مقدمه

تشعشعات مادون قرمز را تابش حرارتی می نامند زیرا تابش مادون قرمز از اجسام گرم شده توسط پوست انسان به عنوان احساس گرما درک می شود. در این مورد، طول موج های ساطع شده توسط بدن به دمای گرمایش بستگی دارد: هر چه دما بیشتر باشد، طول موج کوتاه تر و شدت تابش بیشتر می شود. طیف تابش یک جسم کاملاً سیاه در دمای نسبتاً پایین (تا چندین هزار کلوین) عمدتاً در این محدوده قرار دارد. تابش مادون قرمز توسط اتم ها یا یون های برانگیخته ساطع می شود. تابش مادون قرمز عملاً مانند نور معمولی است.

تنها تفاوت این است که وقتی به اجسام برخورد می کند، قسمت مرئی طیف تبدیل به روشنایی می شود و اشعه مادون قرمز توسط بدن جذب می شود و به انرژی گرمایی تبدیل می شود. بدون آن، زندگی در سیاره ما غیرقابل تصور است. هنگامی که تابش مادون قرمز در فضا منتشر می شود، عملاً هیچ اتلاف انرژی وجود ندارد. در واقع این روش طبیعی و پیشرفته ترین روش گرمایشی است. بنابراین برای مهندسی برق حرارتی موضوع استفاده از تابش مادون قرمز بسیار جالب است.

هدف از این کار بررسی ویژگی های تابش مادون قرمز و حفاظت در برابر اشعه مادون قرمز است. برای رسیدن به این هدف، حل وظایف زیر ضروری است:

1. ویژگی های تابش مادون قرمز را در نظر بگیرید.

2. تجزیه و تحلیل عوامل مخرب اشعه مادون قرمز.

3. روش های محافظت در برابر اثرات مضر اشعه مادون قرمز را مطالعه کنید.

ویژگی های تابش مادون قرمز و منابع

تشعشعات مادون قرمز توسط هر جسم گرم شده ای تولید می شود که دمای آن شدت و طیف انرژی الکترومغناطیسی ساطع شده را تعیین می کند. اجسام گرم شده با دمای بالای 100 درجه سانتیگراد منبع تشعشعات مادون قرمز موج کوتاه هستند. یکی از مشخصه های کمی تابش شدت تابش حرارتی است که می توان آن را به عنوان انرژی ساطع شده در واحد سطح در واحد زمان (kcal/(m2 h) یا W/m2 تعریف کرد. اندازه گیری شدت تابش حرارتی را در غیر این صورت اکتینومتری (از کلمات یونانی astinos - اشعه و متریو - I اندازه‌گیری می‌کنم) و دستگاهی که برای تعیین شدت تابش استفاده می‌شود، اکتینومتر نامیده می‌شود. بسته به طول موج، توانایی نفوذ تابش مادون قرمز تغییر می کند. تابش مادون قرمز موج کوتاه (0.76-1.4 میکرون) بیشترین قابلیت نفوذ را دارد که تا عمق چندین سانتی متری به بافت انسان نفوذ می کند. اشعه مادون قرمز موج بلند (9-420 میکرون) در لایه های سطحی پوست حفظ می شود.

منابع تابش مادون قرمز در شرایط صنعتی، تولید گرما از موارد زیر امکان پذیر است:

* کوره های ذوب، گرمایش و سایر دستگاه های حرارتی؛

*خنک کردن فلزات گرم شده یا مذاب؛

* گذار به گرما انرژی مکانیکی، صرف رانندگی با تجهیزات اصلی فن آوری شده است.

*انتقال انرژی الکتریکیبه حرارت و غیره

حدود 60 درصد انرژی حرارتی توسط اشعه مادون قرمز در محیط توزیع می شود. انرژی تابشی که تقریباً بدون تلفات از فضا می گذرد، دوباره به گرما تبدیل می شود. تابش حرارتی مستقیماً بر هوای اطراف تأثیر نمی گذارد و آزادانه به آن نفوذ می کند. منابع گرمای تابشی صنعتی را می توان با توجه به ماهیت تابش به چهار گروه تقسیم کرد:

* با دمای سطح تابشی تا 500 درجه سانتیگراد (سطح بیرونی کوره ها و غیره)؛ طیف آنها شامل پرتوهای مادون قرمز با طول موج 1.9-3.7 میکرون است.

* با دمای سطح از 500 تا 1300 درجه سانتیگراد (شعله باز، چدن مذاب و غیره). طیف آنها عمدتاً شامل پرتوهای مادون قرمز با طول موج 1.9-3.7 میکرون است.

* با دمای 1300 تا 1800 درجه سانتیگراد (فولاد مذاب و غیره)؛ طیف آنها شامل پرتوهای مادون قرمز تا پرتوهای کوتاه با طول موج 1.2-1.9 میکرون و پرتوهای مرئی با روشنایی بالا است.

* با دمای بالاتر از 1800 درجه سانتیگراد (شعله کوره های قوس الکتریکی، دستگاه های جوش و غیره)؛ طیف تابش آنها، همراه با مادون قرمز و مرئی، پرتوهای فرابنفش است.

اشعه مادون قرمز طبیعی است نمای طبیعیتشعشع هر فردی هر روز در معرض آن است. بخش عظیمی از انرژی خورشید به شکل پرتوهای فروسرخ به سیاره ما می رسد. با این حال، در دنیای مدرن دستگاه های زیادی وجود دارد که از اشعه مادون قرمز استفاده می کنند. می تواند بدن انسان را به طرق مختلف تحت تاثیر قرار دهد. این تا حد زیادی به نوع و هدف استفاده از همین دستگاه ها بستگی دارد.

چیست؟

تابش مادون قرمز یا پرتوهای IR نوعی تابش الکترومغناطیسی است که ناحیه طیفی از نور مرئی قرمز (که دارای طول موج مشخصه 0.74 میکرون است) تا تابش رادیویی موج کوتاه (با طول موج 1-2 میلی متر) را اشغال می کند. این یک منطقه نسبتاً وسیع از طیف است، بنابراین به سه منطقه تقسیم می شود:

• نزدیک (0.74 - 2.5 میکرومتر)؛
• متوسط ​​(2.5 - 50 میکرون)؛
• برد بلند (50-2000 میکرون).

تاریخچه کشف

در سال 1800، دانشمندی از انگلستان، W. Herschel، مشاهده کرد که در قسمت نامرئی طیف خورشیدی (فراتر از نور قرمز) دمای دماسنج افزایش می یابد. پس از آن، تبعیت تابش مادون قرمز به قوانین اپتیک اثبات شد و نتیجه گیری در مورد رابطه آن با نور مرئی انجام شد.

به لطف کارهای فیزیکدان شوروی A. A. Glagoleva-Arkadyeva، که در سال 1923 امواج رادیویی با 80 میکرون λ (محدوده IR) دریافت کرد، وجود یک انتقال مداوم از تابش مرئی به تابش IR و امواج رادیویی به طور تجربی ثابت شد. بنابراین، در مورد ماهیت الکترومغناطیسی مشترک آنها نتیجه گیری شد.

تقریباً همه چیز در طبیعت قادر به انتشار طول موج های مربوط به طیف مادون قرمز است، به این معنی که بدن انسان نیز از این قاعده مستثنی نیست. همه ما می دانیم که همه چیز در اطراف ما از اتم ها و یون ها تشکیل شده است، حتی انسان. و این ذرات برانگیخته می توانند تحت تأثیر عوامل مختلف، به عنوان مثال، تخلیه الکتریکی یا هنگام گرم شدن، به حالت برانگیخته بروند. بنابراین، در طیف انتشار شعله اجاق گاز نواری با λ = 2.7 میکرومتر از مولکول های آب و با λ = 4.2 میکرومتر از دی اکسید کربن وجود دارد.

