Infrarood straling. Meer over infraroodstraling

INVOERING

De onvolmaaktheid van de eigen natuur, gecompenseerd door de flexibiliteit van het intellect, dwong iemand voortdurend tot zoeken. Het verlangen om te vliegen als een vogel, te zwemmen als een vis, of bijvoorbeeld 's nachts te zien als een kat, werd werkelijkheid toen de vereiste kennis en technologie werden bereikt. Wetenschappelijk onderzoek werd vaak gestimuleerd door de behoeften van militaire activiteiten, en de resultaten werden bepaald door het bestaande technologische niveau.

Het uitbreiden van het gezichtsveld om informatie te visualiseren die voor het oog ontoegankelijk is, is een van de moeilijkste taken, omdat het serieuze wetenschappelijke training en een aanzienlijke technische en economische basis vereist. De eerste succesvolle resultaten in deze richting werden behaald in de jaren dertig van de 20e eeuw. Het probleem van observatie bij weinig licht werd bijzonder urgent tijdens de Tweede Wereldoorlog.

Uiteraard hebben de inspanningen die in deze richting zijn geleverd geleid tot vooruitgang op het gebied van wetenschappelijk onderzoek, geneeskunde, communicatietechnologie en andere gebieden.

FYSICA VAN INFRAROODSTRALING

Infrarood straling- elektromagnetische straling die het spectrale gebied beslaat tussen het rode uiteinde van zichtbaar licht (met golflengte (= m) en kortegolfradiostraling (= m). Infraroodstraling werd in 1800 ontdekt door de Engelse wetenschapper W. Herschel. 123 jaar na de ontdekking van infraroodstraling ontving de Sovjet-natuurkundige A.A. Glagoleva-Arkadyeva radiogolven met een golflengte van ongeveer 80 micron, d.w.z. gelegen in het infrarode golflengtebereik. Dit bewees dat licht, infrarode stralen en radiogolven van dezelfde aard zijn, ze zijn allemaal slechts varianten van gewone elektromagnetische golven.

Infraroodstraling wordt ook wel “thermische” straling genoemd, omdat alle lichamen, vast en vloeibaar, die tot een bepaalde temperatuur worden verwarmd, energie uitstralen in het infraroodspectrum.

BRONNEN VAN IR-STRALING

BELANGRIJKSTE BRONNEN VAN IR-STRALING VAN SOMMIGE OBJECTEN

Infraroodstraling van ballistische raketten en ruimtevoorwerpen

Infraroodstraling van vliegtuigen

Infraroodstraling van oppervlakteschepen

Marcherende fakkel

motor, een stroom brandende gassen die zwevende vaste deeltjes as en roet vervoeren die worden gevormd tijdens de verbranding van raketbrandstof.

Raket lichaam.

De aarde, die een deel van de zonnestralen reflecteert die erop vallen.

De aarde zelf.

Straling die door het casco van een vliegtuig wordt gereflecteerd door de zon, de aarde, de maan en andere bronnen.

Interne thermische straling van de verlengpijp en het mondstuk van een turbostraalmotor of uitlaatpijpen van zuigermotoren.

Eigen thermische straling van de uitlaatgasstraal.

Interne thermische straling van de vliegtuighuid, als gevolg van aerodynamische verwarming tijdens vluchten met hoge snelheden.

Schoorsteen behuizing.

Uitlaat

schoorsteen gat

BASISEIGENSCHAPPEN VAN IR-STRALING

1. Gaat door sommige ondoorzichtige lichamen, ook door regen,

nevel, sneeuw.

2. Produceert een chemisch effect op fotografische platen.

3. Geabsorbeerd door een stof, verwarmt het deze.

4. Veroorzaakt een intern foto-elektrisch effect in germanium.

5. Onzichtbaar.

6. In staat tot interferentie- en diffractieverschijnselen.

7. Geregistreerd door thermische methoden, foto-elektrisch en

fotografisch.

KENMERKEN VAN IR-STRALING

Eigen gereflecteerde verzwakkende fysieke

thermische objecten IR IR-stralingseigenschappen IR

straling straling in de atmosfeer stralingsachtergronden

Kenmerken	Basis concepten
Eigen thermische straling van verwarmde lichamen	Het fundamentele concept is een volledig zwart lichaam. Een absoluut zwart lichaam is een lichaam dat alle straling die erop valt, op welke golflengte dan ook, absorbeert. Stralingsintensiteitsverdeling van zwarte lichamen (Planck's s/n): waar is de spectrale helderheid van straling bij temperatuur T, is de golflengte in microns, C1 en C2 zijn constante coëfficiënten: C1 = 1,19Wμmcmsr, C2=1,44μmgraden. Maximale golflengte (wet van Wien): , waarbij T de absolute lichaamstemperatuur is. Integrale stralingsdichtheid - Wet van Stefan - Boltzmann:
IR-straling gereflecteerd door objecten	De maximale zonnestraling, die de gereflecteerde component bepaalt, komt overeen met golflengten korter dan 0,75 micron, en 98% van de totale zonnestralingsenergie valt in het spectrale gebied tot 3 micron. Deze golflengte wordt vaak beschouwd als de grensgolflengte die de gereflecteerde (zonne) en intrinsieke componenten van IR-straling scheidt van objecten. Daarom kan worden aanvaard dat in het nabije deel van het IR-spectrum (tot 3 μm) de gereflecteerde component doorslaggevend is en dat de verdeling van de straling over objecten afhangt van de verdeling van de reflectie en de instraling. Voor het verre deel van het IR-spectrum is de bepalende factor de eigen straling van de objecten, en de verdeling van de emissiviteit over hun gebied hangt af van de verdeling van de emissiviteitscoëfficiënten en de temperatuur. In het middengolfgedeelte van het IR-spectrum moet met alle vier de parameters rekening worden gehouden.
Verzwakking van IR-straling in de atmosfeer	In het IR-golflengtebereik zijn er verschillende transparantievensters en de afhankelijkheid van atmosferische transmissie van de golflengte heeft een zeer complexe vorm. De verzwakking van IR-straling wordt bepaald door de absorptiebanden van waterdamp en gascomponenten, voornamelijk koolstofdioxide en ozon, evenals doorelen. Zie figuur “Absorptie van IR-straling”.
Fysieke kenmerken van IR-achtergrondstraling	IR-straling bestaat uit twee componenten: de eigen thermische straling en de gereflecteerde (verstrooide) straling van de zon en andere externe bronnen. In het golflengtebereik korter dan 3 micron domineert gereflecteerde en verstrooide zonnestraling. In dit golflengtebereik kan in de regel de intrinsieke thermische straling van de achtergronden worden verwaarloosd. Integendeel, in het golflengtebereik groter dan 4 μm overheerst de intrinsieke thermische straling van de achtergronden en kan de gereflecteerde (verstrooide) zonnestraling worden verwaarloosd. Het golflengtebereik van 3-4 micron is als het ware transitioneel. In dit bereik is er een uitgesproken minimum in de helderheid van achtergrondformaties.

