Чем полезно инфракрасное излучение

Инфракрасное излучение, польза и вред для человека

В повседневной жизни мы встречаем различные источники инфракрасного излучения. Они могут быть как природным явлением, так и результатом деятельности человека. Солнечное излучение наполовину является инфракрасным излучением. Этот вид лучей невидим для глаза человека. Но существуют различные виды животных, зрение которых восприимчиво к такому излучению, что позволяет им ориентироваться в темноте. Человек же может почувствовать его своей кожей в виде тепла.

Эти электромагнитные волны еще называются тепловыми. Все потому, что при этом излучении выделяется тепло. Именно на основе этого явления работают различные измерители, в том числе и тепловизор. Он измеряет разницу в излучении, которая также соответствует разнице температур различных объектов.

Такое излучение можно разделить на:

• Длинноволновое;
• Средневолновое;
• Коротковолновое.

В данном случае длинна волны зависит от того, какую температуру излучает сам источник. Чем выше температура, тем короче будет волна излучения, но при этом она будет и интенсивнее. Для человеческого организма наиболее опасным считается коротковолновое излучение. Температура такого излучения превышает 800 градусов по Цельсию.

Твердые тела являются источником этого вида излучения и формируют длинноволновое ИК-излучение. Чем выше температура, тем светлее будет казаться предмет. Так при температуре выше 5 тысяч Кельвинов цвет предмета становится совершенно белым, а при более низких показателях он может достигать темно-красного. Это явление можно заметить при нагревании различных предметов. Например, при нагревании металлической проволоки она меняет свой цвет, что свидетельствует о повышении температуры. Но максимально в домашних условиях можно получить только насыщенный красный цвет, потому что нет подходящих условий для последующего повышения температуры.

Человек часто использует инфракрасное излучение в своих нуждах. Необходимо знать о том, что из себя оно представляет, в каких дозах безопасно для человека и какие последствия может вызывать. Также ИК-лучи могут быть и естественными. Солнечный свет представляет собой такое излучение. В зависимости от дозы он может быть как полезным для человека, так и вызывать многие проблемы, частая из которых солнечные ожоги.

Сферы использования инфракрасного излучения

Прежде чем говорить о том, как влияет инфракрасное излучение на организм человека, необходимо понять, где и для чего его используют. Такое излучение может быть не только вредным, но и наоборот полезным. Именно поэтому человек использует его в различных целях, которые улучшают жизнь человека.

Этот тип излучения часто используется в различных приборах, к ним относятся различные приборы ночного видения. Они работают по принципу фиксации ИК-лучей, которые излучают предметы. Распространено использование инфракрасного излучения в производственных целях. Изготовление телекоммуникационных предметов, пультов дистанционного управления, систем охраны и многого другого не обходится без использования данного вида излучения.

Часто можно встретить использование этого излучения в обогревательных системах и обогревателях. Обогреватели, работающие при помощи ИК-излучения являются экономным и удобным способом обогрева помещения и позволяют осуществлять его максимально быстро. Все потому, что такое излучение выделяет и тепло, которое быстро распространяется по всему помещению.

Так как существует и вред инфракрасного излучения на организм человека, необходимо тщательно выбирать приборы, которые работают с этим видом излучения. Хотя эти приборы являются экономными и качественными, следует обращать внимание на различные характеристики и контролировать чтобы не было превышения норм.

Польза инфракрасного излучения

Оно используется не только в производственных и бытовых целях, но и в медицине. При правильном использовании и дозировке излучение способно решать множество проблем, и улучшать качество жизни человека.

О том, чем полезно инфракрасное излучение для человека может сказать медицина. Уже доказано, что излучение способно оказывать лечебное действие на такие проблемы как:

1. Пневмония;
2. Бронхиальная астма;
3. Различные хронические заболевания яичников;
4. Хронический гастродуоденит;
5. Гипермоторика желудочно-кишечного тракта;
6. Полиневропатия нижних конечностей;
7. Остеохондроз;
8. Абстинентный синдром;
9. Холецистит;
10. Хронический цистит.

Но не только в этом заключается польза инфракрасного излучения для человека. Сейчас распространено применение данного вида излучения для различных профилактических мероприятий. Так часто можно встретить его как способ укрепления иммунной системы, улучшения памяти, улучшения баланса гормонов, восстановления водно-солевого баланса. Для предупреждения грибковых заболеваний или микробов тоже используется этот вид излучения. Длинные волны способны оказывать успокаивающее воздействие на человека и поэтому их используют для уменьшения усталости, стресса и раздражительности. Инфракрасные лучи могут оказывать и обезболивающее действие, а также подавлять раковые клетки в организме.

Из этого видно какое широкое применение в медицинских целях имеет инфракрасное излучение. В правильных дозах оно способно улучшить состояние организма человека и является прекрасным способом профилактики многих проблем. Но тут имеются различные противопоказания, и поэтому для некоторых людей такое излучение даже в медицинских дозах может быть опасно.

Как в медицине, так и при изготовлении различных приборов, человек строго соблюдает нормы допустимого ИК-излучения. Также следует следить и за тем, какой вид лучей используется в той или иной ситуации, потому что не все виды этого излучения одинаково безопасны для человека. Так для отопления помещений необходимо использовать только обогреватели, использующие длинные волны. Короткие волны при близком контакте с человеком представляют для него опасность. Зачастую они провоцируют покраснение кожи и различные заболевания глаз.

