Infracrvena talasna dužina

Internetom kruži mnogo nepouzdanih (a ponekad i iskreno lažnih) informacija o prodiranju infracrvenog zračenja u ljudski organizam. Obično takve informacije šire prodavci kabina s ugljičnim (filmskim) grijačima, izmišljajući razne pseudonaučne termine: "rezonantna apsorpcija", "Zraci života" itd. Da bismo razjasnili ovo pitanje, predstavljamo opis interakcije infracrvenog zračenja sa živim tkivima na osnovu naučna literatura koja je prihvaćena u cijelom svijetu.

Interakcija IC zračenja sa živim tkivima

infracrveno područje spektra, prema međunarodna klasifikacija, dijele se na bliski IR-A (od 0,76 do 1,5 µm), srednji IR-B (1,5 - 3 µm) i daleki IR-C (preko 3 µm).

Sa stanovišta ljudske fiziologije, bliski infracrveni zraci u regionu iu onim razmerama u kojima ih obično primamo od Sunca kroz atmosferu nisu samo korisni, već i neophodni. Bliski infracrveni zraci (do 1,5 mikrona) apsorbuju se u dubini kože, dok se infracrveni zraci veće talasne dužine apsorbuju već na svojoj površini.

Zaista, koža je providna za infracrveno zračenje sa talasnom dužinom do 1,5 mikrona. Tada postaje relativno neproziran i karakterizira ga prilično složen spektar apsorpcije. Kožu treba posmatrati kao kompleks koji se sastoji od epiderme, čija prozirnost može varirati u zavisnosti od stanja, od pigmenata, međućelijskog tkiva, potkožnog masnog tkiva itd. Posjedujući veliku higroskopnost i bogat krvnim sudovima, kožni kompleks je fiziološki ekran čija prozirnost za infracrvene zrake zavisi od talasne dužine. Treba uzeti u obzir da je za infracrvene zrake s talasnom dužinom većom od 5 mikrona koža potpuno neprozirna.

S obzirom na fiziološke karakteristike osobe, terapeuti dijele infracrveni opseg u 3 kategorije:

talasna dužina veća od 5 mikrona - zračenje apsorbovano na površini kože;

talasna dužina 1,5 ÷ 5 mikrona - zračenje koje apsorbuje epidermis i sloj vezivnog tkiva kože;

talasna dužina 0,76 ÷ 1,5 mikrona - zračenje koje prodire duboko u kožu;

Kada je potrebno djelovati na površinu kože, sluzokože, vaskularni sistem, koristite dugovalni opseg. Za dubinski uticaj, na primer, na limfni sistem ili mišićno tkivo, koristi se infracrveno zračenje talasne dužine od 0,76-1,5 mikrona. Energija koju apsorbira koža pretvara se u toplinu. Podnošljiva temperatura kože je 43,8°C za kratkotalasno zračenje, a dostiže 45,5°C za dugotalasno područje zračenja, što ukazuje na različit efekat ova dva područja zračenja.

Ljudsko tijelo, kao i svako zagrijano tijelo, emituje infracrveno zračenje. Svaki biološki objekt (posebno osoba) je složen sistem različitih molekula koji imaju svoje spektre emisije, tako da će se ukupno zračenje osobe značajno razlikovati od zračenja potpuno crnog tijela na istoj temperaturi. Ovo zračenje se javlja u opsegu između 2 i 14 µm, sa maksimumom na 6 µm.

Bitan! Za efikasno i volumetrijsko zagrijavanje ljudskog tijela potrebno ga je ozračiti infracrvenim zračenjem duge talasne dužine u rasponu od 0,76 - 3 mikrona, samo u tom slučaju će se uočiti maksimalni prodor infracrvenog zračenja. Infracrveni talasi talasne dužine veće od 5 mikrona ne prodiru u ljudsko telo, već se apsorbuju gornjih slojeva kože.

Za stvarne biološke objekte Kirchhoffov zakon nije ispunjeno, tj. spektri apsorpcije i spektri emisije su različiti. Na sljedećim grafikonima prikazani su apsorpcijski spektri za vodu i tkivo ljudskih organa, ovisno o talasnoj dužini. Imajte na umu da se tkivo ljudskog tijela sastoji od 98% vode i ta činjenica objašnjava sličnost karakteristika apsorpcije.