ABSORPTIE VAN IR-STRALING

Transmissiespectrum van de atmosfeer in het nabije en midden-infrarode gebied (1,2-40 μm) op zeeniveau (onderste curve in de grafieken) en op een hoogte van 4000 m (bovenste curve); in het submillimeterbereik (300-500 micron) bereikt straling het aardoppervlak niet.

IMPACT OP DE MENS

Sinds de oudheid zijn mensen zich terdege bewust van de heilzame kracht van warmte of, in wetenschappelijke termen, infraroodstraling.

In het infraroodspectrum bevindt zich een gebied met golflengten van ongeveer 7 tot 14 micron (het zogenaamde langegolfgedeelte van het infraroodbereik), dat een werkelijk uniek gunstig effect heeft op het menselijk lichaam. Dit deel van de infraroodstraling komt overeen met de straling van het menselijk lichaam zelf, met een maximum bij een golflengte van ongeveer 10 micron. Daarom neemt ons lichaam elke externe straling met dergelijke golflengten waar als ‘de onze’. De beroemdste natuurlijke bron van infraroodstraling op onze aarde is de zon, en de beroemdste kunstmatige bron van langegolf infraroodstraling in Rusland is de Russische kachel, en iedereen heeft zeker de gunstige effecten ervan ervaren. Koken met infraroodgolven maakt voedsel bijzonder smakelijk, behoudt vitamines en mineralen en heeft niets met magnetrons te maken.

Door het menselijk lichaam te beïnvloeden in het langegolfgedeelte van het infraroodbereik, is het mogelijk een fenomeen te verkrijgen dat “resonantie-absorptie” wordt genoemd, waarbij externe energie actief door het lichaam wordt geabsorbeerd. Als gevolg van dit effect neemt de potentiële energie van de lichaamscel toe en verlaat ongebonden water deze, neemt de activiteit van specifieke cellulaire structuren toe, neemt het niveau van immunoglobulinen toe, neemt de activiteit van enzymen en oestrogenen toe en treden er andere biochemische reacties op. Dit geldt voor alle soorten lichaamscellen en bloed.

KENMERKEN VAN BEELDEN VAN OBJECTEN IN HET IR-BEREIK

Infraroodbeelden hebben een verdeling van contrasten tussen bekende objecten die ongebruikelijk is voor de waarnemer vanwege een andere verdeling van de optische kenmerken van objectoppervlakken in het IR-bereik vergeleken met het zichtbare deel van het spectrum. IR-straling maakt het mogelijk om in IR-beelden objecten te detecteren die op gewone foto's niet waarneembaar zijn. Het is mogelijk om gebieden met beschadigde bomen en struiken te identificeren en bewijsmateriaal te onthullen van het gebruik van vers gekapte vegetatie om objecten te camoufleren. De verschillende overdracht van tonen in beelden leidde tot het ontstaan van de zogenaamde multispectrale opname, waarbij hetzelfde deel van het vlak van objecten tegelijkertijd in verschillende zones van het spectrum wordt gefotografeerd door een multispectrale camera.

Een ander kenmerk van IR-beelden, kenmerkend voor warmtekaarten, is dat naast de gereflecteerde straling ook hun eigen straling deelneemt aan de vorming ervan, en in sommige gevallen alleen dit alleen. Intrinsieke straling wordt bepaald door de emissiviteit van de oppervlakken van objecten en hun temperatuur. Dit maakt het mogelijk om verwarmde oppervlakken of gebieden daarvan op warmtekaarten te identificeren die volledig niet waarneembaar zijn op foto's, en om warmtebeelden te gebruiken als informatiebron over de temperatuurtoestand van een object.

IR-beelden maken het mogelijk om informatie te verkrijgen over objecten die op het moment van opname niet meer aanwezig zijn. Op het oppervlak van de plek waar een vliegtuig geparkeerd staat, wordt bijvoorbeeld het thermische portret enige tijd bewaard, wat kan worden vastgelegd op een IR-beeld.

Het vierde kenmerk van hittekaarten is het vermogen om objecten te registreren, zowel bij afwezigheid van invallende straling als bij afwezigheid van temperatuurveranderingen; alleen vanwege verschillen in de emissiviteit van hun oppervlakken. Deze eigenschap maakt het mogelijk om objecten te observeren in volledige duisternis en in omstandigheden waarin temperatuurverschillen zo klein zijn dat ze niet waarneembaar zijn. Onder dergelijke omstandigheden zijn ongeverfde metalen oppervlakken met een lage emissiviteit vooral duidelijk zichtbaar tegen de achtergrond van niet-metalen objecten die er lichter ("donker") uitzien, hoewel hun temperaturen hetzelfde zijn.

Een ander kenmerk van hittekaarten houdt verband met de dynamiek van thermische processen die overdag plaatsvinden. Vanwege de natuurlijke dagelijkse temperatuurvariatie nemen alle objecten op het aardoppervlak deel aan een voortdurend plaatsvindend warmte-uitwisselingsproces. Bovendien hangt de temperatuur van elk lichaam af van de omstandigheden van warmte-uitwisseling, de fysieke eigenschappen van de omgeving, de intrinsieke eigenschappen van een bepaald object (warmtecapaciteit, thermische geleidbaarheid), enz. Afhankelijk van deze factoren is de temperatuurverhouding van aangrenzende objecten verandert gedurende de dag, waardoor warmtekaarten die op verschillende tijdstippen zijn verkregen, zelfs van dezelfde objecten, van elkaar verschillen.