امواج مادون قرمز در زندگی روزمره، علم و صنعت

با استفاده از دستگاه های خاصی در خانه و محل کار، به ندرت از خودمان در مورد تأثیر اشعه مادون قرمز بر بدن انسان سوال می کنیم. در همین حال، بخاری های IR امروزه بسیار محبوب هستند. چیزی که اساساً آنها را از رادیاتورها و کنوکتورهای روغن متمایز می کند، توانایی آنها در گرم کردن مستقیم هوا نیست، بلکه تمام اشیاء واقع در اتاق است. یعنی ابتدا مبلمان، کف و دیوارها گرم می شوند و سپس گرمای خود را وارد جو می کنند. در همان زمان، تابش مادون قرمز نیز بر موجودات - انسان و حیوانات خانگی آنها تأثیر می گذارد.

پرتوهای IR نیز به طور گسترده در انتقال داده و کنترل از راه دور استفاده می شود. در بسیاری از تلفن های همراهپورت های مادون قرمز برای تبادل فایل ها بین آنها طراحی شده است. و تمام ریموت های کولر گازی مراکز موسیقی، تلویزیون و برخی اسباب بازی های کنترل شده کودکان نیز از پرتوهای الکترومغناطیسی در محدوده مادون قرمز استفاده می کنند.

استفاده از پرتوهای IR در ارتش و فضانوردی

پرتوهای مادون قرمز بیشترین اهمیت را برای صنایع هوافضا و نظامی دارند. دوربین های دوچشمی، مناظر و غیره مختلفی بر اساس فوتوکاتد با حساسیت به اشعه مادون قرمز (تا 1.3 میکرون) ایجاد می شود. آنها اجازه می دهند، در حالی که به طور همزمان اشیاء را با تابش مادون قرمز تابش می کنند، هدف گیری یا مشاهده در تاریکی مطلق را انجام دهند.

به لطف دریافت کننده های بسیار حساس پرتوهای مادون قرمز ایجاد شده، تولید موشک های خانگی امکان پذیر شد. حسگرهای موجود در سر آنها به تابش مادون قرمز هدف که معمولا دمای آن بالاتر از محیط است واکنش نشان می دهد و موشک را به سمت هدف هدایت می کند. تشخیص قطعات گرم شده کشتی ها، هواپیماها و مخازن با استفاده از جهت یاب گرمایی بر اساس همین اصل است.

مکان یاب و مسافت یاب مادون قرمز می توانند اجسام مختلف را در تاریکی کامل شناسایی کرده و فاصله آنها را اندازه گیری کنند. دستگاه های خاصی که در ناحیه مادون قرمز ساطع می کنند برای ارتباطات فضایی و زمینی از راه دور استفاده می شود.

اشعه مادون قرمز در فعالیت های علمی

یکی از رایج ترین آنها مطالعه طیف های گسیل و جذب در ناحیه IR است. در مطالعه خصوصیات پوسته های الکترونیکی اتم ها، برای تعیین ساختار انواع مولکول ها، و علاوه بر این، در تجزیه و تحلیل کمی و کیفی مخلوط مواد مختلف استفاده می شود.

به دلیل تفاوت در ضرایب پراکندگی، عبور و بازتاب اجسام در پرتوهای مرئی و فروسرخ، عکس‌های گرفته شده در شرایط مختلف کمی متفاوت هستند. عکس های گرفته شده در مادون قرمز اغلب جزئیات بیشتری را نشان می دهند. چنین تصاویری به طور گسترده در نجوم استفاده می شود.

بررسی تاثیر پرتوهای IR بر بدن

اولین داده های علمی در مورد تأثیرات اشعه مادون قرمز بر بدن انسان به دهه 1960 برمی گردد. نویسنده این تحقیق پزشک ژاپنی تاداشی ایشیکاوا است. در طول آزمایشات خود، او توانست ثابت کند که اشعه مادون قرمز تمایل به نفوذ به اعماق بدن انسان دارد. در این مورد، فرآیندهای تنظیم حرارت، مشابه واکنش به حضور در سونا رخ می دهد. با این حال، تعریق در دمای محیط پایین تر (حدود 50 درجه سانتیگراد) شروع می شود و گرم شدن اندام های داخلی بسیار عمیق تر اتفاق می افتد.

در طول چنین گرم شدن، گردش خون افزایش می یابد، رگ های اندام های تنفسی، بافت زیر جلدی و پوست گشاد می شوند. با این حال، قرار گرفتن طولانی مدت در معرض اشعه مادون قرمز بر روی یک فرد می تواند باعث گرمازدگی شود و تابش مادون قرمز قوی منجر به سوختگی در درجات مختلف می شود.

حفاظت IR

فهرست کوچکی از اقدامات با هدف کاهش خطر قرار گرفتن در معرض اشعه مادون قرمز در بدن انسان وجود دارد:

1. کاهش شدت تابش.این از طریق انتخاب تجهیزات تکنولوژیکی مناسب، جایگزینی به موقع تجهیزات قدیمی و همچنین طرح منطقی آن به دست می آید.
2. حذف کارگران از منبع تشعشعاگر خط تولید اجازه می دهد، کنترل از راه دور آن باید ترجیح داده شود.
3. نصب صفحات محافظ در منبع یا محل کار.چنین نرده هایی را می توان به دو صورت ترتیب داد تا تاثیر اشعه مادون قرمز بر بدن انسان کاهش یابد. در حالت اول باید امواج الکترومغناطیسی را منعکس کنند و در حالت دوم باید آنها را به تأخیر بیندازند و انرژی تشعشع را به انرژی حرارتی تبدیل کرده و سپس حذف کنند. با توجه به این واقعیت که صفحه های محافظ نباید متخصصان را از فرصت نظارت بر فرآیندهای در حال وقوع در تولید محروم کنند، می توان آنها را شفاف یا شفاف ساخت. برای این منظور، شیشه های سیلیکات یا کوارتز به عنوان مواد و همچنین مش فلزیو زنجیر
4. عایق حرارتی یا خنک کننده سطوح داغ.هدف اصلی عایق حرارتی کاهش خطر سوختگی های مختلف کارگران است.
5. تجهیزات حفاظت فردی(البسه خاص مختلف، عینک با فیلتر توکار، سپر).
6. اقدامات پیشگیرانهاگر در طی اقدامات فوق سطح قرار گرفتن در معرض اشعه مادون قرمز روی بدن به اندازه کافی بالا بماند، باید یک رژیم کار و استراحت مناسب انتخاب شود.

فواید برای بدن انسان

اشعه مادون قرمز که بر بدن انسان تأثیر می گذارد به دلیل اتساع عروق، اشباع بهتر اندام ها و بافت ها با اکسیژن منجر به بهبود گردش خون می شود. علاوه بر این، افزایش دمای بدن به دلیل تأثیر اشعه بر انتهای عصبی در پوست، اثر ضد درد دارد.

اشاره شد که عملیات جراحی تحت تأثیر اشعه مادون قرمز چندین مزیت دارد:

• تحمل درد بعد از جراحی تا حدودی راحت تر است.
• بازسازی سلولی سریعتر اتفاق می افتد.
• تأثیر اشعه مادون قرمز بر روی یک فرد به فرد اجازه می دهد تا هنگام انجام عمل جراحی بر روی حفره های باز از خنک شدن اندام های داخلی جلوگیری کند، که خطر ابتلا به شوک را کاهش می دهد.

در بیماران مبتلا به سوختگی، اشعه مادون قرمز حذف نکروز و همچنین انجام اتوپلاستی در مراحل اولیه را ممکن می کند. علاوه بر این، طول مدت تب کاهش می یابد، کم خونی و هیپوپروتئینمی کمتر مشخص می شود و فراوانی عوارض کاهش می یابد.

ثابت شده است که تشعشعات IR می تواند اثر برخی از آفت کش ها را با افزایش ایمنی غیراختصاصی تضعیف کند. بسیاری از ما در مورد درمان رینیت و برخی تظاهرات دیگر سرماخوردگی با لامپ های آبی IR می دانیم.

آسیب به انسان

شایان ذکر است که آسیب اشعه مادون قرمز به بدن انسان نیز می تواند بسیار قابل توجه باشد. بارزترین و شایع ترین موارد سوختگی پوست و درماتیت است. آنها می توانند یا در صورت قرار گرفتن در معرض امواج ضعیف طیف مادون قرمز برای مدت طولانی یا در هنگام تابش شدید رخ دهند. اگر در مورد روش های پزشکی صحبت کنیم، نادر است، اما با این حال، گرمازدگی، آستنی و تشدید درد با درمان نادرست رخ می دهد.