Вред инфракрасного излучения

Но такое излучение может приносить не только пользу, но и вред. Чем опасно инфракрасное излучение для человека?

Самое распространенное явление, с которым может столкнуться человек — это солнечные ожоги. Именно инфракрасное излучение становится причиной покраснения кожных покровов или же ожогов, полученных от пребывания на солнце. Использование различных защитных средств предотвращает нанесение вредя инфракрасными лучами.

Негативное действие инфракрасного излучения на организм человека также вызывает различные симптомы. Так человек начинает испытывать проблемы с координацией, потемнение в глазах, учащенное сердцебиение и тошноту. В отдельных случаях он может потерять сознание.

Для глаз большую опасность представляет тип излучения с короткими волнами. Коротковолновое свечение в 0,75-1,5 мкм способно провоцировать не только ухудшение зрения, но и катаракту или боязнь света. Следует избегать длительного контакта с сильными излучениями с такими короткими волнами. Чаще всего его можно встретить в различных обогревателях для улицы. Поэтому жилые помещения должны использовать обогреватели на основе длинных волн, которые не несут такой опасности для человека.

Даже в медицинских целях не всегда можно использовать ИК-излучение. Так не рекомендуется такой тип лечения при злокачественных опухолях, заболеваниях крови и кровотечениях. Поэтому даже при использовании обогревателей, работающих по такой технологии, следует удостовериться о том, какой тип излучения используется, чтобы предотвратить вред для человека. Ведь такие лучи не для всех одинаково полезны.

Мы ежедневно сталкивается с различными источниками такого излучения. Воздействие инфракрасного излучения на человека может быть как положительным, так и отрицательным. Множество приборов используют его для своей работы и также оно широко применяется в медицине. Знание о том, где и как встречается этот тип излучения поможет избежать многих проблем. Ведь даже солнечный свет может нанести вред организму, не говоря уже о различных приборах с инфракрасным излучением, которые используются не по назначению.

Инфракрасное излучение: польза и вред для человека

Ежедневно человек находится под влиянием инфракрасного излучения и естественным его источником является солнце. Элементы накаливания и разные электронагревательные приборы относят к неестественным производным. Данная радиация применяется в системах отопления, инфракрасных лампах, обогревательных устройствах, пультах к телевизору, медицинском оборудовании. Поэтому всегда необходимо знать, какая польза и вред инфракрасного излучения для человека.

Инфракрасное излучение: что это

В 1800 году английский физик открыл инфракрасное тепло, разложив солнечный свет в спектр с помощью призмы. Уильям Гершель прикладывал термометр к каждому цвету, пока не заметил повышение температуры при переходе от фиолетового цвета к красному. Таким образом, была открыта область ощущения тепла, но она не видна человеческому взору. Различают излучение по двум основным параметрам: частоту (интенсивность) и длину луча. В то же время длина волны делится на три типа: ближняя (от 0,75 до 1,5 мкм), средняя (от 1,5 до 5,6 мкм), дальняя (от 5,6 до 100 мкм).

Именно длинноволновая энергия обладает положительными свойствами, соответствуя природному излучению человеческого тела с наибольшей длиной волны в 9,6 мкм. Поэтому каждое внешнее воздействие тело воспринимает как «родное». Самым лучшим примером ультракрасного излучения является тепло Солнца. Такой луч имеет отличие в том, что он нагревает объект, а не пространство вокруг него. Инфракрасное излучение – это вариант раздачи тепла.

Польза инфракрасного излучения

Приборы, в которых используется длинноволновое тепловое излучение, воздействуют двумя разными способами на человеческий организм. Первый метод обладает укрепляющим свойством, повышая защитные функции и предотвращая раннее старение. Этот тип позволяет справиться с разными заболеваниями, повышая природную защиту организма к недугам. Это одна из форм лечения, которая основывается на поддержании здоровья и подходит для применения в домашних условиях и медицинских учреждениях.

Второй вид влияния ультракрасных лучей заключается в прямом лечении заболеваний и общих недомоганий. Ежедневно человек сталкивается с расстройствами, связанными со здоровьем. Поэтому длинные излучатели обладают терапевтическим свойством. Во многих лечебных заведениях Америки, Канады, Японии, странах СНГ и Европы применяется такое излучение. Волны способны глубоко проникать в тело, прогревая внутренние органы и костную систему. Эти эффекты способствуют улучшению кровообращения и ускорению потоку жидкостей в организме.

Повышенная циркуляция крови благотворно влияет на метаболизм человека, ткани насыщаются кислородом, а мышечная система получает питание. Многие болезни можно устранить регулярным воздействием излучения, проникающего глубоко в человеческое тело. Такая длина волны избавит от таких недугов, как:

• повышенное или пониженное давление;
• болевые ощущения в области спины;
• лишний вес, ожирение;
• заболевания сердечно-сосудистой системы;
• депрессивное состояние, стресс;
• нарушения работы пищеварительного тракта;
• артрит, ревматизм, невралгия;
• артроз, воспаление суставов, судороги;
• недомогание, слабость, истощение;
• бронхит, астма, воспаление легких;
• расстройство сна, бессонница;
• мышечные и поясничные боли;
• проблемы с кровоснабжением, циркуляцией крови;
• оториноларингологические заболевания без гнойных отложений;
• недуги кожных покровов, ожоги, целлюлит;
• почечная недостаточность;
• простудные и вирусные недуги;
• снижение защитной функции организма;
• интоксикация;
• цистит и простатит обостренной формы;
• холецистит без образования камней, гастродуоденит.