TOEPASSING VAN INFRAROODSTRALING

In de eenentwintigste eeuw begon de introductie van infraroodstraling in ons leven. Nu wordt het gebruikt in de industrie en de geneeskunde, in het dagelijks leven en in de landbouw. Het is universeel en kan voor een breed scala aan doeleinden worden gebruikt. Gebruikt in forensisch onderzoek, fysiotherapie en in de industrie voor het drogen van geverfde producten, muren, hout en fruit. Verkrijg beelden van objecten in het donker, nachtkijkers (nachtverrekijkers) en mist.

Nachtkijkers - een geschiedenis van generaties

Nul generatie
"Glas canvas"	Systemen met drie en twee elektroden
	Fotokathode Manchet Focusserende elektrode
	midden jaren dertig
Philips Technisch Centrum, Nederland	In het buitenland - Zworykin, Farnsword, Morton en von Ardenna; in de USSR - G.A. Grinberg, AA Artsimovich
Deze beeldversterkerbuis bestond uit twee in elkaar geneste glazen, op de vlakke bodems waarvan een fotokathode en een fosfor waren aangebracht. De hoogspanningsspanning die op deze lagen wordt toegepast, ontstaat een elektrostatisch veld dat zorgt voor directe overdracht van een elektronisch beeld van de fotokathode naar een scherm met een fosfor. Een zilver-zuurstof-cesium-fotokathode, die een vrij lage gevoeligheid had, hoewel operationeel in het bereik van maximaal 1,1 micron, werd gebruikt als lichtgevoelige laag in het "Holst-glas". Bovendien had deze fotokathode een hoog geluidsniveau, waardoor koeling tot min 40 °C nodig was om dit te elimineren.	Vooruitgang in de elektronenoptica heeft het mogelijk gemaakt om directe beeldoverdracht te vervangen door focussering met een elektrostatisch veld. Het grootste nadeel van een beeldversterkerbuis met elektrostatische beeldoverdracht is de scherpe afname van de resolutie vanuit het midden van het gezichtsveld naar de randen als gevolg van de mismatch van het kromlijnige elektronische beeld met de platte fotokathode en het scherm. Om dit probleem op te lossen, werden ze bolvormig gemaakt, wat het ontwerp van lenzen die gewoonlijk voor vlakke oppervlakken zijn ontworpen aanzienlijk ingewikkelder maakte.
Eerste generatie
Meertraps beeldversterkerbuizen


USSR, M.M. Bootslov door RCA, ITT (VS), Philips (Nederland)
Op basis van glasvezelplaten (FOP), een pakket van vele LED's, werden plano-concave lenzen ontwikkeld, die in plaats van de in- en uitgangsramen werden geïnstalleerd. Het optische beeld dat op het vlakke oppervlak van de VOP wordt geprojecteerd, wordt zonder vervorming naar de concave zijde verzonden, wat ervoor zorgt dat de vlakke oppervlakken van de fotokathode en het scherm worden gekoppeld aan een gebogen elektronisch veld. Door het gebruik van de VOP werd de resolutie over het gehele gezichtsveld hetzelfde als in het centrum.
Tweede generatie
Secundaire emissieversterker		Pseudo-verrekijker
1- fotokathode Plaat met 3 microkanalen 4– scherm
		In de jaren '70
Amerikaanse bedrijven		bedrijf "Praxitronic" (Duitsland)
Dit element is een zeef met op regelmatige afstanden geplaatste kanalen met een diameter van ongeveer 10 micron en een dikte van niet meer dan 1 mm. Het aantal kanalen is gelijk aan het aantal beeldelementen en ligt in de orde van 10 6 . Beide oppervlakken van de microkanaalplaat (MCP) zijn gepolijst en gemetalliseerd, en er wordt een spanning van enkele honderden volts tussen aangebracht. Als het elektron het kanaal binnendringt, ervaart het botsingen met de muur en worden secundaire elektronen uitgeschakeld. In een trekkend elektrisch veld wordt dit proces vele malen herhaald, waardoor de winst van NxlO vier keer kan worden verkregen. Om MCP-kanalen te verkrijgen, wordt optische vezel met verschillende chemische samenstelling gebruikt.		Er werden beeldversterkerbuizen met MCP's met een biplanair ontwerp ontwikkeld, dat wil zeggen zonder een elektrostatische lens, een soort technologische terugkeer naar directe beeldoverdracht, zoals in het "Holst-glas". De resulterende miniatuur beeldversterkerbuizen maakten het mogelijk om nachtkijkers (NVG's) van een pseudo-binoculair systeem te ontwikkelen, waarbij het beeld van één beeldversterkerbuis met behulp van een straalsplitsend prisma in twee oculairs wordt gesplitst. De beeldrotatie wordt hier uitgevoerd in extra minilenzen.
Derde generatie
Beeldversterkerbuis P+ en SUPER II+
begon in de jaren 70 tot nu
vooral Amerikaanse bedrijven
Langdurige wetenschappelijke ontwikkeling en complexe productietechnologie, die de hoge kosten van de derde generatie beeldversterkerbuis bepalen, worden gecompenseerd door de extreem hoge gevoeligheid van de fotokathode. De integrale gevoeligheid van sommige monsters bereikt 2000 mA/W, de kwantumopbrengst (de verhouding van het aantal geëmitteerde elektronen tot het aantal kwanta met een golflengte in het gebied van maximale gevoeligheid die op de fotokathode valt) overschrijdt 30%! De levensduur van dergelijke beeldversterkerbuizen bedraagt ongeveer 3.000 uur, de kosten variëren van $600 tot $900, afhankelijk van het ontwerp.

BELANGRIJKSTE KENMERKEN VAN DE EOF

Generaties beeldversterkers		Type fotokathode	Integraal gevoeligheid,	Gevoeligheid aan golflengten 830-850	Verdienen,	Beschikbaar bereik herkenning menselijke figuren erin omstandigheden van natuurlijk nachtlicht, m
	"Glas canvas"			ongeveer 1, IR-verlichting
				alleen onder maanlicht of IR-verlichting
				alleen onder maanlicht of IR-verlichting






	Super II+ of II++

Infraroodstraling is elektromagnetische straling in het golflengtebereik van m thuis. Elk lichaam (gasvormig, vloeibaar, vast) met een temperatuur boven het absolute nulpunt (-273°C) kan worden beschouwd als een bron van infraroodstraling (IR). De menselijke visuele analysator neemt geen stralen waar in het infraroodbereik. Daarom worden soortspecifieke ontmaskeringskenmerken in dit bereik verkregen met behulp van speciale apparaten (nachtkijkers, warmtebeeldcamera's) die een slechtere resolutie hebben dan het menselijk oog. Over het algemeen omvatten de ontmaskeringskenmerken van een object in het IR-bereik het volgende: 1) geometrische kenmerken van het uiterlijk van het object (vorm, afmetingen, oppervlaktedetails); 2) oppervlaktetemperatuur. Infraroodstraling is absoluut veilig voor het menselijk lichaam, in tegenstelling tot röntgenstraling, ultraviolette straling of microgolfstraling. Er is geen gebied waar de natuurlijke methode van warmteoverdracht niet nuttig zou zijn. Iedereen weet immers dat de mens niet slimmer kan worden dan de natuur; we kunnen haar alleen maar imiteren.