یکی از مشکلات مدرنسوختگی چشم هستند خطرناک ترین برای آنها پرتوهای IR با طول موج در محدوده 0.76-1.5 میکرون است. تحت تأثیر آنها، عدسی و زلالیه گرم می شوند که می تواند منجر به اختلالات مختلف شود. یکی از شایع ترین عواقب آن فتوفوبیا است. کودکانی که با نشانگرهای لیزری بازی می کنند و جوشکارانی که از تجهیزات محافظ شخصی غافل می شوند باید این را به خاطر بسپارند.

اشعه IR در پزشکی

درمان با اشعه مادون قرمز می تواند موضعی یا عمومی باشد. در حالت اول، یک اثر موضعی در ناحیه خاصی از بدن انجام می شود و در حالت دوم، کل بدن در معرض اشعه قرار می گیرد. دوره درمان بستگی به بیماری دارد و می تواند بین 5 تا 20 جلسه 15 تا 30 دقیقه ای باشد. در طی مراحل پیش نیازاستفاده از تجهیزات حفاظتی است. برای حفظ سلامت چشم از روکش های مقوایی یا عینک مخصوص استفاده می شود.

پس از اولین عمل، قرمزی با مرزهای نامشخص در سطح پوست ظاهر می شود که پس از حدود یک ساعت از بین می رود.

عملکرد ساطع کننده های IR

با در دسترس بودن بسیاری از دستگاه های پزشکی، مردم آنها را برای استفاده فردی خریداری می کنند. با این حال، باید به خاطر داشت که چنین دستگاه هایی باید الزامات خاصی را داشته باشند و با رعایت مقررات ایمنی مورد استفاده قرار گیرند. اما نکته اصلی این است که درک این نکته مهم است که مانند هر وسیله پزشکی، ساطع کننده امواج مادون قرمز برای تعدادی از بیماری ها قابل استفاده نیست.

بنابراین، یک متخصص واجد شرایط، یک پزشک با تجربه، باید یک دوره درمانی را انتخاب کند. بسته به طول امواج مادون قرمز ساطع شده، دستگاه ها را می توان برای اهداف مختلف استفاده کرد.

هر روز انسان در معرض اشعه مادون قرمز قرار می گیرد و منبع طبیعی آن خورشید است. عناصر رشته ای و وسایل گرمایش الکتریکی مختلف به عنوان مشتقات غیر طبیعی طبقه بندی می شوند. این تابش در سیستم های گرمایشی، لامپ های مادون قرمز، وسایل گرمایشی، کنترل از راه دور تلویزیون و تجهیزات پزشکی استفاده می شود. بنابراین همیشه لازم است که فواید و مضرات اشعه مادون قرمز برای انسان را بدانیم.

تابش مادون قرمز: چیست؟

در سال 1800، یک فیزیکدان انگلیسی با تقسیم نور خورشید به یک طیف با استفاده از یک منشور، گرمای مادون قرمز را کشف کرد.. ویلیام هرشل برای هر رنگ یک دماسنج اعمال کرد تا زمانی که متوجه افزایش دما شد بنفشبه قرمز بنابراین، ناحیه حسگر گرما باز شد، اما برای چشم انسان قابل مشاهده نیست. تابش با دو پارامتر اصلی متمایز می شود: فرکانس (شدت) و طول پرتو. در همان زمان، طول موج به سه نوع تقسیم می شود: نزدیک (از 0.75 تا 1.5 میکرون)، متوسط ​​(از 1.5 تا 5.6 ​​میکرون)، دور (از 5.6 تا 100 میکرون).

این انرژی موج بلندی است که دارای خواص مثبت است، مطابق با تابش طبیعی بدن انسان با طولانی ترین طول موج 9.6 میکرون. بنابراین، بدن هر تأثیر خارجی را به عنوان "بومی" درک می کند. بهترین مثال از تابش مادون قرمز گرمای خورشید است. چنین پرتویی با این تفاوت است که جسم را گرم می کند نه فضای اطراف آن را. اشعه مادون قرمز یک گزینه توزیع گرما است.

فواید اشعه مادون قرمز

دستگاه هایی که از تشعشعات حرارتی موج بلند استفاده می کنند به دو روش مختلف بر بدن انسان تأثیر می گذارند. روش اول دارای خاصیت تقویتی، افزایش عملکردهای محافظتی و جلوگیری از پیری زودرس است. این نوع به شما امکان می دهد با بیماری های مختلف کنار بیایید و دفاع طبیعی بدن را در برابر بیماری ها افزایش دهید. این نوعی درمان است که مبتنی بر سلامت است و برای استفاده در خانه و در محیط های پزشکی مناسب است.

دومین نوع تأثیر اشعه مادون قرمز، درمان مستقیم بیماری ها و بیماری های عمومی است. هر روز یک فرد با اختلالات مرتبط با سلامتی مواجه می شود. بنابراین قطره چکان های بلند دارای خواص درمانی هستند. بسیاری از موسسات پزشکی در آمریکا، کانادا، ژاپن، کشورهای مستقل مشترک المنافع و اروپا از چنین تشعشعی استفاده می کنند. امواج می توانند به عمق بدن نفوذ کنند و اندام های داخلی و سیستم اسکلتی را گرم کنند. این اثرات به بهبود گردش خون و تسریع جریان مایعات در بدن کمک می کند.

افزایش گردش خون تأثیر مفیدی بر متابولیسم انسان دارد، بافت ها با اکسیژن اشباع می شوند و سیستم عضلانی تغذیه می شود.. بسیاری از بیماری ها را می توان با قرار گرفتن منظم در معرض تشعشعاتی که به اعماق بدن انسان نفوذ می کند، از بین برد. این طول موج باعث تسکین بیماری هایی مانند:

• فشار خون بالا یا پایین؛
• درد در پشت؛
• اضافه وزن، چاقی؛
• بیماری های سیستم قلبی عروقی؛
• افسردگی، استرس؛
• اختلالات دستگاه گوارش؛
• آرتریت، روماتیسم، نورالژی؛
• آرتروز، التهاب مفاصل، تشنج؛
• ضعف، ضعف، خستگی؛
• برونشیت، آسم، پنومونی؛
• اختلال خواب، بی خوابی؛
• درد عضلات و کمر؛
• مشکلات در تامین خون، گردش خون؛
• بیماری های گوش و حلق و بینی بدون رسوبات چرکی؛
• بیماری های پوستی، سوختگی، سلولیت؛
• نارسایی کلیه؛
• سرماخوردگی و بیماری های ویروسی؛
• کاهش عملکرد محافظتی بدن؛
• مسمومیت؛
• سیستیت حاد و پروستاتیت؛
• کوله سیستیت بدون تشکیل سنگ، گاسترودئودنیت.

تاثیر مثبت تابش بر این اساس است که وقتی موج به پوست برخورد می کند، روی انتهای اعصاب اثر می گذارد و احساس گرما ایجاد می شود. بیش از 90 درصد از اشعه توسط رطوبت واقع در لایه بالایی پوست از بین می رود و چیزی بیش از افزایش دمای بدن ایجاد نمی کند. طیف نوردهی که طول آن 9.6 میکرون است، برای انسان کاملا بی خطر است.

تابش گردش خون را تحریک می کند، فشار خون و فرآیندهای متابولیک را عادی می کند. با تامین اکسیژن بافت مغز، خطر سرگیجه کاهش می یابد و حافظه بهبود می یابد. اشعه مادون قرمز می تواند نمک های فلزات سنگین، کلسترول و سموم را حذف کند. در طول درمان، ایمنی بیمار افزایش می یابد، سطح هورمونی عادی می شود و تعادل آب و نمک بازیابی می شود. امواج اثر سموم مختلف را کاهش می دهد مواد شیمیایی، دارای خواص ضد التهابی است، تشکیل قارچ ها از جمله کپک را سرکوب می کند.