Posebno dajemo nekoliko grafikona iz različitih primarnih izvora kako bismo isključili bilo kakve spekulacije o apsorpciji IR zračenja. Kao što se vidi od ovih grafikona, najveća penetracija je uočena u rasponu od 0,7 do 3 μm, a ovaj raspon se naziva "terapijski prozor transparentnosti". Samo zračenje iz ovog opsega može prodrijeti do dubine od 4 cm. Na drugim talasnim dužinama, infracrveno zračenje apsorbuje se u gornjim slojevima kože i ne može prodrijeti duboko u ljudsko tijelo.

Raspored	Izvor
	"PRAKTIČNA PRIMJENA LASERSKE TERAPIJE NISKOG REAKTIVNOG NIVOA" T.Ohshiro (1988),
	Međunarodna organizacija rada, Enciklopedija zdravlja i sigurnosti na radu, 2. izdanje, 1988.
	"Biofizičke osnove fizioterapije", G.N. Ponomarenko, I.I. Turkovsky, Moskva, "Medicina", 2006, str. 17-18., udžbenik za univerzitete

Infracrvene zrake su elektromagnetski talasi u nevidljivom području elektromagnetnog spektra, koji počinje iza vidljive crvene svjetlosti i završava prije mikrovalnog zračenja između frekvencija od 1012 i 5∙1014 Hz (ili je u opsegu talasnih dužina od 1-750 nm). Ime dolazi od latinske riječi infra i znači "ispod crvene".

Upotreba infracrvenih zraka je raznolika. Koriste se za vizualizaciju objekata u mraku ili u dimu, za grijanje saune i za grijanje krila aviona za odmrzavanje, u komunikaciji u neposrednoj blizini i u spektroskopskoj analizi organskih spojeva.

Otvaranje

Infracrvene zrake otkrio je 1800. godine britanski muzičar njemačkog porijekla i astronom amater William Herschel. On je pomoću prizme podijelio sunčevu svjetlost na njene sastavne komponente i termometrom registrovao povećanje temperature iznad crvenog dijela spektra.

IR zračenje i toplota

Infracrveno zračenječesto nazivaju termalnim. Međutim, treba napomenuti da je to samo njegova posljedica. Toplota je mjera translacijske energije (energije kretanja) atoma i molekula tvari. Senzori "temperature" zapravo ne mjere toplinu, već samo razlike u IC zračenju različitih objekata.

Mnogi nastavnici fizike tradicionalno pripisuju svo toplotno zračenje Sunca infracrvenim zracima. Ali nije tako. Sa vidljivom sunčevom svjetlošću dolazi 50% sve topline, a elektromagnetski valovi bilo koje frekvencije dovoljnog intenziteta mogu uzrokovati zagrijavanje. Međutim, pošteno je reći da na sobnoj temperaturi objekti emituju toplinu uglavnom u srednjem infracrvenom pojasu.

IR zračenje se apsorbira i emituje rotacijama i vibracijama kemijski vezanih atoma ili grupa atoma, a time i mnogih vrsta materijala. Na primjer, prozorsko staklo koje je providno za vidljivu svjetlost apsorbira infracrveno zračenje. Infracrvene zrake u velikoj meri apsorbuju voda i atmosfera. Iako su oku nevidljive, mogu se osjetiti na koži.

Zemlja kao izvor infracrvenog zračenja

Površina naše planete i oblaci apsorbiraju sunčevu energiju, od koje se većina oslobađa u atmosferu u obliku infracrvenog zračenja. Određene tvari u njemu, uglavnom vodena para i kapi, kao i metan, ugljični dioksid, dušikov oksid, hlorofluorougljenici i sumpor heksafluorid, apsorbiraju u infracrvenom području spektra i ponovo emituju u svim smjerovima, uključujući i Zemlju. Zbog toga su, zbog efekta staklene bašte, Zemljina atmosfera i površina mnogo toplije nego da u zraku nema tvari koje apsorbiraju infracrvene zrake.