BIBLIOGRAFIE

1. Kurbatov L.N. Een kort overzicht van de geschiedenis van de ontwikkeling van nachtkijkers op basis van elektronische optische converters en beeldversterkers // Uitgave. Verdediging Technici. Ser. 11. - 1994

2. Koshchavtsev N.F., Volkov V.G. Nachtkijkers // Probleem. Verdediging Technici. Ser. P. - 1993 - Uitgave. 3 (138).

3. Lecomte J., Infraroodstraling. M.: 2002. 410 d.

4. Menshakov Yu.K., M51 Bescherming van objecten en informatie tegen technische verkenningsmiddelen. M.: Russisch. Staat Humanitair. U-t, 2002. 399 p.

Licht is de sleutel tot het bestaan van levende organismen op aarde. Er zijn een groot aantal processen die kunnen optreden als gevolg van blootstelling aan infraroodstraling. Bovendien wordt het gebruikt voor medicinale doeleinden. Sinds de twintigste eeuw is lichttherapie een belangrijk onderdeel geworden van de traditionele geneeskunde.

Kenmerken van straling

Fototherapie is een speciale sectie binnen de fysiotherapie die de effecten van lichtgolven op het menselijk lichaam bestudeert. Er werd opgemerkt dat de golven verschillende reikwijdten hebben, dus ze hebben verschillende effecten op het menselijk lichaam. Het is belangrijk op te merken dat de straling de grootste penetratiediepte heeft. Wat het oppervlakte-effect betreft, ultraviolet heeft het.

Het infraroodspectrumbereik (stralingsspectrum) heeft een overeenkomstige golflengte, namelijk 780 nm. tot 10.000 nm. Wat fysiotherapie betreft, wordt voor de behandeling van een persoon een golflengte gebruikt die varieert in het spectrum van 780 nm. tot 1400 nm. Dit bereik van infraroodstraling wordt als normaal beschouwd voor therapie. In eenvoudige bewoordingen wordt de juiste golflengte gebruikt, namelijk een kortere golflengte die drie centimeter in de huid kan doordringen. Bovendien wordt rekening gehouden met de speciale energie van het kwantum en de frequentie van straling.

Volgens veel onderzoeken is gebleken dat licht, radiogolven en infraroodstralen dezelfde aard hebben, omdat het typen elektromagnetische golven zijn die mensen overal omringen. Dergelijke golven voeden televisies, mobiele telefoons en radio's. In eenvoudige bewoordingen zorgen golven ervoor dat iemand de wereld om hem heen kan zien.

Het infraroodspectrum heeft een overeenkomstige frequentie, waarvan de golflengte 7-14 micron is, wat een uniek effect heeft op het menselijk lichaam. Dit deel van het spectrum komt overeen met straling van het menselijk lichaam.

Wat kwantumobjecten betreft, moleculen hebben niet het vermogen om willekeurig te trillen. Elk kwantummolecuul heeft een bepaald complex van energie- en stralingsfrequenties die worden opgeslagen op het moment van trilling. Het is echter de moeite waard om te overwegen dat luchtmoleculen zijn uitgerust met een breed scala aan dergelijke frequenties, zodat de atmosfeer straling in verschillende spectra kan absorberen.

Stralingsbronnen

De zon is de belangrijkste bron van IR.

Dankzij dit kunnen objecten tot een bepaalde temperatuur worden verwarmd. Als gevolg hiervan wordt thermische energie uitgezonden in het spectrum van deze golven. De energie bereikt vervolgens de objecten. Het proces van het overbrengen van thermische energie wordt uitgevoerd van objecten met een hoge temperatuur naar een lagere temperatuur. In deze situatie hebben objecten verschillende stralingseigenschappen die afhankelijk zijn van verschillende lichamen.

Overal zijn bronnen van infraroodstraling aanwezig, voorzien van elementen zoals LED's. Alle moderne tv's zijn uitgerust met afstandsbedieningen, omdat ze op de juiste frequentie van het infraroodspectrum werken. Ze bevatten LED's. In de industriële productie zijn verschillende bronnen van infraroodstraling te zien, bijvoorbeeld: bij het drogen van verf- en lakoppervlakken.

De meest opvallende vertegenwoordiger van een kunstmatige bron in Rus waren Russische kachels. Bijna alle mensen hebben de invloed van een dergelijke kachel ervaren en waardeerden ook de voordelen ervan. Dat is de reden waarom dergelijke straling voelbaar is via een verwarmde kachel of radiator. Momenteel zijn infraroodstralers erg populair. Ze hebben een lijst met voordelen ten opzichte van de convectieoptie, omdat ze zuiniger zijn.

Coëfficiënt waarde

Er zijn verschillende soorten coëfficiënten in het infraroodspectrum, namelijk:

straling;
reflectiecoëfficiënt;
doorvoerfactor.

Emissiviteit is dus het vermogen van objecten om stralingsfrequentie uit te zenden, evenals kwantumenergie. Kan variëren afhankelijk van het materiaal en de eigenschappen ervan, evenals de temperatuur. De coëfficiënt heeft zo'n maximale genezing = 1, maar in een reële situatie is dit altijd minder. Wat het lage emissievermogen betreft, het is begiftigd met elementen met een glanzend oppervlak, evenals metalen. De coëfficiënt is afhankelijk van temperatuurindicatoren.

De reflectiecoëfficiënt toont het vermogen van materialen om de onderzoeksfrequentie weer te geven. Afhankelijk van het type materialen, eigenschappen en temperatuurindicatoren. Reflectie treedt vooral op op gepolijste en gladde oppervlakken.