کاربردهای تابش مادون قرمز

انرژی مادون قرمز در زمینه های مختلفی استفاده می شود که تأثیر مثبتی بر انسان دارد:

1. ترموگرافی با استفاده از تابش مادون قرمز، دمای اجسام واقع در فاصله مشخص می شود. امواج گرما عمدتاً در کاربردهای نظامی و صنعتی استفاده می شود. اجسام گرم شده با چنین وسیله ای را می توان بدون نور دید.
2. گرمایش. اشعه مادون قرمز به افزایش دما کمک می کند و تأثیر مفیدی بر سلامت انسان دارد. علاوه بر اینکه سوناهای مادون قرمز مفید هستند، برای جوشکاری، بازپخت اجسام پلاستیکی و پخت سطوح در زمینه های صنعتی و پزشکی کاربرد دارند.
3. ردیابی. این روش استفاده از انرژی حرارتی، هدایت غیرفعال موشک ها است. این عناصر پرنده مکانیزمی در درون خود دارند که جستجوگر حرارت نامیده می شود. ماشین‌ها، هواپیماها و سایر وسایل نقلیه و همچنین مردم، گرما منتشر می‌کنند تا به موشک‌ها کمک کند مسیر درست پرواز را پیدا کنند.
4. هواشناسی. تابش به ماهواره ها کمک می کند تا فاصله ای که ابرها در آن قرار دارند را تعیین کنند، دما و نوع آنها را تعیین کنند. ابرهای گرم خود را نشان می دهند خاکستری، و سرد سفید هستند. داده ها هم در روز و هم در شب بدون تداخل مطالعه می شوند. صفحه داغ زمین به رنگ خاکستری یا سیاه نشان داده خواهد شد.
5. نجوم. ستاره شناسان مجهز به ابزارهای منحصر به فردی هستند - تلسکوپ های مادون قرمز، که به آنها اجازه می دهد اجرام مختلف را در آسمان مشاهده کنند. به لطف آنها، دانشمندان می توانند پیش ستاره ها را قبل از شروع به انتشار نور قابل مشاهده برای چشم انسان بیابند. چنین تلسکوپی به راحتی اجرام سرد را شناسایی می کند، اما سیارات را نمی توان در طیف فروسرخ که به دلیل نور خاموش ستارگان مشاهده می شود، مشاهده کرد. این دستگاه همچنین برای مشاهده هسته های کهکشانی که توسط گاز و غبار پوشیده شده اند، استفاده می شود.
6. هنر رفلکتوگرام‌ها که بر اساس تابش فروسرخ کار می‌کنند، به متخصصان این حوزه کمک می‌کنند تا لایه‌های زیرین یک شی یا طرح‌های یک هنرمند را با جزئیات بیشتری بررسی کنند. این روش به شما این امکان را می دهد که نقشه های نقاشی و قسمت قابل مشاهده آن را با هم مقایسه کنید تا صحت نقاشی و اینکه آیا بازسازی شده است یا خیر. پیش از این، این دستگاه برای مطالعه اسناد مکتوب قدیمی و ساخت جوهر اقتباس شده بود.

اینها تنها روشهای اساسی استفاده از انرژی حرارتی در علم هستند، اما تجهیزات جدیدی که بر اساس آن کار می کنند هر ساله ظاهر می شوند.

آسیب ناشی از اشعه مادون قرمز

نور مادون قرمز نه تنها تأثیر مثبتی بر بدن انسان می گذارد، بلکه باید به خاطر داشته باشید که در صورت استفاده نادرست از آن می تواند آسیب هایی ایجاد کند و برای دیگران خطرناک باشد. این محدوده IR با طول موج کوتاه است که تأثیر منفی می گذارد. تاثیر بد اشعه مادون قرمز بر بدن انسان به صورت التهاب لایه های زیرین پوست، گشاد شدن مویرگ ها و ایجاد تاول ظاهر می شود.

در صورت بروز بیماری ها و علائم زیر باید فوراً از استفاده از اشعه مادون قرمز صرف نظر کرد:

• بیماری های سیستم گردش خون، خونریزی؛
• شکل مزمن یا حاد فرآیندهای چرکی؛
• بارداری و شیردهی؛
• تومورهای بدخیم؛
• نارسایی ریوی و قلبی؛
• التهاب حاد؛
• صرع؛
• با قرار گرفتن طولانی مدت در معرض اشعه مادون قرمز، خطر ابتلا به فوتوفوبیا، آب مروارید و سایر بیماری های چشمی افزایش می یابد.

قرار گرفتن شدید در معرض اشعه مادون قرمز منجر به قرمزی پوست و سوختگی می شود. کارگران صنعت متالورژی گاهی اوقات دچار گرمازدگی و درماتیت می شوند. هرچه فاصله کاربر از المنت گرمایش کمتر باشد، زمان کمتری را باید در نزدیکی دستگاه بگذراند. گرم شدن بیش از حد بافت مغز به میزان یک درجه و گرمازدگی با علائمی مانند حالت تهوع، سرگیجه، تاکی کاردی و سیاهی چشم همراه است. هنگامی که دما دو درجه یا بیشتر افزایش یابد، خطر ابتلا به مننژیت وجود دارد.

اگر گرمازدگی تحت تأثیر اشعه مادون قرمز رخ دهد، باید بلافاصله قربانی را در یک اتاق خنک قرار دهید و تمام لباس هایی را که منقبض شده یا حرکت را محدود می کند، بردارید. باندهای آغشته به آب سرد یا کیسه های یخ روی سینه، گردن، کشاله ران، پیشانی، ستون فقرات و زیر بغل اعمال می شود.

اگر کیسه یخ ندارید، می توانید از هر پارچه یا لباسی برای این کار استفاده کنید. کمپرس فقط با خیلی ساخته می شود آب سرد، به طور دوره ای باندهای موجود در آن را مرطوب کنید.

در صورت امکان، فرد به طور کامل در یک ملحفه سرد پیچیده می شود. علاوه بر این، می توانید جریان هوای سرد را با استفاده از یک فن به بیمار دمید. مایعات فراوان بنوشید آب سردبه کاهش وضعیت قربانی کمک خواهد کرد. در موارد شدید مواجهه، تماس با آمبولانس و انجام تنفس مصنوعی ضروری است.

چگونه از اثرات مضر امواج IR جلوگیری کنیم؟

برای محافظت از خود در برابر اثرات منفی امواج گرما، باید قوانینی را رعایت کنید:

1. اگر کار به طور مستقیم با بخاری های با دمای بالا مرتبط باشد، پس استفاده از لباس های محافظ برای محافظت از بدن و چشم ها الزامی است.
2. بخاری های خانگی با باز عناصر گرمایشی. نباید به آنها نزدیک شوید و بهتر است زمان نفوذ آنها را به حداقل برسانید.
3. محل باید دارای وسایلی باشد که کمترین تأثیر را بر مردم و سلامت آنها داشته باشد.
4. برای مدت طولانی زیر نور خورشید نمانید. اگر این قابل تغییر نیست، باید دائماً از کلاه و لباسی استفاده کنید که نواحی باز بدن را بپوشاند. این به ویژه در مورد کودکان صدق می کند که همیشه نمی توانند افزایش دمای بدن را تشخیص دهند.

با پیروی از این قوانین، فرد می تواند از خود در برابر عواقب ناخوشایند تأثیر حرارتی بیش از حد محافظت کند. پرتوهای مادون قرمز زمانی که به روش‌های خاصی مورد استفاده قرار می‌گیرند، می‌توانند هم مضر و هم مفید باشند.

روش های درمانی

درمان مادون قرمز به دو نوع موضعی و عمومی تقسیم می شود. در نوع اول، اثر موضعی در ناحیه خاصی وجود دارد و در درمان کلی، امواج تمام بدن انسان را درمان می کنند. این روش دو بار در روز به مدت 15-30 دقیقه انجام می شود. دوره درمان بین 5 تا 20 جلسه است. پوشیدن تجهیزات حفاظتی هنگام تابش ضروری است. برای چشم از روکش های مقوایی یا عینک مخصوص استفاده می شود. پس از عمل، قرمزی با مرزهای تار روی پوست ظاهر می شود که پس از یک ساعت پس از قرار گرفتن در معرض اشعه از بین می رود. اشعه مادون قرمز در پزشکی بسیار ارزشمند است.