Положительное влияние излучения основывается на том, что когда волна попадает на кожный покров, она действует на окончания нервов и возникает ощущение тепла. Свыше 90% радиации уничтожается влагой, находящейся в верхнем слое кожи, она не вызывает ничего больше чем повышения температуры тела. Спектр воздействия, длина которого составляет 9,6 мкм, абсолютно безопасен для человека.

Излучение стимулирует кровообращение, приводя в норму кровяное давление и обменные процессы. При снабжении мозговых тканей кислородом снижается риск появления головокружения и улучшается память. Ультракрасный луч способен вывести соли тяжелых металлов, холестерин и токсины. Во время терапии у больного повышается иммунитет, нормализуется гормональный фон и восстанавливается водно-солевой баланс. Волны снижают действие разных ядовитых химических веществ, обладают противовоспалительным свойством, подавляют образование грибков, включая плесневых.

Применение инфракрасного излучения

Ультракрасная энергия используется в разных областях, положительно влияя на человека:

1. Термография. С помощью инфракрасного излучения определяется температура предметов, находящихся на расстоянии. В основном тепловые волны используются в военных и промышленных сферах. Нагретые объекты с таким прибором можно увидеть без освещения.
2. Обогрев. Ультракрасные лучи способствуют повышению температуры, благотворно сказываясь на человеческом здоровье. Помимо полезных инфракрасных саун, их применяют для сварки, отжига пластмассовых предметов, отверждения поверхностей в промышленной и медицинской сфере.
3. Слежение. Этот способ использования тепловой энергии заключается в пассивном наведении ракет. В этих летательных элементах внутри находится механизм, называемый «тепловым искателем». Машины, самолеты и другой транспорт, а также люди излучают тепло, помогая ракетам найти правильное направление полета.
4. Метеорология. Излучение помогает спутникам определиться с расстоянием, на котором находятся облака, определяет их температуру и вид. Теплые облака показываются серым цветом, а холодные – белым. Данные изучаются без помех как днем, так и ночью. Земная горячая плоскость будет обозначена серым или черным цветом.
5. Астрономия. Астрономы оснащены уникальными приборами – инфракрасными телескопами, позволяющими наблюдать за разными объектами в небе. Благодаря им ученые способны найти протозвезды до того, как они начнут излучать свет, видимый человеческому глазу. Такой телескоп с легкостью определит холодные объекты, но в просматриваемом инфракрасном спектре нельзя увидеть планеты из-за заглушающего света от звезд. Также устройство используется для наблюдения за ядрами галактик, которые закрывает газ и пыль.
6. Искусство. Рефлектограммы, которые работают на основе инфракрасного излучения, помогают специалистам в этой сфере детальнее рассмотреть нижние слои предмета или наброски художника. Этот метод позволяет сопоставить чертежи рисунка и его видимую часть для выяснения подлинности картины, и была ли она на реставрации. Ранее устройство приспосабливалось для изучения старых документов в письменном виде и изготовления чернил.

Это лишь основные методы использования тепловой энергии в науке, но ежегодно появляется новое оборудование, работающее на его основе.

Вред инфракрасного излучения

Инфракрасный свет приносит не только положительное действие на человеческий организм, стоит помнить о вреде, который он может нанести при неправильном применении и быть опасными для окружающих. Именно ИК-диапазоны с короткой длиной волны негативно воздействуют. Плохое влияние инфракрасного излучения на организм человека проявляется в виде воспаления нижних слоев кожи, расширенных капилляров и образования волдырей.

От использования ИК-лучей необходимо сразу отказаться при таких болезнях и симптомах:

• заболевания кровеносной системы, кровотечения;
• хроническая или острая форма гнойных процессов;
• беременность и лактация;
• злокачественные опухоли;
• легочная и сердечная недостаточность;
• острые воспаления;
• эпилепсия;
• при продолжительном влиянии ИК-излучения повышается риск развития светобоязни, катаракты и других заболеваний глаз.

Сильное воздействие инфракрасной радиации приводит к покраснению кожи и возникновению ожога. У рабочих в сфере металлургии иногда наблюдается развитие теплового удара и дерматита. Чем меньше расстояние пользователя к обогревательному элементу, тем меньше времени он должен проводить возле устройства. Перегревание тканей мозга на один градус и тепловой удар сопровождается такими симптомами, как тошнота, головокружение, тахикардия, потемнение в глазах. При повышении температуры на два и выше градуса существует риск развития менингита.

Если под воздействием инфракрасного излучения случился тепловой удар, следует незамедлительно поместить пострадавшего в прохладном помещении и снять с него всю одежду, которая сжимать или стесняет движения. Повязки, смоченные в холодной воде, или мешочки со льдом прикладываются на область груди, шеи, паха, лба, позвоночника и подмышек.