Doorlaatbaarheid toont het vermogen van objecten om de frequentie van infraroodstraling door zichzelf door te geven. Deze coëfficiënt is rechtstreeks afhankelijk van de dikte en het type materiaal. Het is belangrijk op te merken dat de meeste materialen zo'n coëfficiënt niet hebben.

Gebruik in de geneeskunde

Behandeling met infraroodlicht is behoorlijk populair geworden in de moderne wereld. Het gebruik van infraroodstraling in de geneeskunde is te danken aan het feit dat de techniek genezende eigenschappen heeft. Dankzij dit is er een gunstig effect op het menselijk lichaam. Thermische invloed vormt een lichaam in weefsels, regenereert weefsels en stimuleert herstel, versnelt fysische en chemische reacties.

Bovendien ervaart het lichaam aanzienlijke verbeteringen, omdat de volgende processen plaatsvinden:

versnelling van de bloedstroom;
vaatverwijding;
productie van biologisch actieve stoffen;
spierontspanning;
goed humeur;
comfortabele staat;
goede droom;
verlaagde bloeddruk;
het verlichten van fysieke, psycho-emotionele stress, enz.

Het zichtbare effect van de behandeling treedt op binnen verschillende procedures. Naast de genoemde functies heeft het infraroodspectrum een ontstekingsremmend effect op het menselijk lichaam, helpt het infecties te bestrijden, stimuleert en versterkt het immuunsysteem.

Een dergelijke therapie in de geneeskunde heeft de volgende eigenschappen:

biostimulerend;
ontstekingsremmend;
ontgifting;
verbeterde bloedstroom;
ontwaken van secundaire functies van het lichaam.

Infraroodlichtstraling, of beter gezegd de behandeling ervan, heeft zichtbare voordelen voor het menselijk lichaam.

Behandelmethoden

Er zijn twee soorten therapie, namelijk algemeen en lokaal. Wat de lokale effecten betreft, wordt de behandeling uitgevoerd op een specifiek deel van het lichaam van de patiënt. Bij algemene therapie is de toepassing van lichttherapie gericht op het gehele lichaam.

De procedure wordt twee keer per dag uitgevoerd, de sessieduur varieert van 15-30 minuten. De algemene behandelcursus omvat minimaal vijf tot twintig procedures. Zorg ervoor dat u infraroodbescherming voor uw gezicht bij de hand heeft. Voor de ogen worden speciale glazen, watten of kartonnen hoezen gebruikt. Na de sessie raakt de huid bedekt met erytheem, namelijk roodheid met vage grenzen. Het erytheem verdwijnt een uur na de ingreep.

Indicaties en contra-indicaties voor behandeling

IR heeft de belangrijkste indicaties voor gebruik in de geneeskunde:

ziekten van de KNO-organen;
neuralgie en neuritis;
ziekten die het bewegingsapparaat aantasten;
pathologie van de ogen en gewrichten;
ontstekingsprocessen;
wonden;
brandwonden, zweren, dermatosen en littekens;
bronchiale astma;
cystitis;
urolithiasis;
osteochondrose;
cholecystitis zonder stenen;
artritis;
gastroduodenitis in chronische vorm;
longontsteking.

Lichtbehandeling heeft positieve resultaten. Naast het therapeutische effect kan IR gevaarlijk zijn voor het menselijk lichaam. Dit komt door het feit dat er bepaalde contra-indicaties zijn die, als ze niet worden nageleefd, schade aan de gezondheid kunnen veroorzaken.

Als u de volgende aandoeningen heeft, is een dergelijke behandeling schadelijk:

zwangerschapsperiode;
bloedziekten;
individuele intolerantie;
chronische ziekten in de acute fase;
etterende processen;
actieve tuberculose;
aanleg voor bloedingen;
neoplasmata.

Met deze contra-indicaties moet rekening worden gehouden om uw eigen gezondheid niet te schaden. Een te hoge stralingsintensiteit kan grote schade aanrichten.

Wat de schade van IR in de geneeskunde en bij de productie betreft, kunnen brandwonden en ernstige roodheid van de huid optreden. In sommige gevallen ontwikkelden mensen tumoren in hun gezicht omdat ze lang genoeg aan deze straling werden blootgesteld. Aanzienlijke schade door infraroodstraling kan resulteren in de vorm van dermatitis, maar ook een zonnesteek kan voorkomen.

Infraroodstralen zijn behoorlijk gevaarlijk voor de ogen, vooral in het bereik tot 1,5 micron. Langdurige blootstelling veroorzaakt aanzienlijke schade, aangezien fotofobie, staar en zichtproblemen optreden. Langdurige blootstelling aan IR is niet alleen zeer gevaarlijk voor mensen, maar ook voor planten. Met behulp van optische instrumenten kunt u proberen uw zichtprobleem te corrigeren.

Effect op planten

Iedereen weet dat IR's een gunstig effect hebben op de groei en ontwikkeling van planten. Als u bijvoorbeeld een kas uitrust met een infraroodstraler, ziet u een verbluffend resultaat. Verwarming wordt uitgevoerd in het infraroodspectrum, waar een bepaalde frequentie wordt waargenomen en de golf gelijk is aan 50.000 nm. tot 2.000.000 nm.

Er zijn behoorlijk interessante feiten waaruit blijkt dat alle planten en levende organismen worden beïnvloed door zonlicht. Straling van de zon heeft een specifiek bereik van 290 nm. – 3000 nm. In eenvoudige woorden: stralingsenergie speelt een belangrijke rol in het leven van elke plant.

Op basis van interessante en educatieve feiten kan worden vastgesteld dat planten licht en zonne-energie nodig hebben, omdat ze verantwoordelijk zijn voor de vorming van chlorofyl en chloroplasten. De snelheid van het licht beïnvloedt de verlenging, de kiemvorming van cellen en groeiprocessen, de timing van vruchtvorming en bloei.

Specificaties magnetron

Huishoudelijke magnetrons zijn uitgerust met microgolven die iets lager zijn dan gammastraling en röntgenstraling. Dergelijke ovens kunnen een ioniserend effect veroorzaken, wat een gevaar voor de menselijke gezondheid vormt. Microgolven bevinden zich in de kloof tussen infrarood- en radiogolven, dus dergelijke ovens kunnen moleculen en atomen niet ioniseren. Werkende magnetrons hebben geen invloed op mensen, omdat ze door voedsel worden opgenomen en warmte genereren.