شدت تابش زیاد می تواند به سلامت آسیب برساند، بنابراین باید تمام موارد منع مصرف را دنبال کنید.

انرژی حرارتی هر روز یک فرد را همراهی می کند زندگی روزمره. تشعشعات مادون قرمز نه تنها مزایا، بلکه مضرات نیز به همراه دارد. بنابراین، لازم است با نور مادون قرمز با احتیاط برخورد شود. دستگاه هایی که این امواج را ساطع می کنند باید به طور ایمن استفاده شوند. بسیاری از مردم نمی دانند که آیا قرار گرفتن در معرض حرارت مضر است یا خیر، اما با استفاده صحیح از دستگاه ها می توان سلامتی فرد را بهبود بخشید و از برخی بیماری ها خلاص شد.

تابش مادون قرمز- تابش الکترومغناطیسی، اشغال منطقه طیفی بین انتهای قرمز نور مرئی (با طول موج λ = 0.74 میکرومتر و فرکانس 430 THz) و تابش رادیویی مایکروویو (λ ~ 1-2 میلی متر، فرکانس 300 گیگاهرتز).

کل محدوده تابش مادون قرمز به طور معمول به سه ناحیه تقسیم می شود:

لبه طول موج بلند این محدوده گاهی اوقات به یک محدوده جداگانه از امواج الکترومغناطیسی - تابش تراهرتز (تابش زیر میلی متر) جدا می شود.

تابش مادون قرمز را "تابش حرارتی" نیز می نامند، زیرا تابش مادون قرمز از اجسام گرم شده توسط پوست انسان به عنوان احساس گرما درک می شود. در این مورد، طول موج های ساطع شده توسط بدن به دمای گرمایش بستگی دارد: هر چه دما بیشتر باشد، طول موج کوتاه تر و شدت تابش بیشتر می شود. طیف تابش یک جسم سیاه مطلق در دمای نسبتاً پایین (تا چندین هزار کلوین) عمدتاً در این محدوده قرار دارد. تابش مادون قرمز توسط اتم ها یا یون های برانگیخته ساطع می شود.

یوتیوب دایره المعارفی

1 / 3

✪ 36 مقیاس امواج الکترومغناطیسی اشعه مادون قرمز و فرابنفش

✪ آزمایشات فیزیک بازتاب مادون قرمز

✪ آزمایشات فیزیک انکسار و جذب اشعه مادون قرمز

زیرنویس

تاریخچه کشف و ویژگی های کلی

تشعشعات فروسرخ در سال 1800 توسط ستاره شناس انگلیسی W. Herschel کشف شد. هرشل در حین مطالعه خورشید به دنبال راهی برای کاهش گرمایش ابزاری بود که با آن مشاهدات انجام می شد. هرشل با استفاده از دماسنج‌ها برای تعیین اثرات بخش‌های مختلف طیف مرئی، دریافت که «حداکثر گرما» در پشت رنگ قرمز اشباع شده و احتمالاً «فراتر از شکست مرئی» قرار دارد. این مطالعه آغاز مطالعه اشعه مادون قرمز بود.

پیش از این، منابع آزمایشگاهی تشعشعات مادون قرمز منحصراً اجسام داغ یا تخلیه های الکتریکیدر گازها امروزه منابع مدرن تشعشعات مادون قرمز با فرکانس قابل تنظیم یا ثابت بر اساس لیزرهای گازی حالت جامد و مولکولی ایجاد شده است. برای ثبت تشعشعات در ناحیه مادون قرمز نزدیک (تا 1.3 میکرومتر)، از صفحات عکاسی ویژه استفاده می شود. آشکارسازهای فوتوالکتریک و مقاومت نوری دامنه حساسیت بیشتری دارند (تا حدود 25 میکرون). تابش در ناحیه مادون قرمز دور توسط بولومترها ثبت می شود - آشکارسازهایی که به گرمایش توسط تابش مادون قرمز حساس هستند.

تجهیزات مادون قرمز به طور گسترده هم در فناوری نظامی (مثلاً برای هدایت موشک) و هم در فناوری غیرنظامی (مثلاً در سیستم های ارتباطی فیبر نوری) استفاده می شود. طیف‌سنج‌های مادون قرمز از لنزها و منشورها یا توری‌های پراش و آینه‌ها به عنوان عناصر نوری استفاده می‌کنند. برای حذف جذب تشعشع در هوا، طیف‌سنج‌هایی برای منطقه دور-IR در یک نسخه خلاء ساخته می‌شوند.

از آنجایی که طیف های مادون قرمز با حرکات چرخشی و ارتعاشی در مولکول و همچنین با انتقال های الکترونیکی در اتم ها و مولکول ها مرتبط است، طیف سنجی IR به فرد اجازه می دهد تا اطلاعات مهمی در مورد ساختار اتم ها و مولکول ها و همچنین ساختار نواری کریستال ها به دست آورد.

محدوده تابش مادون قرمز

اشیاء به طور معمول تشعشعات مادون قرمز را در سراسر طیف طول موج ساطع می کنند، اما گاهی اوقات فقط یک ناحیه محدود از طیف مورد توجه است زیرا سنسورها معمولاً فقط تشعشعات را در یک پهنای باند مشخص جمع آوری می کنند. بنابراین، محدوده مادون قرمز اغلب به باندهای کوچکتر تقسیم می شود.

طرح تقسیم متعارف

اغلب، تقسیم به محدوده های کوچکتر به شرح زیر انجام می شود:

طرح CIE

کمیسیون بین المللی روشنایی کمیسیون بین المللی روشنایی ) تقسیم اشعه مادون قرمز را به سه گروه زیر توصیه می کند:

• IR-A: 700 نانومتر - 1400 نانومتر (0.7 میکرومتر - 1.4 میکرومتر)
• IR-B: 1400 نانومتر - 3000 نانومتر (1.4 میکرومتر - 3 میکرومتر)
• IR-C: 3000 نانومتر - 1 میلی متر (3 میکرومتر - 1000 میکرومتر)

نمودار ISO 20473

تابش حرارتی

تابش حرارتی یا تابش انتقال انرژی از جسمی به جسم دیگر به شکل امواج الکترومغناطیسی است که از اجسام به دلیل وجود آنها ساطع می شود. انرژی درونی. تشعشعات حرارتی عمدتاً در ناحیه مادون قرمز طیف از 0.74 میکرون تا 1000 میکرون می افتد. یکی از ویژگی های متمایز تبادل حرارت تابشی این است که می توان آن را بین اجسامی که نه تنها در هر محیطی، بلکه در خلاء نیز قرار دارند انجام داد. نمونه ای از تابش حرارتی نور ناشی از لامپ رشته ای است. قدرت تابش حرارتی جسمی که معیارهای جسم سیاه مطلق را برآورده می کند توسط قانون استفان بولتزمن توصیف می شود. رابطه بین توانایی های گسیلی و جذبی اجسام توسط قانون تشعشع کیرشهوف توصیف شده است. تابش حرارتی یکی از سه نوع اصلی انتقال انرژی حرارتی (علاوه بر هدایت حرارتی و همرفت) است. تابش تعادلی تابش حرارتی است که با ماده در تعادل ترمودینامیکی است.

