima;
- prekomjerna težina, pretilost;
- bolesti kardiovaskularnog sustava;
- depresija, stres;
- poremećaji probavnog trakta;
- artritis, reumatizam, neuralgija;
- artroza, upala zglobova, napadaji;
- malaksalost, slabost, iscrpljenost;
- bronhitis, astma, upala pluća;
- poremećaj spavanja, nesanica;
- bol u mišićima i lumbalnom dijelu;
- problemi s opskrbom krvlju, cirkulacijom krvi;
- otorinolaringološke bolesti bez gnojnih naslaga;
- kožne bolesti, opekline, celulit;
- zatajenje bubrega;
- prehlade i virusne bolesti;
- smanjena zaštitna funkcija tijela;
- intoksikacija;
- akutni cistitis i prostatitis;
- kolecistitis bez stvaranja kamenca, gastroduodenitis.
Pozitivan učinak zračenja temelji se na činjenici da pri udaru vala na kožu djeluje na završetke živaca i javlja se osjećaj topline. Više od 90% zračenja uništava vlaga koja se nalazi u gornjem sloju kože i ne uzrokuje ništa više od povećanja tjelesne temperature. Spektar izloženosti, čija je duljina 9,6 mikrona, apsolutno je siguran za ljude.
Zračenje potiče cirkulaciju krvi, normalizira krvni tlak i metabolički procesi. Opskrbom moždanog tkiva kisikom smanjuje se rizik od vrtoglavice i poboljšava pamćenje. Infracrvena zraka može ukloniti soli teških metala, kolesterol i toksine. Tijekom terapije povećava se imunitet pacijenta, normalizira se hormonska razina i vraća se ravnoteža vode i soli. Valovi smanjuju djelovanje raznih otrovnih kemikalija, imaju protuupalna svojstva, suzbijaju stvaranje gljivica, uključujući i plijesan.
Primjena infracrvenog zračenja
Infracrvena energija koristi se u raznim područjima, pozitivno utječući na čovjeka: 
- Termografija. Pomoću infracrvenog zračenja određuje se temperatura predmeta koji se nalaze na udaljenosti. Toplinski valovi se uglavnom koriste u vojnim i industrijskim primjenama. Zagrijani predmeti s takvim uređajem mogu se vidjeti bez osvjetljenja.
- Grijanje. Infracrvene zrake pridonose povećanju temperature, blagotvorno utječući na ljudsko zdravlje. Osim korisnih infracrvene saune, koriste se za zavarivanje, žarenje plastičnih predmeta i stvrdnjavanje površina u industriji i medicini.
- Praćenje. Ova metoda korištenja toplinske energije je pasivno vođenje projektila. Ovi leteći elementi unutar sebe imaju mehanizam koji se naziva tražilo topline. Automobili, zrakoplovi i druga vozila, kao i ljudi, emitiraju toplinu kako bi pomogli raketama da pronađu pravi smjer za let.
- Meteorologija. Radijacija pomaže satelitima odrediti udaljenost na kojoj se nalaze oblaci, određuje njihovu temperaturu i vrstu. Topli oblaci prikazani su sivom bojom, a hladni oblaci prikazani su bijelom bojom. Podaci se proučavaju bez smetnji i danju i noću. Zemljina vruća ravnina bit će označena sivom ili crnom bojom.
- Astronomija. Astronomi su opremljeni jedinstvenim instrumentima - infracrvenim teleskopima, koji im omogućuju promatranje različitih objekata na nebu. Zahvaljujući njima, znanstvenici mogu pronaći protozvijezde prije nego počnu emitirati vidljivu svjetlost. ljudskom oku. Takav teleskop lako će identificirati hladne objekte, ali planeti se ne mogu vidjeti u infracrvenom spektru koji se promatra zbog prigušene svjetlosti zvijezda. Uređaj se također koristi za promatranje galaktičkih jezgri koje su zaklonjene plinom i prašinom.
- Umjetnost. Reflektogrami, koji rade na temelju infracrvenog zračenja, pomažu stručnjacima u ovom području da detaljnije ispitaju donje slojeve predmeta ili umjetnikove skice. Ova metoda omogućuje vam da usporedite crteže crteža i njegov vidljivi dio kako biste utvrdili autentičnost slike i je li restaurirana. Prethodno je uređaj bio prilagođen za proučavanje starih pisanih dokumenata i izradu tinte.
Ovo su samo osnovne metode korištenja toplinske energije u znanosti, ali nova oprema koja radi na njihovoj osnovi pojavljuje se svake godine.