Magnetrons kunnen geen radioactieve deeltjes uitstoten en hebben daarom geen radioactief effect op voedsel en levende organismen. Daarom hoeft u zich geen zorgen te maken dat magnetrons uw gezondheid kunnen schaden!

> Infraroodgolven

Wat is er gebeurd infrarode golven: Infraroodgolflengte, infraroodgolfbereik en frequentie. Bestudeer infraroodspectrumpatronen en -bronnen.

Infrarood licht(IR) - elektromagnetische stralen, die qua golflengte het zichtbare overschrijden (0,74-1 mm).

Leerdoel

Begrijp de drie bereiken van het IR-spectrum en beschrijf de processen van absorptie en emissie door moleculen.

Basismomenten

IR-licht absorbeert het grootste deel van de thermische straling die wordt geproduceerd door lichamen bij ongeveer kamertemperatuur. Wordt uitgezonden en geabsorbeerd wanneer er veranderingen optreden in de rotatie en vibratie van moleculen.
Het IR-gedeelte van het spectrum kan op basis van de golflengte in drie gebieden worden verdeeld: ver-infrarood (300-30 THz), midden-infrarood (30-120 THz) en nabij-infrarood (120-400 THz).
IR wordt ook wel thermische straling genoemd.
Het is belangrijk om het concept van emissiviteit te begrijpen om IR te begrijpen.
Met IR-stralen kan op afstand de temperatuur van objecten worden bepaald (thermografie).

Voorwaarden

Thermografie is het op afstand berekenen van veranderingen in de lichaamstemperatuur.
Thermische straling is elektromagnetische straling die door een lichaam wordt gegenereerd als gevolg van de temperatuur.
Emissiviteit is het vermogen van een oppervlak om straling uit te zenden.

Infrarode golven

Infraroodlicht (IR) is elektromagnetische straling waarvan de golflengte groter is dan zichtbaar licht (0,74-1 mm). Het infrarode golflengtebereik convergeert met het frequentiebereik van 300-400 THz en herbergt enorme hoeveelheden thermische straling. IR-licht wordt geabsorbeerd en uitgezonden door moleculen terwijl ze veranderen in rotatie en trilling.

Hier zijn de belangrijkste categorieën elektromagnetische golven. De scheidslijnen verschillen op sommige plaatsen en andere categorieën kunnen elkaar overlappen. Microgolven bezetten het hoogfrequente gedeelte van het radiogedeelte van het elektromagnetische spectrum

Subcategorieën van IR-golven

Het IR-gedeelte van het elektromagnetische spectrum beslaat het bereik van 300 GHz (1 mm) tot 400 THz (750 nm). Er zijn drie soorten infraroodgolven:

Verre IR: 300 GHz (1 mm) tot 30 THz (10 µm). Het onderste deel kan microgolven worden genoemd. Deze stralen worden geabsorbeerd door rotatie in gasfasemoleculen, moleculaire bewegingen in vloeistoffen en fotonen in vaste stoffen. Water in de atmosfeer van de aarde wordt zo sterk geabsorbeerd dat het ondoorzichtig wordt. Maar er worden bepaalde golflengten (vensters) gebruikt voor transmissie.
Midden-IR-bereik: 30 tot 120 THz (10 tot 2,5 µm). De bronnen zijn hete objecten. Geabsorbeerd door moleculaire trillingen (verschillende atomen trillen in evenwichtsposities). Dit bereik wordt soms een vingerafdruk genoemd omdat het een specifiek fenomeen is.
Dichtstbijzijnde IR-bereik: 120 tot 400 THz (2500-750 nm). Deze fysieke processen lijken op die welke plaatsvinden in zichtbaar licht. De hoogste frequenties worden gevonden bij een bepaald type fotofilm en sensoren voor infrarood, fotografie en video.

Warmte en thermische straling

Infraroodstraling wordt ook wel thermische straling genoemd. IR-licht van de zon vangt slechts 49% van de opwarming van de aarde op, terwijl de rest zichtbaar licht is (geabsorbeerd en opnieuw gereflecteerd op langere golflengten).

Warmte is energie in een overgangsvorm die stroomt als gevolg van temperatuurverschillen. Als warmte wordt overgedragen door geleiding of convectie, kan straling zich in een vacuüm voortplanten.

Om IR-stralen te begrijpen, moeten we het concept van emissiviteit nader bekijken.

IR-golfbronnen

Mensen en het grootste deel van de planetaire omgeving produceren warmtestralen van 10 micron. Dit is de grens die de midden- en verre IR-gebieden scheidt. Veel astronomische lichamen zenden detecteerbare hoeveelheden IR-stralen uit op niet-thermische golflengten.

IR-stralen kunnen worden gebruikt om de temperatuur van objecten op afstand te berekenen. Dit proces wordt thermografie genoemd en wordt het meest actief gebruikt in militaire en industriële toepassingen.

Thermografische afbeelding van een hond en kat

IR-golven worden ook gebruikt bij verwarming, communicatie, meteorologie, spectroscopie, astronomie, biologie en geneeskunde, en kunstanalyse.

Om het werkingsprincipe van infraroodstralers te begrijpen, is het noodzakelijk om de essentie van een dergelijk fysiek fenomeen als infraroodstraling voor te stellen.

Infraroodbereik en golflengte

Infraroodstraling is een soort elektromagnetische straling die het bereik van 0,77 tot 340 micron in het spectrum van elektromagnetische golven beslaat. In dit geval wordt het bereik van 0,77 tot 15 micron beschouwd als kortegolf, van 15 tot 100 micron - middengolf en van 100 tot 340 - lange golf.

Het kortegolfgedeelte van het spectrum grenst aan zichtbaar licht, en het langegolfgedeelte versmelt met het gebied van ultrakorte radiogolven. Daarom heeft infraroodstraling zowel de eigenschappen van zichtbaar licht (het plant zich voort in een rechte lijn, wordt gereflecteerd, gebroken als zichtbaar licht) als de eigenschappen van radiogolven (het kan door bepaalde materialen gaan die ondoorzichtig zijn voor zichtbare straling).

Infraroodstralers met een oppervlaktetemperatuur van 700 C tot 2500 C hebben een golflengte van 1,55-2,55 micron en worden "licht" genoemd - qua golflengte liggen ze dichter bij zichtbaar licht, emitters met een lagere oppervlaktetemperatuur hebben een langere golflengte en worden "licht" genoemd. donker".