دید مادون قرمز

کاربرد

دستگاه دید در شب

چندین راه برای تجسم یک تصویر مادون قرمز نامرئی وجود دارد:

• دوربین های ویدئویی نیمه هادی مدرن در مادون قرمز نزدیک حساس هستند. برای جلوگیری از خطاهای رندر رنگ، دوربین های فیلمبرداری خانگی معمولی مجهز به فیلتر مخصوصی هستند که تصویر IR را قطع می کند. دوربین های سیستم های امنیتی، به عنوان یک قاعده، چنین فیلتری ندارند. با این حال، در تاریکی هیچ منبع طبیعی نور مادون قرمز نزدیک وجود ندارد، بنابراین بدون نور مصنوعی (به عنوان مثال، LED های مادون قرمز)، چنین دوربین هایی چیزی را نشان نمی دهند.
• مبدل الکترون نوری یک دستگاه فوتوالکترونیک خلاء است که نور را در طیف مرئی و نزدیک به IR تقویت می کند. حساسیت بالایی دارد و در شرایط نوری بسیار کم قادر به تولید تصاویر است. آنها از نظر تاریخی اولین دستگاه های دید در شب هستند و هنوز هم امروزه به طور گسترده در دستگاه های دید در شب ارزان استفاده می شوند. از آنجایی که آنها فقط در نزدیک به IR کار می کنند، مانند دوربین های ویدئویی نیمه هادی، به نور نیاز دارند.
• بلومتر - سنسور حرارتی. بلومترها برای سیستم‌های بینایی فنی و دستگاه‌های دید در شب در محدوده طول موج 3..14 میکرون (mid-IR) حساس هستند که مربوط به تابش اجسامی است که از 500 تا 50- درجه سانتی‌گراد گرم می‌شوند. بنابراین، دستگاه های بولومتریک نیازی به نور خارجی ندارند، تابش خود اشیاء را ثبت می کنند و تصویری از اختلاف دما ایجاد می کنند.

ترموگرافی

ترموگرافی مادون قرمز، تصویربرداری حرارتی یا فیلم حرارتی یک روش علمی برای به دست آوردن ترموگرام است - تصویری در پرتوهای مادون قرمز که الگوی توزیع میدان های دما را نشان می دهد. دوربین های حرارتی یا تصویرگرهای حرارتی تشعشعات را در ناحیه مادون قرمز طیف الکترومغناطیسی (تقریباً 900-14000 نانومتر یا 0.9-14 میکرومتر) تشخیص می دهند و از این تابش برای ایجاد تصاویری استفاده می کنند که به شناسایی مناطق بیش از حد گرم یا سرد شده کمک می کند. از آنجایی که تشعشعات فروسرخ از تمام اجسامی که دارای دما هستند ساطع می شود، طبق فرمول پلانک برای تابش جسم سیاه، ترموگرافی به فرد اجازه می دهد که محیط را با یا بدون نور مرئی "دید" کند. مقدار تابش ساطع شده توسط یک جسم با افزایش دمای آن افزایش می یابد، بنابراین ترموگرافی به ما امکان می دهد تفاوت دما را ببینیم. هنگامی که از طریق یک تصویرگر حرارتی نگاه می کنیم، اجسام گرم بهتر از آنهایی که تا دمای محیط سرد شده اند، قابل مشاهده هستند. افراد و حیوانات خونگرم چه در روز و چه در شب به راحتی در محیط قابل مشاهده هستند. در نتیجه، پیشرفت استفاده از ترموگرافی را می توان به خدمات نظامی و امنیتی نسبت داد.

خانه مادون قرمز

هد فروسرخ فروسرخ - یک هد هومینگ که بر اساس اصل گرفتن امواج مادون قرمز ساطع شده توسط هدف گرفته شده کار می کند. این یک دستگاه نوری-الکترونیکی است که برای شناسایی هدف در پس زمینه اطراف و ارسال سیگنال گرفتن به دستگاه هدف گیری خودکار (ADU) و همچنین اندازه گیری و ارسال سیگنال سرعت زاویه ای خط دید به خلبان خودکار طراحی شده است.

بخاری مادون قرمز

انتقال داده

گسترش LED های مادون قرمز، لیزرها و فتودیودها امکان ایجاد یک روش نوری بی سیم برای انتقال داده ها را بر اساس آنها ممکن ساخته است. در فناوری رایانه معمولاً برای اتصال رایانه ها با دستگاه های جانبی استفاده می شود (اینترفیس IrDA برخلاف کانال رادیویی، کانال مادون قرمز به تداخل الکترومغناطیسی حساس نیست و این امکان استفاده از آن را در محیط های صنعتی فراهم می کند). از معایب کانال مادون قرمز می توان به نیاز به پنجره های نوری روی تجهیزات، جهت گیری نسبی صحیح دستگاه ها اشاره کرد. سرعت های پایینانتقال (معمولاً از 5-10 مگابیت بر ثانیه تجاوز نمی کند، اما هنگام استفاده از لیزرهای مادون قرمز، سرعت قابل توجهی بالاتر ممکن است). علاوه بر این، محرمانه بودن انتقال اطلاعات تضمین نمی شود. در شرایط دید مستقیم، کانال مادون قرمز می تواند ارتباط را در فواصل چند کیلومتری فراهم کند، اما برای اتصال کامپیوترهای واقع در همان اتاق، جایی که انعکاس از دیوارهای اتاق ارتباط پایدار و قابل اعتمادی را فراهم می کند، راحت تر است. طبیعی ترین نوع توپولوژی در اینجا "اتوبوس" است (یعنی سیگنال ارسالی به طور همزمان توسط همه مشترکین دریافت می شود). کانال مادون قرمز نتوانست به طور گسترده ای گسترش یابد.

تابش حرارتی نیز برای دریافت سیگنال های هشدار استفاده می شود.

کنترل از راه دور

دیودهای مادون قرمز و فوتودیودها به طور گسترده در کنترل از راه دور، سیستم های اتوماسیون، سیستم های امنیتی، برخی از تلفن های همراه (درگاه مادون قرمز) و ... استفاده می شوند.

جالب اینجاست که اشعه مادون قرمز یک کنترل از راه دور خانگی به راحتی با استفاده از دوربین دیجیتال ضبط می شود.

دارو

رایج ترین کاربردهای اشعه مادون قرمز در پزشکی در سنسورهای مختلف جریان خون (PPG) یافت می شود.

مترهای ضربان قلب (HR - Heart Rate) و اشباع اکسیژن خون (Sp02) که به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرند، از LED های سبز (برای نبض) و قرمز و مادون قرمز (برای SpO2) استفاده می کنند.

تابش لیزر مادون قرمز در تکنیک DLS (پراکندگی نور دیجیتال) برای تعیین ضربان قلب و ویژگی های جریان خون استفاده می شود.

از اشعه مادون قرمز در فیزیوتراپی استفاده می شود.

اثر تابش امواج مادون قرمز طولانی:

• تحریک و بهبود گردش خون هنگام قرار گرفتن در معرض امواج مادون قرمز بر روی پوست، گیرنده های پوست تحریک می شوند و در اثر واکنش هیپوتالاموس، عضلات صاف رگ های خونی شل می شوند و در نتیجه رگ ها گشاد می شوند. .
• بهبود فرآیندهای متابولیک. هنگامی که در معرض گرما قرار می گیرد، تابش مادون قرمز فعالیت در سطح سلولی را تحریک می کند و فرآیندهای تنظیم عصبی و متابولیسم را بهبود می بخشد.

استریلیزاسیون مواد غذایی

با استفاده از اشعه مادون قرمز استریل می شود محصولات غذاییبه منظور ضد عفونی

صنایع غذایی

از ویژگی های خاص استفاده از تابش IR در صنایع غذایی امکان نفوذ موج الکترومغناطیسی به محصولات متخلخل مویرگی مانند غلات، غلات، آرد و ... تا عمق 7 میلی متر است. این مقدار به ماهیت سطح، ساختار، خواص مواد و ویژگی های فرکانس تابش بستگی دارد. یک موج الکترومغناطیسی با یک محدوده فرکانس مشخص نه تنها یک اثر حرارتی، بلکه همچنین یک اثر بیولوژیکی روی محصول دارد و به تسریع تحولات بیوشیمیایی در پلیمرهای بیولوژیکی کمک می کند.

در ناحیه نامرئی طیف الکترومغناطیسی، که از پشت نور قرمز مرئی شروع می شود و قبل از تابش امواج مایکروویو بین فرکانس های 10 12 و 5∙10 14 هرتز (یا در محدوده طول موج 1-750 نانومتر) به پایان می رسد. این نام از کلمه لاتین infra گرفته شده و به معنای "زیر قرمز" است.