При отсутствии мешочка для льда, можно использовать для этих целей любую ткань или предмет одежды. Компрессы делаются лишь с очень холодной водой, периодически смачивая в ней повязки.

При возможности человек полностью оборачивается холодной простыней. Дополнительно можно обдувать больного потоком холодного воздуха, используя вентилятор. Обильное питье холодной воды поможет облегчить состояние пострадавшего. При тяжелых случаях облучения требуется вызвать скорую помощь и сделать искусственное дыхание.

Как избежать вредного влияния ИК-волн

Чтобы защитить себя от негативного воздействия тепловых волн, необходимо придерживаться некоторых правил:

1. Если работа напрямую связана с высокотемпературными нагревателями, то требуется использование защитной одежды для оберегания тела и глаз.
2. С особой осторожностью применяются бытовые обогреватели, у которых открытые нагревательные элементы. Нельзя находиться близко возле них и лучше сократить время их влияния к минимуму.
3. В помещении должны располагаться такие устройства, которые наименее воздействуют на человека и его здоровье.
4. Не стоит долго находиться под солнечными лучами. Если изменить это нельзя, то нужно постоянно носить головной убор и одежду, прикрывающую открытые участки тела. В особенности это относится к детям, которые не всегда могут определить повышение температуры тела.

При соблюдении этих правил человек сможет защититься от неприятных последствий чрезмерного теплового влияния. Инфракрасные лучи могут принести как вред, так и пользу при определенном их применении.

Методы лечения

Терапия с помощью инфракрасного цвета делится на два типа: местная и общая. При первом типе отмечается локальное воздействие на тот или иной участок, а при общем лечении волны обрабатывают весь организм человека. Процедура проводится два раза в день по 15-30 минут. Курс лечения составляет от 5 до 20 сеансов. Необходимо обязательно надевать защитные средства при излучении. Для глаз используются картонные накладки или специальные очки. После процедуры на коже появляется покраснение с размытыми границами, которое пропадает по истечении часа после воздействия лучей. Инфракрасное излучение в медицине очень ценится.

Высокая интенсивность излучения может причинить вред здоровью, поэтому нужно следовать всем противопоказаниям.

Тепловая энергия ежедневно сопровождает человека в повседневной жизни. Инфракрасное излучение приносит не только пользу, но и вред. Поэтому требуется к ультракрасному свету относиться осторожно. Устройства, которые излучают эти волны, должны использоваться по правилам безопасности. Многие не знают, вредно ли тепловое воздействие, но при правильном применении приборов можно улучшить состояние здоровья человека и избавиться от тех или иных заболеваний.

Повышенный уровень инфракрасной радиации

Инфракрасное излучение – это излучение, действию которого человек подвергается каждый день. Если говорить о его естественных источниках, то это банальное тепло солнца. В допустимых дозах его влияние на человека безопасно, не вызывает вреда для здоровья и не провоцирует онкологические заболевания.

Если говорить о широком использовании инфракрасного излучения в современности, то можно вспомнить хирургию, медицину, стоматологию, физиотерапию. Без этого метода врачи не смогли бы оказать пациентам должной помощи высокого уровня.

Влияние инфракрасного излучения на человека

Инфракрасное излучение глубоко проникает в организм человека и влияет на него по трём основным направлениям:

• Повышает внутреннюю температуру тела. Эта жара, полученная искусственным путём, побуждает организм вырабатывать в ускоренном и более эффективном режиме лейкоциты и антитела.
• Ускоряет сердцебиение. Токсины и другие отходы начинают выводиться из организма в ускоренном темпе благодаря быстрой циркуляции крови внутри человека, спровоцированной учащённым сердцебиением.
• Очищение организма. Нейтрализация токсинов в жировых тканях и клетках – один из эффектов воздействия инфракрасного излучения на человеческий организм. И это, не говоря о потоотделении и высокой циркуляции крови.

Такая терапия с помощью инфракрасного излучения благотворно влияет на самочувствие человека. Нюанс лишь в том, что его интенсивность строго контролируется медицинским работником.

Влияние повышенного уровня инфракрасной радиации на работников

Инфракрасное излучение повышенной интенсивности, как одно из производственных излучений, не имеет такого положительного эффекта, как лечебная терапия. Дело здесь в неконтролируемости его уровня. Работники, которые связаны по специфике своей деятельности с этим излучением, имеют ряд последствий со здоровьем, таких как:

• Риск инфарктов.
• Артериальная гипертония.
• Болезни систем кровообращения.
• Снижение иммунитета.
• Заболевания органов дыхания.
• Частые простудные заболевания.
• Ишемическая болезнь сердца.
• Ухудшение зрения.

Диагностика работников всего спектра вредного производства, связанного с инфракрасной радиацией, усложняется ещё и невозможностью точного определения дозы облучения. Не существует такой формулы, которая дала бы точную цифру в подсчёте дозы облучения сталелитейщика, к примеру, за 10 лет трудового стажа. Медики могут лишь предположить результат. Потому профилактика таких работников — необходимая мера по обеспечению всех мер охраны труда.