Infraroodstralingsbronnen

Over het algemeen zendt elk lichaam dat tot een bepaalde temperatuur wordt verwarmd thermische energie uit in het infrarode bereik van het elektromagnetische golfspectrum en kan deze energie via stralingswarmte-uitwisseling naar andere lichamen overbrengen. Energieoverdracht vindt plaats van een lichaam met een hogere temperatuur naar een lichaam met een lagere temperatuur, terwijl verschillende lichamen verschillende emissie- en absorptievermogens hebben, die afhankelijk zijn van de aard van de twee lichamen, de toestand van hun oppervlak, enz.

Elektromagnetische straling heeft een kwantumfotonisch karakter. Bij interactie met materie wordt een foton geabsorbeerd door de atomen van de substantie, waardoor zijn energie aan hen wordt overgedragen. Tegelijkertijd neemt de energie van thermische trillingen van atomen in de moleculen van de substantie toe, d.w.z. stralingsenergie wordt omgezet in warmte.

De essentie van stralingsverwarming is dat de brander, als stralingsbron, thermische straling genereert, zich in de ruimte vormt en naar de verwarmingszone stuurt. Het valt op omhullende structuren (vloeren, muren), technologische apparatuur, mensen in de bestralingszone, wordt door hen geabsorbeerd en verwarmt ze. De stralingsstroom, geabsorbeerd door oppervlakken, kleding en menselijke huid, creëert thermisch comfort zonder de omgevingstemperatuur te verhogen. De lucht in verwarmde ruimtes wordt weliswaar vrijwel transparant voor infraroodstraling, maar wordt verwarmd door “secundaire warmte”, d.w.z. convectie van structuren en objecten die worden verwarmd door straling.

Eigenschappen en toepassingen van infraroodstraling

Er is vastgesteld dat blootstelling aan infraroodstraling een gunstig effect heeft op de mens. Als thermische straling met een golflengte groter dan 2 micron hoofdzakelijk door de huid wordt waargenomen en de resulterende thermische energie naar binnen wordt geleid, dringt straling met een golflengte tot 1,5 micron door het huidoppervlak, verwarmt deze gedeeltelijk en bereikt het netwerk van de huid. bloedvaten en verhoogt direct de temperatuur van het bloed. Bij een bepaalde intensiteit van de warmtestroom veroorzaakt de impact ervan een aangenaam thermisch gevoel. Bij stralingsverwarming geeft het menselijk lichaam het grootste deel van zijn overtollige warmte af door convectie aan de omringende lucht, die een lagere temperatuur heeft. Deze vorm van warmteoverdracht heeft een verfrissend effect en heeft een gunstig effect op het welzijn.

In ons land wordt sinds de jaren dertig onderzoek gedaan naar infraroodverwarmingstechnologie, zowel in relatie tot de landbouw als de industrie.

Uitgevoerde medische en biologische onderzoeken hebben het mogelijk gemaakt om vast te stellen dat infraroodverwarmingssystemen beter voldoen aan de specifieke kenmerken van stallen dan convectieve centrale- of luchtverwarmingssystemen. Allereerst vanwege het feit dat bij infraroodverwarming de temperatuur van de interne oppervlakken van de hekken, vooral de vloer, hoger is dan de luchttemperatuur in de kamer. Deze factor heeft een gunstig effect op de thermische balans van dieren, waardoor intens warmteverlies wordt geëlimineerd.

Infraroodsystemen zorgen, in combinatie met natuurlijke ventilatiesystemen, voor een verlaging van de relatieve luchtvochtigheid tot standaardwaarden (op varkenshouderijen en kalverstallen tot 70-75% en lager).

Als gevolg van de werking van deze systemen bereiken de temperatuur- en vochtigheidsomstandigheden in het pand gunstige parameters.

Het gebruik van stralingsverwarmingssystemen voor landbouwgebouwen maakt het niet alleen mogelijk om de noodzakelijke microklimaatomstandigheden te creëren, maar ook om de productie te intensiveren. Op veel boerderijen in Bashkiria (collectieve boerderij vernoemd naar Lenin, collectieve boerderij vernoemd naar Nurimanov) nam de productie van nakomelingen aanzienlijk toe na de introductie van infraroodverwarming (waardoor het werpen in de winter met een factor vier werd verhoogd), en nam de veiligheid van jonge dieren toe (van 72,8% tot 97,6%).

Momenteel is het infraroodverwarmingssysteem geïnstalleerd en draait het al een seizoen bij de Chuvash Broiler-onderneming in de buitenwijken van Cheboksary. Volgens beoordelingen van bedrijfsmanagers werkte het systeem tijdens de periode met minimale wintertemperaturen van -34-36 C ononderbroken en leverde het de benodigde warmte voor het fokken van pluimvee voor vlees (vloerhuisvesting) gedurende een periode van 48 dagen. Momenteel wordt er nagedacht over de mogelijkheid om de overige pluimveestallen uit te rusten met infraroodsystemen.

INFRAROODSTRALING (IR-straling, IR-stralen), elektromagnetische straling met golflengten λ van ongeveer 0,74 μm tot ongeveer 1-2 mm, dat wil zeggen straling die het spectrale gebied bezet tussen het rode uiteinde van zichtbare straling en kortegolf (submillimeter) radio-emissie . Infraroodstraling behoort tot de optische straling, maar wordt, in tegenstelling tot zichtbare straling, niet door het menselijk oog waargenomen. Door interactie met het oppervlak van lichamen verwarmt het deze, daarom wordt het vaak thermische straling genoemd. Conventioneel wordt het gebied van infraroodstraling verdeeld in dichtbij (λ = 0,74-2,5 µm), middelgroot (2,5-50 µm) en veraf (50-2000 µm). Infraroodstraling werd ontdekt door W. Herschel (1800) en onafhankelijk door W. Wollaston (1802).

Infraroodspectra kunnen lijnvormig (atoomspectra), continu (spectra van gecondenseerde materie) of gestreept (moleculaire spectra) zijn. De optische eigenschappen (transmissie, reflectie, breking, enz.) van stoffen in infraroodstraling verschillen in de regel aanzienlijk van de overeenkomstige eigenschappen in zichtbare of ultraviolette straling. Veel stoffen die transparant zijn voor zichtbaar licht, zijn ondoorzichtig voor infraroodstraling van bepaalde golflengten, en omgekeerd. Een waterlaag van enkele centimeters dik is dus ondoorzichtig voor infraroodstraling met λ > 1 μm, dus water wordt vaak gebruikt als hittebeschermend filter. Platen gemaakt van Ge en Si, ondoorzichtig voor zichtbare straling, zijn transparant voor infraroodstraling van bepaalde golflengten, zwart papier is transparant in het verre infraroodgebied (dergelijke stoffen worden gebruikt als lichtfilters voor het isoleren van infraroodstraling).

De reflectiviteit van de meeste metalen in infraroodstraling is veel hoger dan bij zichtbare straling, en neemt toe met toenemende golflengte (zie Metaaloptiek). De reflectie van infraroodstraling van Al-, Au-, Ag- en Cu-oppervlakken met λ = 10 μm bereikt dus 98%. Vloeibare en vaste niet-metaalhoudende stoffen hebben een selectieve (golflengte-afhankelijke) reflectie van infraroodstraling, waarvan de positie van de maxima afhangt van hun chemische samenstelling.

Infrarode straling die door de atmosfeer van de aarde gaat, wordt verzwakt als gevolg van verstrooiing en absorptie door atomen en moleculen in de lucht. Stikstof en zuurstof absorberen geen infraroodstraling en dempen deze alleen als gevolg van verstrooiing, wat bij infraroodstraling veel minder is dan bij zichtbaar licht. Moleculen H 2 O, O 2, O 3 en andere die in de atmosfeer aanwezig zijn, absorberen selectief (selectief) infraroodstraling, en ze absorberen vooral de infraroodstraling van waterdamp. H 2 O-absorptiebanden worden waargenomen in het gehele IR-gebied van het spectrum, en CO 2-banden worden waargenomen in het middelste deel ervan. In de oppervlaktelagen van de atmosfeer bevinden zich slechts een klein aantal ‘transparantievensters’ voor infraroodstraling. De aanwezigheid van rookdeeltjes, stof en kleine waterdruppels in de atmosfeer leidt tot een extra verzwakking van de infraroodstraling als gevolg van de verstrooiing ervan door deze deeltjes. Bij kleine deeltjesgroottes wordt infraroodstraling minder verstrooid dan zichtbare straling, die wordt gebruikt bij IR-fotografie.

Bronnen van infraroodstraling. Een krachtige natuurlijke bron van infraroodstraling is de zon; ongeveer 50% van de straling ligt in het IR-gebied. Infraroodstraling is verantwoordelijk voor 70 tot 80% van de stralingsenergie van gloeilampen; het wordt uitgestraald door een elektrische boog en verschillende gasontladingslampen, alle soorten elektrische ruimteverwarmers. In wetenschappelijk onderzoek zijn bronnen van infraroodstraling wolfraamstriplampen, Nernst-pin, globar, hogedrukkwiklampen, enz. De straling van sommige soorten lasers ligt ook in het IR-gebied van het spectrum (bijvoorbeeld de golflengte van neodymium glaslasers is 1,06 μm, helium-neonlasers - 1,15 en 3,39 micron, CO2-lasers - 10,6 micron).

Infraroodstralingsontvangers zijn gebaseerd op het omzetten van stralingsenergie in andere soorten energie die kunnen worden gemeten. Bij thermische ontvangers veroorzaakt geabsorbeerde infraroodstraling een stijging van de temperatuur van het thermogevoelige element, die wordt geregistreerd. In foto-elektrische ontvangers leidt de absorptie van infraroodstraling tot het verschijnen of veranderen van elektrische stroom of spanning. Foto-elektrische detectoren zijn (in tegenstelling tot thermische detectoren) selectief, dat wil zeggen dat ze alleen gevoelig zijn voor straling uit een bepaald gebied van het spectrum. Fotografische registratie van infraroodstraling wordt uitgevoerd met behulp van speciale fotografische emulsies, maar deze zijn er alleen gevoelig voor voor golflengten tot 1,2 micron.

Toepassing van infraroodstraling. IR-straling wordt veel gebruikt in wetenschappelijk onderzoek en om diverse praktische problemen op te lossen. De emissie- en absorptiespectra van moleculen en vaste stoffen liggen in het IR-gebied; ze worden bestudeerd bij infraroodspectroscopie, bij structurele problemen, en worden ook gebruikt bij kwalitatieve en kwantitatieve spectrale analyse. In het verre IR-gebied ligt de straling die ontstaat tijdens overgangen tussen Zeeman-subniveaus van atomen; de IR-spectra van atomen maken het mogelijk om de structuur van hun elektronische schillen te bestuderen. Foto's van hetzelfde object gemaakt in het zichtbare en infrarode bereik kunnen aanzienlijk verschillen als gevolg van verschillen in reflectie-, transmissie- en verstrooiingscoëfficiënten; Bij IR-fotografie zie je details die bij reguliere fotografie onzichtbaar zijn.

In de industrie wordt infraroodstraling gebruikt voor het drogen en verwarmen van materialen en producten, en in het dagelijks leven voor het verwarmen van kamers. Op basis van fotokathoden die gevoelig zijn voor infraroodstraling zijn elektron-optische converters gemaakt waarin een IR-beeld van een voor het oog onzichtbaar object wordt omgezet in een zichtbaar beeld. Op basis van dergelijke converters worden verschillende nachtkijkers (verrekijkers, vizieren, enz.) Gebouwd, waardoor ze objecten in volledige duisternis kunnen detecteren, observaties kunnen uitvoeren en kunnen richten, en ze kunnen bestralen met infraroodstraling van speciale bronnen. Met behulp van zeer gevoelige infraroodstralingsontvangers voeren ze thermische richtingbepaling van objecten uit met behulp van hun eigen infraroodstraling en creëren ze homing-systemen voor het doelwit van projectielen en raketten. Met IR-locators en IR-afstandsmeters kunt u in het donker objecten detecteren waarvan de temperatuur hoger is dan de omgevingstemperatuur en de afstanden ernaartoe meten. De krachtige straling van IR-lasers wordt gebruikt in wetenschappelijk onderzoek, maar ook voor grond- en ruimtecommunicatie, voor lasersounden van de atmosfeer, enz. Infraroodstraling wordt gebruikt om de meterstandaard te reproduceren.

Lit.: Schreiber G. Infraroodstralen in de elektronica. M., 2003; Tarasov V.V., Yakushenkov Yu.G. Infraroodsystemen van het “kijkende” type. M., 2004.

Vond je het artikel leuk? Deel het

Druk dit artikel af