Ovo zračenje igra važnu ulogu u prijenosu topline i sastavni je dio takozvanog efekta staklene bašte. AT globalnoj skali uticaj infracrvenih zraka proteže se na radijacionu ravnotežu Zemlje i utiče na skoro svu biosfersku aktivnost. Skoro svaki objekat na površini naše planete emituje elektromagnetno zračenje uglavnom u ovom dijelu spektra.

IR regioni

IR opseg se često dijeli na uže dijelove spektra. Njemački institut za standarde DIN definirao je sljedeće opsege infracrvenih talasnih dužina:

• blizu (0,75-1,4 µm), obično se koristi u komunikacijama sa optičkim vlaknima;
• kratki talasi (1,4-3 mikrona), počevši od kojih se značajno povećava apsorpcija IR zračenja vodom;
• srednji talas, koji se naziva i srednji (3-8 mikrona);
• dugotalasni (8-15 mikrona);
• daleko (15-1000 mikrona).

Međutim, ova shema klasifikacije se ne koristi univerzalno. Na primjer, neke studije ukazuju na sljedeće raspone: blizu (0,75-5 mikrona), srednje (5-30 mikrona) i dugačko (30-1000 mikrona). Talasne dužine koje se koriste u telekomunikacijama podijeljene su u zasebne opsege zbog ograničenja detektora, pojačala i izvora.

Opća notacija je opravdana ljudskim reakcijama na infracrvene zrake. Bliski infracrveni region najbliži je talasnoj dužini vidljivoj ljudskom oku. Srednje i daleko infracrveno zračenje se postepeno udaljava od vidljivog dijela spektra. Druge definicije prate različite fizičke mehanizme (kao što su emisioni vrhovi i apsorpcija vode), a najnovije su zasnovane na osjetljivosti korištenih detektora. Na primjer, konvencionalni silikonski senzori su osjetljivi u području od oko 1050 nm, a indijum-galijum arsenid - u rasponu od 950 nm do 1700 i 2200 nm.

Jasna granica između infracrvene i vidljive svjetlosti nije definirana. Ljudsko oko je znatno manje osjetljivo na crvenu svjetlost veću od 700 nm, međutim intenzivna (laserska) svjetlost se može vidjeti do oko 780 nm. Početak IR opsega je različito definiran u različitim standardima - negdje između ovih vrijednosti. Obično je 750 nm. Stoga su vidljivi infracrveni zraci mogući u rasponu od 750-780 nm.

Oznake u komunikacijskim sistemima

Optička komunikacija u bliskom infracrvenom području tehnički je podijeljena na niz frekvencijskih opsega. To je zbog različitih izvora svjetlosti, materijala koji apsorbiraju i prenose (vlakna) i detektora. To uključuje:

• O-opseg 1.260-1.360 nm.
• E-opseg 1.360-1.460 nm.
• S-opseg 1.460-1.530 nm.
• C-opseg 1,530-1,565 nm.
• L-opseg 1,565-1,625 nm.
• U-opseg 1,625-1,675 nm.

termografija

Termografija ili termalna slika je vrsta infracrvenog snimanja objekata. Budući da sva tijela zrače u IC opsegu, a intenzitet zračenja raste s temperaturom, za detekciju i snimanje slika mogu se koristiti specijalizirane kamere sa IR senzorima. U slučaju vrlo vrućih objekata u bliskom infracrvenom ili vidljivom području, ova tehnika se naziva pirometrija.

Termografija je nezavisna od osvjetljenja vidljive svjetlosti. Stoga je moguće "vidjeti" okolinu čak i u mraku. Posebno se topli predmeti, uključujući ljude i toplokrvne životinje, dobro ističu na hladnijoj pozadini. Infracrvena fotografija pejzaža poboljšava prikazivanje objekata na osnovu njihove toplinske snage: plavo nebo i voda izgledaju gotovo crni, dok zeleno lišće i koža izgledaju svijetli.