Именно по вышеуказанным причинам предприятиям требуется регулярный контроль физических факторов.

Как обезопасить работников от повышенного уровня инфракрасной радиации?

Для обеспечения безопасности работников, специфика деятельности которых связана с инфракрасной радиацией, необходимо на регулярной основе придерживаться следующих мер:

• Стремиться к снижению уровня инфракрасной радиации на рабочем месте.
• Не допускать облучения сотрудников повышенным уровнем радиации.
• Проводить мероприятия, направленные на улучшение условий труда работников производства.
• Проводить регулярные замеры уровня инфракрасной радиации в рабочих помещениях.
• Осуществлять медицинское обследование работников производства не реже одного раза за год.

Таким образом, инфракрасная радиация – это весьма опасный продукт, с которым ежедневно сталкивается определённое количество работников. Главное в такой деятельности – соблюдение мер безопасности на рабочем месте и регулярное наблюдение у врача.

Чем полезно инфракрасное излучение

В 1666 году Исаак Ньютон выполнил знаменитый эксперимент, противоречащий практически всем теориям цвета, существовавшим в то время. Он открыл дисперсию солнечного света при прохождении через треугольную призму. Оказалось, что белый, лишенный цветовой окраски луч, преломившись, становится разноцветным как радуга. Сегодня даже дети знают волшебную фразу, которая помогает запомнить порядок семи основных цветов радуги – от красного до фиолетового: «Каждый охотник желает знать, где сидит фазан».

Но потребовались еще более ста лет, прежде чем в 1800 году английским физиком Уильямом Гершелем были открыты инфракрасные (ИК) лучи. Причина проста – ИК-лучи невидимы человеческим глазом и обнаруживаются только косвенно, например, увеличивают показания термометра.

ИК-излучение представляет собой электромагнитные волны длиной от 770 нм до 1мм. ИК-излучение подчиняется законам оптики и, следовательно, имеет ту же природу, что и видимый свет. В 1923 г. советский физик А. А. Глаголева-Аркадьева получила радиоволны с длиной волны от 50 мм до 82 мкм, лежащие в промежутке между радиоволнами и ИК-излучением. Таким образом, экспериментально доказано, что видимый свет, ИК-излучение и радиоволновое имеют общую электромагнитную природу.

ИК-излучение невооруженным глазом не видно. Человек ощущает ИК-излучение как тепло. Поэтому все нагретые тела являются источниками ИК-излучения. Так как сам человек является нагретым телом, то он тоже излучает ИК-лучи, что снижает его чувствительность к внешнему ИК-излучению. Поэтому необходимы работы по созданию и устройств, имеющих повышенную чувствительность и позволяющих «увидеть» или «услышать» ИК-излучение, исходящее от очень слабо нагретых или сильно удаленных от нас тел.

Актуальность исследовательской работы заключается в том, что у всех детей возникает проблема, когда надо понять что-то новое, невидимое и почти неосязаемое. А играть всем детям нравится, поэтому мы решили превратить скучное в интересное и увлекательное.

Объектом исследования в данной работе являются источники ИК-излучения.

Предметом исследования являются свойства ИК-излучения, которые позволяют сделать его осязаемым, видимым или слышимым, и тем самым вызвать интерес и увлечь слушателей.

Цель исследовательской работы – выявить свойства ИК-излучения, которые позволяют использовать его в технике и быту.

1. Изучить источники ИК-излучения,

2. Выяснить их воздействие на человека,

3. Рассмотреть примеры использования в технике и быту.

Если существуют доступные нам источники ИК-излучения, если оно влияет на человека, если его используют в технике и в быту, то возможно разработать игры и увлекательные демонстрации, позволяющие вызвать интерес к изучению этого удивительного явления природы.

Методы исследования: библиографический анализ литературы и материалов сети Internet; наблюдения и фотографирование; проведение экспериментов; синтез игр и демонстраций.

Структура работы обусловлена предметом, целью и задачами исследования. Работа состоит из введения, пяти разделов и заключения.

Введение дает оценку современного состояния решаемой задачи, раскрывает актуальность, определяет объект, предмет, цель, задачи и методы исследования.

В первом разделе рассматриваются различные источники ИК-излучения. Во втором разделе рассматривается влияние ИК-излучения на человека. В третьем разделе приведены примеры использования ИК-излучения в технике и быту. Четвертый раздел посвящен разработке игры «Найди Красную Шапочку», которая позволяет зрителям понять, как можно увидеть невидимое. В пятом разделе синтезировано устройство, которое демонстрирует слушателям как можно услышать невидимое ИК-излучение и позволяет им на слух почувствовать что такое чистая и грязная жидкость и зачем необходимо тщательно мыть руки.

В заключении подводятся итоги исследования, формулируются окончательные выводы по рассматриваемой теме, указаны направления дальнейших исследований и даны предложения по практическому использованию полученных результатов.

Источники инфракрасного излучения

Мощным источником ИК-излучения является Солнце, около половины излучения которого лежит в инфракрасной области [1]. Значительная доля (от 70 до 80%) энергии излучения ламп накаливания с вольфрамовой нитью приходится на ИК-излучение. Поэтому при фотографировании в темноте и в некоторых приборах ночного наблюдения лампы для подсветки снабжаются инфракрасным светофильтром, который пропускает только инфракрасное излучение.