Šteta od infracrvenog zračenja
Infracrveno svjetlo ne samo da ima pozitivan učinak na ljudsko tijelo, nego je vrijedno zapamtiti štetu koju može uzrokovati ako ne pravilnu upotrebu i biti opasan za druge. Negativno utječu IR rasponi s kratkom valnom duljinom. Loš učinak infracrvenog zračenja na ljudski organizam očituje se u vidu upale donjih slojeva kože, proširenih kapilara i stvaranja mjehura.
Korištenje infracrvenih zraka treba odmah napustiti u slučaju sljedećih bolesti i simptoma: 
- bolesti cirkulacijskog sustava, krvarenje;
- kronični ili akutni oblik gnojni procesi;
- trudnoća i dojenje;
- maligni tumori;
- zatajenje pluća i srca;
- akutna upala;
- epilepsija;
- Duljim izlaganjem infracrvenom zračenju povećava se rizik od razvoja fotofobije, katarakte i drugih očnih bolesti.
Jaka izloženost infracrvenom zračenju dovodi do crvenila kože i opeklina. Radnici u metalurškoj industriji ponekad razviju toplinski udar i dermatitis. Što je kraća udaljenost korisnika od grijaćeg tijela, to manje vremena treba provoditi u blizini uređaja. Pregrijavanje moždanog tkiva za jedan stupanj i toplinski udar praćeni su simptomima poput mučnine, vrtoglavice, tahikardije i zamračenja pred očima. Kad temperatura poraste za dva stupnja ili više, postoji opasnost od razvoja meningitisa.
Ako do toplinskog udara dođe pod utjecajem infracrvenog zračenja, unesrećenog treba odmah smjestiti u hladnu prostoriju i skinuti svu odjeću koja steže ili ograničava kretanje. Zavoji natopljeni hladnom vodom ili vrećice s ledom stavljaju se na prsa, vrat, prepone, čelo, kralježnicu i pazuhe.
Ako nemate vrećicu za led, u tu svrhu možete koristiti bilo koju tkaninu ili odjevni predmet. Oblozi se rade samo s vrlo hladna voda, povremeno vlažeći zavoje u njemu.
Ako je moguće, osoba se potpuno umota u hladnu plahtu. Osim toga, možete puhati mlaz hladnog zraka na pacijenta pomoću ventilatora. Pijte puno tekućine hladna voda pomoći će ublažiti stanje žrtve. U teškim slučajevima izloženosti potrebno je pozvati hitnu pomoć i provesti umjetno disanje.
Kako izbjeći štetne učinke IR valova
Kako biste se zaštitili od negativnih učinaka toplinskih valova, morate se pridržavati nekih pravila: 
- Ako je rad izravno povezan s visokotemperaturnim grijačima, onda Obavezna je uporaba zaštitne odjeće za zaštitu tijela i očiju.
- Kućne grijalice s izloženim grijaćim elementima koriste se s velikim oprezom. Ne biste trebali biti blizu njih i bolje je smanjiti vrijeme njihovog utjecaja na minimum.
- U prostoriji trebaju biti uređaji koji najmanje utječu na ljude i njihovo zdravlje.
- Ne biste trebali dugo ostati ispod sunčeve zrake . Ako se to ne može promijeniti, tada morate stalno nositi šešir i odjeću koja pokriva otvorene dijelove tijela. To se posebno odnosi na djecu, koja ne mogu uvijek otkriti povećanje tjelesne temperature.
Pridržavajući se ovih pravila, osoba će se moći zaštititi od neugodne posljedice pretjerano toplinski utjecaj. Infracrvene zrake mogu uzrokovati i štetu i korist ako se koriste na određene načine.
Metode liječenja
Infracrvena terapija se dijeli na dvije vrste: lokalnu i opću. Kod prvog tipa radi se o lokalnom djelovanju na određeno područje, a kod općeg tretmana valovima se tretira cijelo ljudsko tijelo. Postupak se provodi dva puta dnevno 15-30 minuta. Tijek liječenja je od 5 do 20 sesija. Obavezno je nositi zaštitnu opremu prilikom zračenja. Za oči se koriste kartonske navlake ili posebne naočale. Nakon zahvata na koži se pojavljuje crvenilo zamućenih granica koje nestaje nakon sat vremena nakon izlaganja zrakama. Infracrveno zračenje vrlo je cijenjeno u medicini.
Visoki intenzitet zračenja može naškoditi zdravlju, stoga morate slijediti sve kontraindikacije.
Toplinska energija prati čovjeka svaki dan u svakodnevni život. Infracrveno zračenje donosi ne samo koristi, već i štetu. Stoga je s infracrvenim svjetlom potrebno postupati s oprezom. Uređaji koji emitiraju te valove moraju se koristiti na siguran način. Mnogi ljudi ne znaju je li izloženost toplini štetna, ali pravilnom uporabom uređaja moguće je poboljšati zdravlje osobe i riješiti se određenih bolesti.