Istorijski gledano, termografiju su naširoko koristile vojne i sigurnosne službe. Osim toga, pronalazi mnoge druge namjene. Na primjer, vatrogasci ga koriste da vide kroz dim, pronađu ljude i lociraju žarišta tokom požara. Termografija može otkriti abnormalni rast tkiva i defekte u elektronskim sistemima i kolima zbog njihove povećane proizvodnje topline. Električari koji održavaju električne vodove mogu otkriti pregrijavanje priključaka i dijelova, koji ukazuju na kvar, i eliminirati potencijalne opasnosti. Kada toplotna izolacija pokvari, građevinski stručnjaci mogu uočiti curenje toplote i poboljšati efikasnost sistema za hlađenje ili grejanje. U nekim vrhunskim vozilima ugrađeni su termovizijski uređaji koji pomažu vozaču. Termografsko snimanje se može koristiti za praćenje određenih fizioloških reakcija kod ljudi i toplokrvnih životinja.

Izgled i način rada moderne termalne kamere ne razlikuju se od konvencionalnih video kamere. Mogućnost gledanja u infracrvenom zračenju je toliko korisna karakteristika da je mogućnost snimanja slika često opciona, a diktafon nije uvijek dostupan.

Ostale slike

U IR fotografiji, bliski infracrveni opseg se hvata pomoću posebnih filtera. Digitalni fotoaparati, po pravilu, blokiraju IC zračenje. Međutim, jeftine kamere koje nemaju odgovarajuće filtere su u stanju da "vide" u skoro IR opsegu. U ovom slučaju, normalno nevidljivo svjetlo izgleda svijetlo bijelo. Ovo je posebno uočljivo kada snimate u blizini osvetljenih infracrvenih objekata (kao što su lampe), gde rezultujući šum čini sliku bledom.

Vrijedi spomenuti i T-beam snimanje, što je snimanje u dalekom terahercnom opsegu. Nedostatak svijetlih izvora čini ove slike tehnički težim od većine drugih tehnika IC snimanja.

LED diode i laseri

Izvori infracrvenog zračenja koje je napravio čovjek uključuju, pored vrućih predmeta, LED diode i lasere. Prvi su mali, jeftini optoelektronski uređaji napravljeni od poluvodičkih materijala kao što je galijum arsenid. Koriste se kao optoizolatori i kao izvori svjetlosti u nekim optičkim komunikacionim sistemima. Snažni optički pumpani IR laseri rade na bazi ugljičnog dioksida i ugljičnog monoksida. Koriste se za pokretanje i promjenu hemijske reakcije i odvajanje izotopa. Osim toga, koriste se u lidarskim sistemima za određivanje udaljenosti do objekta. Također se izvori infracrvenog zračenja koriste u daljinomjerima automatskih samofokusnih kamera, protuprovalnim alarmima i optičkim uređajima za noćno osmatranje.

IR prijemnici

IR detektori uključuju termoosjetljive uređaje kao što su detektori termoparova, bolometri (neki su ohlađeni na skoro apsolutnu nulu kako bi se smanjio šum samog detektora), fotonaponske ćelije i fotokonduktori. Potonji su napravljeni od poluvodičkih materijala (npr. silicijum i olovo sulfid), čija se električna provodljivost povećava kada su izloženi infracrvenim zracima.

Grijanje

Infracrveno zračenje se koristi za grijanje, kao što je grijanje sauna i odleđivanje krila aviona. Osim toga, sve više se koristi za topljenje asfalta prilikom izgradnje novih puteva ili sanacije oštećenih površina. IR zračenje se može koristiti za kuvanje i zagrevanje hrane.

Veza

IR talasne dužine se koriste za prenos podataka na kratke udaljenosti, kao što je između kompjuterskih perifernih uređaja i ličnih digitalnih asistenata. Ovi uređaji su obično usklađeni sa IrDA standardima.

IR komunikacija se obično koristi u zatvorenom prostoru u područjima sa velikom gustinom naseljenosti. Ovo je najčešći način daljinskog upravljanja uređajima. Svojstva infracrvenih zraka ne dozvoljavaju im da prodru kroz zidove, pa stoga ne stupaju u interakciju sa aparatima u susjednim prostorijama. Osim toga, IR laseri se koriste kao izvori svjetlosti u optičkim komunikacionim sistemima.