Искусственными источником ИК-излучения являются:

– угольная электрическая дуга с температурой около 3900 К, излучение которой близко к излучению чёрного тела;

– различные газоразрядные лампы (импульсные и непрерывного горения);

– спирали из нихромовой проволоки, нагреваемые до температуры

950 К. Их применяют для радиационного обогрева помещений. Для лучшей концентрации инфракрасного излучения такие нагреватели снабжаются рефлекторами. В научных исследованиях, например, при получении спектров инфракрасного поглощения в разных областях спектра применяют специальные источники ИК-излучения:

– ленточные вольфрамовые лампы;

– штифт Нернста, который представляет собой тонкий стержень из различных металлических окислов, накаливаемый с помощью электрического тока. В состав стержня входят окислы, обладающие значительным избирательным ИК-излучением, например окиси церия, тория, циркония и др. Для него характерны: стабильность работы, отсутствие продуктов сгорания, способных портить аппаратуру, простота использования и интенсивное излучение с длинами волн до 15 мкм;

– глобар — стержень из карбида кремния диаметром 5 мм и длиной порядка 40 м, нагреваемый пропускаемым через него электрическим током до температуры порядка 1400°C. Рабочий диапазон излучения от 0,8 до 25 мкм;

– ртутные лампы высокого давления;

– оптические квантовые генераторы – лазеры, излучение некоторых также лежит в инфракрасной области спектра; например, излучение лазера на неодимовом стекле имеет длину волны 1,06 мкм, лазера на смеси неона и гелия — 1,15 мкм и 3,39 мкм, лазера на углекислом газе — 10,6 мкм, полупроводникового лазера на InSb — 5 мкм и др.

Приёмники ИК-излучения основаны на преобразовании энергии ИК- излучения в другие виды энергии, которые могут быть измерены обычными методами. Существуют тепловые и фотоэлектрические приёмники инфракрасного излучения [2]. В первых поглощённое ИК-излучение вызывает повышение температуры термочувствительного элемента приёмника, которое и регистрируется. В фотоэлектрических приёмниках поглощённое ИК-излучение приводит к появлению или изменению электрического тока или напряжения. Фотоэлектрические приёмники, в отличие от тепловых, являются селективными приёмниками, т. е. чувствительными лишь в определённой области спектра. Специальные фотоплёнки и пластинки — инфрапластинки — также чувствительны к ИК-излучению (длиной волны до 1,2 мкм), и потому в ИК-излучении могут быть получены фотографии. Определенную чувствительность к ИК-излучению имеют приборы с зарядовой связью (ПЗС), которые являются одним из основных элементов всех цифровых фотоаппаратов. С помощью мобильного телефона с такой цифровой камерой нетрудно зарегистрировать излучение ИК-диода пульта дистанционного управления телевизора (ПДУ) и отражения этого излучения от зеркал.

Если использовать ИК-светофильтр, то можно с помощью фотокамеры наблюдать ИК-излучение сильно нагретых тел, например, Солнца, спирали лампы накаливания.

С помощью ИК-телескопа можно увидеть галактики, скрытые от нас облаками пыли. Вот как, например, выглядит Туманность Андромеды в ИК-лучах [3].Вещества по-разному пропускают видимое и ИК-излучение, например, йод видимый свет сильно ослабляет, а в ИК-диапазоне он практически прозрачен.

Восприятие инфракрасного излучения человеком

ИК-излучение это естественный природный вид излучения на Земле. Человек постоянно подвергается действию ИК-лучей, это его нормальное состояние. Большая часть Солнечной энергии поступает на Землю в виде ИК-излучения. Солнце, находящееся в зените, обеспечивает освещённость на уровне моря чуть более 1 кВт/м2. При этом 523 Вт приходится на ИК-излучение, 445 Вт. — на видимый свет, 32 Вт.- на ультрафиолетовое излучение. Кроме того, все другие тела, состоящие из заряженных частиц, которые совершают постоянные хаотические колебания, тоже являются излучателями ИК-лучей в диапазоне волн от 770 нм до 2 мм.

Длина волны теплового излучение самого человека составляет 9,6 мкм. Организм человека производит в среднем 100 ккал/час тепла. Это количество увеличивается при увеличении обмена веществ, например при мышечной работе. Сколько тепла вырабатывает организм, столько же он должен и отдать в окружающую среду. Если он отдаёт больше, чем вырабатывает, то возникает опасность замерзания, если он отдаёт слишком мало, то наступает тепловой удар.

Влияние ИК-излучения на человека было изучено японским врачом Тадаши Ишикава в 60-х годах прошлого столетия. Он установил что ИК-лучи могут проникать в тело человека на большую глубину, вызывая аналогичный эффект получаемый человеком в парилке. Но в этом случае потоотделение кожи начинается уже при температуре окружающего воздуха около 50 °С и внутренние органы прогреваются значительно глубже, чем в парилке. Инфракрасные волны, проникая вглубь тела человека, прогревают все его органы и усиливают кровообращение. Физическая терморегуляция перестраивается на увеличение теплоотдачи, в тоже время химическая терморегуляция приводит к уменьшению теплопродукции. Что ведёт к расширению сосудов кожи, подкожной клетчатки и органов дыхания которые в свою очередь улучшают питание мышц и резко повышают снабжение тканей кислородом. Результатом этих работ стало создание инфракрасных кабин, в котором основным элементом обогрева были длинноволновые ИК-обогреватели.

Длительные исследования учёных по влиянию ИК-излучения на человека показали, что инфракрасное тепло оказывает положительное воздействие на его здоровье. При этом поглощённое телом излучение согревает человека, преобразуясь в тепло, а излишки тепла отдаются прохладному воздуху, действуя освежающе на него. Но не следует забывать и о том, что длительное пребывание под интенсивным инфракрасным излучением может спровоцировать тепловой удар, а воздействие очень сильного ИК-излучения вызывает ощущение боли и приводит к ожогу.

В обычных (естественных) условиях человек не видит ИК-излучения. Но взаимодействие человека с искусственными квантовыми источниками ИК-излучения (лазерами) позволило сделать неожиданное открытие. При определенных условиях человеческий глаз может видеть ИК-излучение [3, 4, 5].

Открытие было сделано случайно в ходе эксперимента, относящегося к другому исследованию. Ученые из Университета Вашингтона в Сент-Луисе заметили, что периодически видят вспышки зеленого света при использовании ИК-лазера, что очень сильно их удивило.

Затем исследователи устроили серию тестов. Сначала – с добровольцами, которым демонстрировали вспышки ИК-лазера. Выяснилось, что человек действительно, если вспышка достаточно коротка, способен регулярно замечать ее.

Потом ученые облучали инфракрасным излучением клетки сетчатки мышей (они тоже не могут его видеть), а также провели моделирование воздействия ИК-излучения на родопсин – основной светочувствительный белок в сетчатке глаза.

Оказалось, что родопсин может воспринимать излучение в ближнем ИК- диапазоне благодаря квантовому эффекту, известному как двухфотонное поглощение.

Когда интенсивность лазерного излучения, то есть число фотонов, которые лазер излучает за единицу времени, становится достаточной, то родопсин может поглотить одновременно два фотона. К примеру, если белок поглотит два фотона с длиной волны 1000 нм, то глаз воспримет их как единый фотон с длиной волны 500 нм, которая соответствует как раз зеленому цвету для человеческого глаза.

Открытие, считают ученые, не только углубляет современные представления о человеческом зрении, но и может привести к усовершенствованию методики диагностики заболеваний глаз.

Примеры использования инфракрасного излучения в технике и в быту

ИК-излучение находит широкое применение в научных исследованиях, при решении большого числа практических технических задач, в военном деле, в быту человека [6].

Исследование спектров испускания и поглощения в инфракрасной области используется при изучении структуры электронной оболочки атомов, для определения структуры молекул, а также для качественного и количественного анализа смесей веществ сложного молекулярного состава, например моторного топлива. Благодаря различию коэффициентов рассеяния, отражения и пропускания тел в видимом и ИК-излучении, фотография, полученная в ИК-излучении (термография), обладает рядом особенностей по сравнению с обычной фотографией. Например, на инфракрасных снимках часто видны детали, невидимые на обычной фотографии.

Инфракрасные снимки также широко используются в астрономии, наряду с другими типами электромагнитных волн.

В промышленности ИК-излучение применяется для сушки и нагрева материалов и изделий при их облучении, для дезинфекции, а также для обнаружения скрытых дефектов изделий.

В медицине ИК-лучи применяют для лечения и профилактики многих разнотипных заболеваний.

На основе фотокатодов, чувствительных к ИК-излучению (для длины волны меньше 1,3 мкм), созданы специальные приборы — электроннооптические преобразователи, в которых невидимое 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 ИК-излучением от специальных источников, например, от ИК-диодов вести наблюдение или прицеливание в полной темноте.

Создание высокочувствительных приёмников ИК-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 ИК-излучению.

На принципе использования теплового излучения цели созданы также системы самонаведения на цель снарядов и ракет. Специальная оптическая система и приёмник ИК-излучения, расположенные в головной части ракеты, принимают ИК-излучение от цели, температура которой выше температуры окружающей среды (например, собственное ИК-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.

Оптические квантовые генераторы, излучающие в инфракрасной области, используются также для наземной и космической связи.

В быту люди используют бытовые обогреватели. В отличие от конвекторов, такие устройства с помощью лучистой энергии нагревают все объекты помещения. А уже дальше, предметы интерьера отдают тепло окружающему воздуху.

Также широко используется передача данных и дистанционное управление. Например, все пульты от телевизоров, музыкальных центров, кондиционеров, управляемых игрушек используют ИК-лучи.

Игра «найди красную шапочку»

Для игры необходимо подготовить следующий реквизит:

— три одинаковые вязаные шапочки с помпончиками;

— в одну из шапочек незаметно для окружающих закрепляется ИК-диод, схема управления и миниатюрная батарейка, а внутренняя поверхность шапочки обтягивается красным бархатистым материалом.

Ведущий вызывает на сцену трёх девочек и одного взрослого. Взрослый надевает девочкам шапочки так, чтобы ни окружающие и ни сами девочки не знали, кому досталась красная шапочка.

Девочки в шапочках выстраиваются лицом к зрителям.

Ведущий предлагает зрителям угадать, кто из трёх девочек – Красная Шапочка, а сам отправляется сделать фотографию всех трёх девочек.

Зрители начинают наугад называть имя то одной, то другой девочки. Ведущий прекращает спор зрителей и говорит: «А я знаю кто из девочек Красная Шапочка! Это – (называет Имя)!».

Ведущий предлагает девочкам снять шапочки, вывернуть их наизнанку и снова надеть.

Все зрители видят, что ведущий оказался прав.

Если в зале имеется монитор или видеопроектор, то ведущий демонстрирует зрителям фотоснимок девочек, который он сделал с помощью камеры смартфона. На снимке отчетливо видно свечение ИК-диода на шапочке названной им по имени девочки и зрители понимают как он «угадал Красную Шапочку».

Мой дед, Малыгин Николай Александрович, показал мне один из своих приборов, которые он разрабатывал. Этот прибор называется «Анализатор загрязнения жидкостей», сокращенно АЗЖ. В настоящее время эти приборы используются при производстве и запуске наших ракет и космических кораблей, самолетов, на наших электростанциях и т.д.

В приборе АЗЖ используется инфракрасное излучение для обнаружения и подсчета мелких, невидимых глазом частичек загрязнений, находящихся в жидкостях. Оказывается, что эти частички, если их много, могут испортить механизмы ракеты или самолеты, и произойдет авария или катастрофа, а на электростанциях могут сгореть трансформаторы и целые города останутся без света. Прибор АЗЖ позволяет это обнаружить, вовремя устранить причину загрязнения и заменить грязную жидкость.

Устройство и принцип действия анализатора загрязнений жидкости

Фотоэлектрический анализатор загрязнения жидкостей АЗЖ-975 [7] работает по принципу измерения инфракрасных потоков, рассеянных частицами загрязнений. Анализируемая жидкость прокачивается по измерительному каналу малого диаметра, с одной стороны которого установлен ИК-излучатель с оптической системой, а с другой — фотоприемник с оптической системой. Поскольку направление потока жидкости перпендикулярно оптической оси измерительной системы «излучатель-фотоприемник», то в месте их пересечения образуется измерительный объем. При наличии оптической неоднородности в измерительном объеме (например, механических примесей) происходит рассеяние излучения во всех направлениях. Измеряя с помощью фотоприемника интенсивность рассеянного излучения, можно получить информацию о параметрах частиц загрязнений.

Анализатор загрязнений жидкости состоит из фотоэлектрического датчика и блока электроники (БЭ).

Исследование чистоты питьевой воды с помощью анализатора загрязнений жидкости

Мы попробовали применить прибор АЗЖ для определения загрязнений в питьевой воде. На кухне у нас два крана – из одного мы моем посуду, а из другого, через фильтр, наливаем воду в чайник и в кастрюли для приготовления пищи.

Мы взяли пробы воды из каждого крана, подождали немного, пока из воды не вышли пузырьки воздуха. На вид обе пробы были совершенно прозрачные, вода казалась очень чистой.

Мы пропустили пробы через датчик прибора. На дисплее появились разные цифры, в которых мне было трудно сразу разобраться.

Так как мне очень нравиться слушать музыку и самому петь песни, я спросил у деда, нельзя ли сделать так, чтобы прибор озвучил как-то чистоту жидкости. Идея понравилась, и мы вместе придумали, как подключить прибор к усилителю и звуковым колонкам, которые стояли у нас дома.

Снова взяли пробы воды из двух кранов и поочерёдно пропустили их через датчик. При контроле фильтрованной воды звук в колонках был тихий, а при контроле воды из обычного крана раздался очень громкий звук похожий на треск. Так мы смогли услышать невидимые глазом частички загрязнений, которых в воде после фильтра было значительно меньше!

Во время экспериментов обнаружилось значительное увеличение громкости звука при погружении в пробу воды пальцев рук. Это «звучит» грязь, смываемая водой с поверхности кожи, что демонстрирует эффективность мытья рук.

Сейчас мы продумываем другие опыты по контролю чистоты минеральной воды из пластиковой и стеклянной посуды, сравниваем эффективность различных моющих средств и планируем сделать небольшой прибор для бытового применения со звуковой и световой индикацией.

В работе рассмотрены источники инфракрасного излучения, их свойства, влияние на человека и применение их в технике и быту человека.

Разработана игра (с применением инфракрасного диода) «Найди Красную Шапочку», в которой демонстрируется возможность обнаружить невидимый глазом источник ИК-излучения.

Предложен способ услышать сигналы от источника ИК-излучения, мимо которого проходят частицы загрязнений, находящихся в воде. Удалось в доступной форме, «на слух» продемонстрировать эффективность очистки фильтром питьевой воды из домашнего водопровода, а также послушать как «звучит» грязь, смываемая водой с поверхности кожи рук.

В дальнейших исследованиях предлагается провести контроль чистоты минеральной воды из пластиковой и стеклянной посуды, сравнить эффективность различных моющих средств, а также разработать и изготовить макет небольшого устройства для бытового применения со звуковой и световой индикацией.