موارد استفاده از پرتوهای مادون قرمز متفاوت است. آنها برای تصویربرداری از اشیاء در تاریکی یا دود، گرم کردن سونا و گرم کردن بال های هواپیما برای یخ زدایی، ارتباطات کوتاه برد و تجزیه و تحلیل طیف سنجی استفاده می شوند. ترکیبات آلی.

باز شدن

پرتوهای فروسرخ در سال 1800 توسط موسیقیدان آلمانی الاصل و ستاره شناس آماتور انگلیسی ویلیام هرشل کشف شد. او با استفاده از یک منشور، نور خورشید را به اجزای تشکیل دهنده آن تقسیم کرد و با استفاده از دماسنج، افزایش دما فراتر از قسمت قرمز طیف را ثبت کرد.

تابش IR و گرما

تابش مادون قرمز اغلب تابش حرارتی نامیده می شود. البته باید توجه داشت که این تنها پیامد آن است. گرما اندازه گیری انرژی انتقالی (انرژی حرکت) اتم ها و مولکول های یک ماده است. سنسورهای "دما" در واقع گرما را اندازه گیری نمی کنند، بلکه فقط تفاوت در انتشار IR اشیاء مختلف را اندازه گیری می کنند.

بسیاری از معلمان فیزیک به طور سنتی تمام تابش حرارتی خورشید را به پرتوهای فروسرخ نسبت می دهند. اما این کاملا درست نیست. نور مرئی خورشید 50 درصد کل گرما را تامین می کند و امواج الکترومغناطیسی با هر فرکانس با شدت کافی می توانند باعث گرما شوند. با این حال، منصفانه است که بگوییم در دمای اتاق، اجسام عمدتاً در ناحیه مادون قرمز میانی گرما تولید می کنند.

تشعشعات IR توسط چرخش و ارتعاشات اتم‌ها یا گروه‌هایی از اتم‌ها و در نتیجه توسط بسیاری از انواع مواد جذب و منتشر می‌شود. به عنوان مثال، شفاف به نور مرئی شیشه پنجرهتابش IR را جذب می کند. پرتوهای مادون قرمز تا حد زیادی توسط آب و جو جذب می شوند. اگرچه آنها برای چشم نامرئی هستند، اما می توان آنها را روی پوست احساس کرد.

زمین به عنوان منبع تابش مادون قرمز

سطح سیاره ما و ابرها در حال جذب هستند انرژی خورشیدیکه بیشتر آن به صورت تشعشعات فروسرخ در جو منتشر می شود. برخی از مواد موجود در آن، عمدتاً بخار و قطرات آب و همچنین متان، دی اکسید کربناکسید نیتروژن، کلروفلوئوروکربن ها و هگزا فلوراید گوگرد، در ناحیه مادون قرمز طیف جذب می شوند و در همه جهات، از جمله به زمین، دوباره منتشر می شوند. بنابراین، به دلیل اثر گلخانه ای، جو و سطح زمین بسیار گرمتر از زمانی است که هیچ ماده ای وجود نداشته باشد که اشعه مادون قرمز را در هوا جذب کند.

این تابش نقش مهمی در انتقال حرارت دارد و جزء جدایی ناپذیر اثر گلخانه ای است. در مقیاس جهانی، تأثیر پرتوهای مادون قرمز تا تعادل تشعشعات زمین گسترش می یابد و تقریباً بر تمام فعالیت های زیست کره تأثیر می گذارد. تقریباً هر جسم روی سطح سیاره ما تشعشعات الکترومغناطیسی را عمدتاً در این قسمت از طیف منتشر می کند.

مناطق IR

محدوده مادون قرمز اغلب به بخش های باریک تری از طیف تقسیم می شود. موسسه استاندارد آلمان DIN محدوده طول موج اشعه مادون قرمز زیر را تعریف کرده است:

• نزدیک (0.75-1.4 میکرومتر)، معمولا در ارتباطات فیبر نوری استفاده می شود.
• موج کوتاه (1.4-3 میکرون)، که از آن شروع می شود، جذب تابش IR توسط آب به طور قابل توجهی افزایش می یابد.
• موج متوسط، همچنین به نام متوسط ​​(3-8 میکرون)؛
• موج بلند (8-15 میکرون)؛
• برد بلند (15-1000 میکرومتر).

با این حال، این طرح طبقه بندی به طور کلی استفاده نمی شود. به عنوان مثال، برخی از مطالعات محدوده های زیر را گزارش می کنند: نزدیک (0.75-5 میکرومتر)، متوسط ​​(5-30 میکرومتر) و طولانی (30-1000 میکرومتر). طول موج های مورد استفاده در مخابرات به دلیل محدودیت آشکارسازها، تقویت کننده ها و منابع به باندهای جداگانه طبقه بندی می شوند.

سیستم نشانه گذاری عمومی با واکنش انسان به پرتوهای مادون قرمز توجیه می شود. منطقه مادون قرمز نزدیک به طول موج قابل مشاهده برای چشم انسان نزدیک است. تابش میانی و دور IR به تدریج از قسمت مرئی طیف دور می شود. تعاریف دیگر از مکانیسم های فیزیکی متفاوتی (مانند پیک انتشار و جذب آب) پیروی می کنند و جدیدترین آنها بر اساس حساسیت آشکارسازهای مورد استفاده است. به عنوان مثال، حسگرهای سیلیکونی معمولی در ناحیه حدود 1050 نانومتر حساس هستند و آرسنید گالیم ایندیم در محدوده 950 نانومتر تا 1700 و 2200 نانومتر حساس است.

هیچ مرز مشخصی بین نور مادون قرمز و نور مرئی وجود ندارد. حساسیت چشم انسان به نور قرمز بالای 700 نانومتر بسیار کمتر است، اما نور شدید (از لیزر) تا حدود 780 نانومتر قابل مشاهده است. ابتدای محدوده مادون قرمز در استانداردهای مختلف متفاوت تعریف شده است - جایی بین این مقادیر. به طور معمول این 750 نانومتر است. بنابراین، پرتوهای مادون قرمز مرئی در محدوده 750-780 نانومتر امکان پذیر است.

نمادها در سیستم های ارتباطی

ارتباطات نوری مادون قرمز نزدیک از نظر فنی به تعدادی باند فرکانسی تقسیم می شوند. این به دلیل منابع مختلفنور، مواد جاذب و انتقال دهنده (الیاف) و آشکارسازها. این موارد عبارتند از:

• O-band 1260-1360 نانومتر.
• باند الکترونیکی 1360-1460 نانومتر.
• باند S 1460-1530 نانومتر.
• باند C 1530-1565 نانومتر.
• باند L 1.565-1.625 نانومتر.
• U-band 1.625-1.675 نانومتر.

ترموگرافی

ترموگرافی یا تصویربرداری حرارتی نوعی تصویر مادون قرمز از اجسام است. از آنجایی که همه بدن ها تشعشعات مادون قرمز ساطع می کنند و شدت تابش با دما افزایش می یابد، می توان از دوربین های تخصصی با سنسورهای مادون قرمز برای تشخیص آن و گرفتن عکس استفاده کرد. در مورد اجسام بسیار داغ در ناحیه مادون قرمز نزدیک یا مرئی، این روش پیرومتری نامیده می شود.

ترموگرافی مستقل از نور مرئی است. بنابراین، می توان محیط را حتی در تاریکی نیز "دید" کرد. به ویژه، اشیاء گرم، از جمله مردم و حیوانات خونگرم، در پس زمینه ای خنک تر به خوبی خودنمایی می کنند. عکاسی از منظره مادون قرمز نمایش اشیاء را بر اساس گرمای خروجی آنها افزایش می دهد، آسمان آبی و آب تقریبا سیاه به نظر می رسند، در حالی که شاخ و برگ سبز و پوست به وضوح نمایان می شوند.