Spektroskopija

Spektroskopija infracrvenog zračenja je tehnologija koja se koristi za određivanje strukture i sastava (prvenstveno) organskih jedinjenja proučavanjem prenosa infracrvenog zračenja kroz uzorke. Zasnovan je na svojstvima tvari da apsorbiraju određene svoje frekvencije, koje zavise od istezanja i savijanja unutar molekula uzorka.

Karakteristike infracrvene apsorpcije i emisije molekula i materijala pružaju važne informacije o veličini, obliku i hemijska veza molekula, atoma i jona u čvrstim materijama. Energije rotacije i vibracije su kvantizovane u svim sistemima. IR zračenje energije hν, koje emituje ili apsorbuje dati molekul ili supstanca, je mera razlike nekih unutrašnjih energetskih stanja. Oni su, pak, određeni atomskom težinom i molekularnim vezama. Iz tog razloga, infracrvena spektroskopija je moćno sredstvo za određivanje unutrašnje strukture molekula i supstanci, ili, kada su takve informacije već poznate i tabelarne, njihove količine. Tehnike IC spektroskopije često se koriste za određivanje sastava, a time i porijekla i starosti, arheoloških uzoraka, kao i za otkrivanje umjetničkih falsifikata i drugih predmeta koji, kada se gledaju pod vidljivom svjetlošću, podsjećaju na originale.

Prednosti i štete infracrvenih zraka

Dugotalasno infracrveno zračenje se u medicini koristi u svrhu:

• normalizacija krvnog pritiska stimulacijom cirkulacije krvi;
• čišćenje organizma od soli teških metala i toksina;
• poboljšati cirkulaciju krvi u mozgu i pamćenje;
• normalizacija nivoa hormona;
• održavanje ravnoteže vode i soli;
• ograničavanje širenja gljivica i mikroba;
• anestezija;
• ublažiti upalu;
• jačanje imuniteta.

Istovremeno, infracrveno zračenje može biti štetno u slučaju akutnih gnojnih bolesti, krvarenja, akutnih upala, bolesti krvi i malignih tumora. Nekontrolisano produženo izlaganje dovodi do crvenila kože, opekotina, dermatitisa, toplotnog udara. Kratkotalasni infracrveni zraci su opasni za oči - moguć je razvoj fotofobije, katarakte, oštećenja vida. Stoga za grijanje treba koristiti samo izvore dugovalnog zračenja.

Infracrveno zračenje (IR) je elektromagnetno zračenje veće talasne dužine od vidljive svetlosti, koje se proteže od nominalnog crvenog kraja vidljivog spektra za 0,74 µm (mikrona) do 300 µm. Ovaj opseg talasnih dužina odgovara opsegu frekvencija od približno 1 do 400 THz i uključuje većinu toplotnog zračenja koje emituju objekti blizu sobne temperature. Infracrveno zračenje emituju ili apsorbuju molekuli kada menjaju svoja rotaciono-vibraciono kretanje. Prisustvo infracrvenog zračenja prvi put je otkrio 1800. godine astronom William Herschel.

Većina energije sa Sunca dolazi na Zemlju u obliku infracrvenog zračenja. sunčeva svetlost u zenitu pruža osvjetljenje od nešto više od 1 kilovata po kvadratnom metru nadmorske visine. Od ove energije, 527 vati je infracrveno zračenje, 445 vati je vidljiva svjetlost, a 32 vata je ultraljubičasto zračenje.

Infracrveno svjetlo se koristi u industrijskim, naučnim i medicinskim primjenama. Uređaji za noćno gledanje koji koriste infracrveno svjetlo omogućavaju ljudima da promatraju životinje koje se ne mogu vidjeti u mraku. U astronomiji, infracrveno snimanje omogućava posmatranje objekata skrivenih međuzvjezdanom prašinom. Infracrvene kamere se koriste za otkrivanje gubitka toplote u izolovanim sistemima, posmatranje promena u protoku krvi u koži i za otkrivanje pregrijavanja električne opreme.

Poređenje svjetla
Ime	Talasna dužina	Frekvencija Hz)	Energija fotona (eV)
gama zraci	manje od 0,01 nm	više od 10 EHZ	124 keV - 300 + GeV
x-zrake	0,01 nm do 10 nm		124 eV do 124 keV
Ultraljubičasti zraci	10 nm - 380 nm	30PHZ - 790THz	3,3 eV do 124 eV
vidljivo svetlo	380 nm - 750 nm	790 THz - 405 THz	1,7 eV - 3,3 eV
Infracrveno zračenje	750 nm - 1 mm	405 THz - 300 GHz	1,24 meV - 1,7 eV
Mikrovalna	1 mm - 1 metar	300 GHz - 300 MHz	1,24 µeV - 1,24 meV
	1 mm - 100 km	300 GHz - 3 Hz	12,4 fev - 1,24 meV

Infracrvene slike se široko koriste za vojne i civilne aplikacije. Vojne primjene uključuju nadzor, noćni nadzor, navođenje i praćenje. Nevojna upotreba uključuje analizu termičke efikasnosti, praćenje okruženje, inspekcija industrijskih lokacija, daljinsko ispitivanje temperature, bežična komunikacija kratkog dometa, spektroskopija i vremenska prognoza. Infracrvena astronomija koristi senzor opremljen teleskopima za prodiranje u prašnjava područja svemira kao što su molekularni oblaci i otkrivanje objekata kao što su planete.

Iako se skoro infracrveno područje (780-1000 nm) dugo smatralo nemogućim zbog buke u vizualnim pigmentima, bliski infracrveni svjetlosni osjećaj preživio je kod šarana i kod tri ciklidne vrste. Ribe koriste bliski infracrveni spektar za hvatanje plijena i za fototaktičku orijentaciju dok plivaju. Bliski infracrveni spektar za ribe može biti koristan u uvjetima slabog osvjetljenja u sumrak i na mutnim vodenim površinama.

Fotomodulacija

Blisko infracrveno svjetlo, ili fotomodulacija, koristi se za liječenje čireva izazvanih kemoterapijom, kao i za zacjeljivanje rana. Postoji niz radova vezanih za liječenje herpes virusa. Istraživački projekti obuhvataju rad na proučavanju centralne nervni sistem te terapeutski efekti kroz regulaciju citokroma i oksidaza i druge moguće mehanizme.

opasnost po zdravlje

Jako infracrveno zračenje u određenim industrijama i uslovi visoke temperature mogu biti štetni za oči, rezultirajući oštećenjem vida ili sljepoćom korisnika. Kako je zračenje nevidljivo, na takvim mjestima potrebno je nositi posebne infracrvene naočare.

Zemlja kao infracrveni emiter

Zemljina površina i oblaci apsorbuju vidljivo i nevidljivo zračenje sunca i vraćaju većinu energije u obliku infracrvenog zračenja nazad u atmosferu. Određene tvari u atmosferi, uglavnom kapljice oblaka i vodena para, ali i ugljični dioksid, metan, dušikov oksid, sumpor heksafluorid i hlorofluorougljici, apsorbiraju infracrveno zračenje i vraćaju ga ponovo u svim smjerovima, uključujući i natrag na Zemlju. Na ovaj način, Efekat staklenika održava atmosferu i površinu mnogo toplijom nego da u atmosferi nema infracrvenih prigušivača.

Istorija infracrvene nauke

Otkriće infracrvenog zračenja pripisuje se Williamu Herschelu, astronomu, početkom 19. stoljeća. Herschel je rezultate svog istraživanja objavio 1800. godine Kraljevskom društvu u Londonu. Herschel je koristio prizmu da lomi sunčevu svjetlost i detektuje infracrveno zračenje, izvan crvenog dijela spektra, kroz povećanje temperature zabilježeno na termometru. Bio je iznenađen rezultatom i nazvao ih "toplotnim zracima". Termin "infracrveno zračenje" pojavio se tek krajem 19. veka.

Ostalo važni datumi uključuju:

• 1737: Emilie du Chatelet je u svojoj disertaciji predvidio ono što je danas poznato kao infracrveno zračenje.
• 1835: Macedonio Meglioni pravi prve termoelemente sa infracrvenim detektorom.
• 1860: Gustav Kirchhoff formuliše teoremu o crnom tijelu.
• 1873: Willoughby Smith otkrio je fotoprovodljivost selena.
• 1879: Empirijski je formulisan Stefan-Boltzmannov zakon, prema kojem je energija koju zrači potpuno crno telo proporcionalna.
• 1880-ih i 1890-ih: Lord Rayleigh i Wilhelm Wien rješavaju dio jednačine crnog tijela, ali oba rješenja su približna. Ovaj problem je nazvan "ultraljubičasta katastrofa i infracrvena katastrofa".
• 1901: Maks Plank Maks Plank je objavio jednačinu i teoremu crnog tela. Rješio je problem kvantizacije dopuštenih energetskih prijelaza.
• 1905: Albert Ajnštajn razvija teoriju fotoelektričnog efekta, koja definiše fotone. Također William Coblentz u spektroskopiji i radiometriji.
• 1917: Theodor Case razvija senzor talij sulfida; Britanci razvijaju prvi infracrveni uređaj za pretragu i praćenje u Prvom svjetskom ratu i otkrivaju avione u dometu od 1 milje.
• 1935: Olovne soli - rano raketno navođenje u Drugom svjetskom ratu.
• 1938: Tew Ta je predvidio da se piroelektrični efekat može koristiti za detekciju infracrvenog zračenja.
• 1952: N. Wilker otkriva antimonide, spojeve antimona sa metalima.
• 1950: Paul Cruz i Texas instrumenti formiraju infracrvene slike prije 1955.
• 1950-ih i 1960-ih: Specifikacije i radiometrijske podjele koje su definirali Fred Nicodemenas, Robert Clark Jones.
• 1958: W. D. Lawson (Royal Radar Establishment, Malvern) otkriva svojstva detekcije IR fotodiode.
• 1958: Falcon razvija rakete koristeći infracrveno zračenje i prvi udžbenik o infracrvenim senzorima pojavljuje se Paul Cruz, et al.
• 1961: Jay Cooper izume piroelektričnu detekciju.
• 1962: Kruse i Rodat promoviraju fotodiode; elementi signala i linijski nizovi su dostupni.
• 1964: W. G. Evans otkriva infracrvene termoreceptore u bubi.
• 1965: Prvi infracrveni priručnik, prvi komercijalni termovizijski aparati; u vojsci Sjedinjenih Američkih Država formirana je laboratorija za noćni vid (trenutno laboratorija za kontrolu noćnog vida i elektronskih senzora.
• 1970: Willard Boyle i George E. Smith predlažu uređaj sa spojnim punjenjem za telefon za obradu slike.
• 1972: Generički softverski modul kreiran.
• 1978: Astronomija infracrvenog snimanja postaje zrela, planirana opservatorija, masovna proizvodnja antimonida i fotodioda i drugih materijala.

O infracrvenom zračenju

Iz istorije proučavanja infracrvenog zračenja

Infracrveno ili toplotno zračenje nije otkriće 20. ili 21. veka. Infracrveno zračenje je 1800. godine otkrio engleski astronom. W. Herschel. Otkrio je da "maksimalna toplota" leži izvan crvene boje vidljivog zračenja. Ovo istraživanje označilo je početak proučavanja infracrvenog zračenja. Mnogi poznati naučnici su se posvetili proučavanju ovog pravca. To su imena kao što su: njemački fizičar Wilhelm Wien(Bečki zakon), njemački fizičar Max Planck(formula i Plankova konstanta), škotski naučnik John Leslie(uređaj za mjerenje toplotnog zračenja - Leslie kocka), njemački fizičar Gustav Kirchhoff(Kirchhoffov zakon zračenja), austrijski fizičar i matematičar Joseph Stefan i austrijski fizičar Stefan Ludwig Boltzmann(Stefan-Boltzmann zakon).

Dosegnuta je upotreba i primena znanja o toplotnom zračenju u savremenim grejnim uređajima prednji plan tek 1950-ih godina. U SSSR-u je teorija zračnog grijanja razvijena u radovima G. L. Polyaka, S. N. Shorina, M. I. Kissin i A. A. Sandera. Od 1956. mnoge tehničke knjige na ovu temu su napisane ili prevedene na ruski u SSSR-u ( bibliografija). Zbog promjene cijene energetskih resursa i u borbi za energetsku efikasnost i uštedu energije, moderni infracrveni grijači se široko koriste u grijanju domaćih i industrijskih zgrada.

Sunčevo zračenje - prirodno infracrveno zračenje

Najpoznatiji i najznačajniji prirodni infracrveni grijač je Sunce. Zapravo, to je prirodan i najsavršeniji način grijanja poznat čovječanstvu. Unutar Solarni sistem Sunce je najmoćniji izvor toplotnog zračenja koje određuje život na Zemlji. Na površinskoj temperaturi Sunca reda 6000K Maksimalno zračenje je na 0,47 µm(odgovara žućkasto bijeloj boji). Sunce je udaljeno mnogo miliona kilometara od nas, međutim, to ga ne sprečava da prenosi energiju kroz sav ovaj ogromni prostor, praktično bez trošenja (energije), bez zagrijavanja (prostora). Razlog je taj što sunčeve infracrvene zrake, koje putuju na velike udaljenosti u svemiru, imaju mali ili nikakav gubitak energije. Kada se na putu zraka naiđe na bilo koju površinu, njihova energija, koja se apsorbira, će se pretvoriti u toplinu. Zemlja se direktno zagreva na koju padaju sunčevi zraci i drugi objekti na koje padaju i sunčevi zraci. A već zemlja i drugi objekti koje grije Sunce, zauzvrat odaju toplinu zraku oko nas, zagrijavajući ga.

I snaga sunčevog zračenja u blizini zemljine površine i njegov spektralni sastav najviše zavise od visine Sunca iznad horizonta. Različite komponente sunčevog spektra prolaze kroz Zemljinu atmosferu na različite načine.
U blizini Zemljine površine, spektar sunčevog zračenja ima složeniji oblik, koji je povezan sa apsorpcijom u atmosferi. Konkretno, ne sadrži visokofrekventni dio ultraljubičastog zračenja, štetnog za žive organizme. Na vanjskoj granici Zemljine atmosfere, tok energije zračenja od Sunca je 1370 W/m²; (solarna konstanta), a maksimalno zračenje pada na λ=470 nm (Plava boja). Tok koji dopire do površine zemlje je mnogo manji zbog apsorpcije u atmosferi. Pod najpovoljnijim uslovima (sunce u zenitu), ne prelazi 1120 W/m²; (u Moskvi, u vreme letnjeg solsticija - 930 W/m²), a maksimum emisije pada na λ=555 nm(zeleno-žuto), što odgovara najboljoj osjetljivosti očiju i samo četvrtina ovog zračenja otpada na područje dugovalnog zračenja, uključujući i sekundarno zračenje.

Međutim, priroda sunčeve energije zračenja prilično se razlikuje od energije zračenja koju emituju infracrveni grijači koji se koriste za grijanje prostora. Sunčeva energija se sastoji od elektromagnetnih talasa, čija se fizička i biološka svojstva značajno razlikuju od svojstava elektromagnetnih valova koji izlaze iz konvencionalnih infracrvenih grijača, posebno baktericidna i terapijska (helioterapijska) svojstva sunčevog zračenja potpuno su odsutna iz izvora niskotemperaturnog zračenja. Pa ipak, infracrveni grijači daju isto termalni efekat, kao Sunce, najudobniji i najekonomičniji od svih mogućih izvora toplote.

Priroda infracrvenih zraka

Istaknuti nemački fizičar Max Planck, proučavajući toplotno zračenje (infracrveno zračenje), otkrio je njegovu atomsku prirodu. termičko zračenje je elektromagnetno zračenje koje emituju tijela ili tvari i koje nastaje zbog toga unutrašnja energija, zbog činjenice da se atomi tijela ili tvari pod djelovanjem topline brže kreću, a u slučaju čvrstog materijala brže osciliraju u odnosu na ravnotežno stanje. