Инфракрасное излучение. Открытие инфракрасного излучения
Под инфракрасным излучением (ИК) понимается форма энергии или способ обогрева, при котором тепло от одного тела передается другому телу.
Человек в процессе своей жизни постоянно находится под действием ИК-излучения и способен чувствовать эту энергию как тепло, идущее от предмета. Воспринимается инфракрасное излучение кожей человека, глаза в этом спектре не видят.
Естественным источником высокой температуры является наше светило. С температурой нагревания связана длина волны инфракрасных лучей, которые бывают коротковолновыми, средневолновыми, длинноволновыми.
Короткая длина волны имеет высокую температуру и интенсивное излучение. Ещё в $1800$ г. английский астроном У. Гершель проводил наблюдения за Солнцем. Занимаясь исследованием светила, он искал способ, который бы позволил уменьшить нагрев инструмента, при помощи которого эти исследования проводились. На одном из этапов своей работы ученый обнаружил, что за насыщенным красным цветом находится «максимум тепла». Исследование стало началом изучения инфракрасного излучения.
Если раньше источниками инфракрасного излучения в лаборатории служили раскаленные тела или электрические разряды в газах, то сегодня созданы современные источники инфракрасного излучения с частотой, которую можно регулировать или фиксировать. Их основой являются твердотельные и молекулярные газовые лазеры.
В ближней инфракрасной области (около $1,3$ мкм) для регистрации излучения пользуются специальными фотопластинками.
В дальней инфракрасной области излучение регистрируется болометрами – это детекторы, которые являются чувствительными к нагреву инфракрасным излучением.
Инфракрасные волны имеют разную длину, поэтому их проникающая способность будет тоже разная.
Длинноволновые, идущие от Солнца лучи, например, спокойно проходят через атмосферу Земли, при этом, не нагревая её. Проникая через твердые тела, они увеличивают их температуру, поэтому для всего живого на планете огромное значение имеет именно дальнее излучение.
Интересно, что в постоянной компенсирующей подпитке нуждаются все живые тела, которые тоже излучают такой же спектр тепла. При отсутствии такой подпитки, температура живого тела падает, что является причиной его уязвимости для различных инфекций. Эта дополнительная подпитка в виде ИК-излучения, как считают ученые, скорее полезна, чем вредна.
Специалисты провели на животных многочисленные эксперименты, которые показали, что инфракрасные лучи подавляют рост раковых клеток, уничтожают ряд вирусов, нейтрализуют разрушительное действие электромагнитных волн. Длинноволновые инфракрасные лучи повышают количество инсулина, вырабатываемого организмом, и нивелируют последствия радиоактивного воздействия.
Применение инфракрасного излучения
Инфракрасное излучение находит широкое применение, как в быту, так и в разных сферах деятельности человека.
Основными областями его применения являются:
-
Термография. ИК-излучение позволяет определить температуру объектов, которые находятся на каком-то удалении. В промышленных и военных целях широко используется тепловидение, его камеры могут обнаружить ИК и произведут изображение этого излучения. Благодаря термографическим камерам без всякого освещения можно «видеть» все, что находится рядом, потому что все нагретые объекты испускают ИК.
-
Слежение. Используется ИК слежение при наведении ракет, в которые встраивается устройство, получившее название «тепловые искатели». В результате того, что двигатели машин и механизмов, да и сам человек излучают тепло, то хорошо будут видны в инфракрасном диапазоне, а отсюда ракеты без всякого труда находят направление полета.
-
Обогрев. Как источник тепла ИК повышает температуру и благотворно влияет на здоровье человека, например, инфракрасные сауны, о которых сегодня много говорят. Используют их при лечении гипертонии, сердечной недостаточности, ревматоидного артрита.
-
Метеорология. Высота облаков, температура поверхности воды и земли определяется со спутников, делающих инфракрасные изображения. На таких снимках холодные облака окрашены в белый цвет, теплые же облака окрашены в серый цвет. Черным или серым цветом окрашивается горячая поверхность земли.
-
Астрономия. При наблюдении за небесными объектами астрономы используют специальные инфракрасные телескопы. Благодаря этим телескопам ученые определяют протозвезды до момента излучения ими видимого света, различают прохладные объекты, наблюдают ядра галактик.
-
Искусство. И здесь инфракрасное излучение нашло применение. Искусствоведы, благодаря инфракрасным рефлектограммам, видят нижние слои картин, наброски художника. Данный прибор помогает отличить оригинал от копии, ошибки реставрационных работ. С его помощью изучаются старые письменные документы.
-
Медицина. Широко известны лечебные свойства ИК - терапии. Нагретая глина, песок, соль издавна считались целебными и благотворно влияющими на организм человека. ИК помогают лечить переломы, улучшают обмен веществ в организме, ведут борьбу с ожирением, способствуют заживлению ран, улучшают циркуляцию крови, оказывают благотворное влияние на суставы и мышцы.
Кроме этого лечебное воздействие используют при заболеваниях:
- Хроническим бронхитом и бронхиальной астмой;
- Пневмонией;
- Хроническим холециститом и его обострением;
- Простатитом с нарушением потенции;
- Ревматоидным артритом;
- При заболеваниях мочевыводящих путей и др.
Для того чтобы использовать инфракрасные лучи в лечебных целях, необходимо учитывать противопоказания.
Большой вред они могут принести:
- Когда у человека есть гнойные заболевания;
- Скрытые кровотечения;
- Заболевания крови;
- Новообразования и, прежде всего, злокачественные;
- Воспалительные заболевания, чаще всего острые.
Коротковолновые ИК отрицательно воздействуют на мозговую ткань человека, в результате чего наблюдается «солнечный удар». Вред в этом случае очевиден. Человек испытывает головную боль, пульс и дыхание становятся учащенными, в глазах темнеет, возможна потеря сознания. При дальнейшем облучении организм не выдерживает – происходит отек тканей и оболочек мозга, появляются симптомы энцефалита и менингита. Короткие волны особенно сильный вред наносят глазам человека, сердечнососудистой системе.
Таким образом, получается, что польза воздействия ИК на организм, несмотря на отрицательные моменты, значительна.
Защита от инфракрасного излучения
Для снижения наносимого ИК вреда и защиты от него разработаны нормы ИК-облучения, безопасные для человека.
Основные мероприятия защиты:
- Устаревшие технологии необходимо заменить современными, что позволит снизить интенсивность излучения источника;
- Использование экранов из металлических сеток и цепей, облицовка асбестом открытых печных проёмов;
- Обязательная индивидуальная защита и, прежде всего, глаз очками со светофильтрами;
- Защита тела льняной или полульняной спецодеждой;
- Рациональный режим труда и отдыха;
- Обязательные лечебно-профилактические мероприятия работников.