از لحاظ تاریخی، ترموگرافی به طور گسترده توسط سرویس های نظامی و امنیتی استفاده می شده است. علاوه بر این، کاربردهای بسیار دیگری نیز دارد. به عنوان مثال، آتش نشانان از آن برای دیدن دود، یافتن افراد و مکان یابی نقاط داغ در هنگام آتش سوزی استفاده می کنند. ترموگرافی می تواند رشد غیرطبیعی و نقص بافت را نشان دهد سیستم های الکترونیکیو مدارها به دلیل افزایش تولید گرما. برقکارهایی که خطوط برق را نگهداری می کنند می توانند اتصالات گرمای بیش از حد و قطعاتی که نشان دهنده مشکل در عملکرد آنها هستند را شناسایی کرده و خطر احتمالی را از بین ببرند. هنگامی که عایق کاری خراب می شود، متخصصان ساختمان می توانند نشت گرما را ببینند و کارایی سیستم های سرمایش یا گرمایش را بهبود بخشند. در برخی از خودروهای مدل بالا، تصویرگرهای حرارتی برای کمک به راننده نصب می شوند. تصویربرداری ترموگرافی می تواند چندین واکنش فیزیولوژیکی را در انسان و حیوانات خونگرم بررسی کند.

ظاهر و روش کار یک دوربین ترموگرافی مدرن هیچ تفاوتی با دوربین های فیلمبرداری معمولی ندارد. توانایی دیدن در طیف مادون قرمز آنقدر ویژگی مفید است که توانایی ضبط تصاویر اغلب اختیاری است و ماژول ضبط همیشه در دسترس نیست.

تصاویر دیگر

در عکاسی مادون قرمز، ناحیه مادون قرمز نزدیک با استفاده از فیلترهای مخصوص ثبت می شود. دوربین های دیجیتال تمایل دارند تشعشعات IR را مسدود کنند. با این حال، دوربین‌های ارزان‌قیمتی که فیلترهای مناسبی ندارند، می‌توانند در محدوده نزدیک به مادون قرمز «دیدن» شوند. در این حالت معمولاً نور نامرئی سفید روشن به نظر می رسد. این امر به ویژه هنگام عکاسی در نزدیکی اشیاء مادون قرمز روشن (مثلاً یک لامپ) قابل توجه است، جایی که تداخل حاصل باعث محو شدن تصویر می شود.

همچنین باید به تصویربرداری پرتو T اشاره کرد که تصویربرداری در محدوده تراهرتز دور است. فقدان منابع روشن، چنین تصاویری را از نظر فنی چالش برانگیزتر از سایر تکنیک های تصویربرداری IR می کند.

ال ای دی و لیزر

منابع مصنوعی تابش مادون قرمز، علاوه بر اجسام داغ، ال ای دی و لیزر هستند. اولی دستگاه های اپتوالکترونیک کوچک و ارزانی هستند که از مواد نیمه هادی مانند آرسنید گالیم ساخته شده اند. آنها به عنوان جداکننده های نوری و در برخی از سیستم های ارتباطی فیبر نوری استفاده می شوند. لیزرهای IR با پمپ نوری بالا بر اساس دی اکسید کربن و مونوکسید کربن کار می کنند. آنها برای شروع و اصلاح واکنش های شیمیایی و جداسازی ایزوتوپ ها استفاده می شوند. علاوه بر این، آنها در سیستم های لیدار برای تعیین فاصله تا یک جسم استفاده می شوند. منابع تشعشع مادون قرمز نیز در فاصله یاب دوربین های خود فوکوس خودکار استفاده می شود. دزدگیر دزدگیرو دستگاه های دید در شب نوری.

گیرنده های IR

ابزارهای تشخیص IR شامل دستگاه های حساس به دما مانند آشکارسازهای ترموکوپل، بولومترها (برخی از آنها تا دمای نزدیک به صفر مطلق خنک می شوند تا تداخل خود آشکارساز را کاهش دهند)، سلول های فتوولتائیک و رساناهای نوری. دومی از مواد نیمه رسانا (به عنوان مثال، سیلیکون و سولفید سرب) ساخته شده است که رسانایی الکتریکی آنها هنگام قرار گرفتن در معرض پرتوهای مادون قرمز افزایش می یابد.

گرمایش

تابش مادون قرمز برای گرم کردن استفاده می شود - به عنوان مثال، برای گرم کردن سونا و حذف یخ از بال های هواپیما. همچنین به طور فزاینده ای برای ذوب آسفالت در هنگام گذاشتن جاده های جدید یا تعمیر مناطق آسیب دیده استفاده می شود. اشعه IR را می توان در پخت و پز و گرم کردن غذا استفاده کرد.

اتصال

طول موج های IR برای انتقال داده ها در فواصل کوتاه، به عنوان مثال بین فاصله، استفاده می شود لوازم جانبی کامپیوترو دستیارهای دیجیتال شخصی این دستگاه ها معمولاً با استانداردهای IrDA مطابقت دارند.

ارتباطات مادون قرمز معمولاً در محیط های سرپوشیده در مناطقی با تراکم جمعیت بالا استفاده می شود. این رایج ترین راه برای کنترل از راه دور دستگاه ها است. خواص پرتوهای مادون قرمز به آنها اجازه نفوذ به دیوارها را نمی دهد و بنابراین با تجهیزات اتاق های مجاور تعامل ندارند. علاوه بر این، لیزرهای IR به عنوان منبع نور در سیستم های ارتباطی فیبر نوری استفاده می شوند.

طیف سنجی

طیف‌سنجی تابش فروسرخ یک فناوری است که برای تعیین ساختار و ترکیبات (عمدتا) ترکیبات آلی با مطالعه انتقال تابش مادون قرمز از طریق نمونه‌ها استفاده می‌شود. این بر اساس خواص مواد برای جذب فرکانس های خاص است که به کشش و خمش داخل مولکول های نمونه بستگی دارد.

ویژگی های جذب و انتشار مادون قرمز مولکول ها و مواد اطلاعات مهمی در مورد اندازه، شکل و پیوند شیمیایی مولکول ها، اتم ها و یون ها در جامدات ارائه می دهد. انرژی های چرخش و ارتعاش در همه سیستم ها کوانتیزه می شوند. تابش مادون قرمز انرژی hν که توسط یک مولکول یا ماده معین ساطع یا جذب می شود، اندازه گیری تفاوت بین حالت های انرژی داخلی خاص است. آنها به نوبه خود با وزن اتمی و پیوندهای مولکولی تعیین می شوند. به همین دلیل، طیف‌سنجی مادون قرمز ابزار قدرتمندی برای تعیین ساختار داخلی مولکول‌ها و مواد یا زمانی که چنین اطلاعاتی از قبل شناخته شده و جدول‌بندی شده باشد، کمیت آنهاست. تکنیک‌های طیف‌سنجی IR اغلب برای تعیین ترکیب و در نتیجه منشاء و قدمت نمونه‌های باستان‌شناسی، و همچنین برای تشخیص جعلی بودن آثار هنری و سایر اشیایی که هنگام بررسی زیر نور مرئی، شبیه نمونه‌های اصلی هستند، استفاده می‌شود.

فواید و مضرات اشعه مادون قرمز

اشعه مادون قرمز موج بلند در پزشکی برای اهداف زیر استفاده می شود:

• عادی سازی فشار خون با تحریک گردش خون؛
• پاکسازی بدن از نمک ها و سموم فلزات سنگین؛
• گردش خون در مغز و حافظه را بهبود می بخشد.
• عادی سازی سطوح هورمونی;
• حفظ تعادل آب و نمک؛
• محدود کردن گسترش قارچ ها و میکروب ها؛
• تسکین درد؛
• تسکین التهاب؛
• تقویت سیستم ایمنی بدن

در عین حال، اشعه IR می تواند در بیماری های حاد چرکی، خونریزی، التهاب حاد، بیماری های خونی و تومورهای بدخیم مضر باشد. قرار گرفتن در معرض طولانی مدت کنترل نشده منجر به قرمزی پوست، سوختگی، درماتیت و گرمازدگی می شود. اشعه مادون قرمز موج کوتاه برای چشم خطرناک است - ممکن است فوتوفوبیا، آب مروارید و اختلال بینایی ایجاد شود. بنابراین برای گرمایش فقط باید از منابع تابش امواج بلند استفاده کرد.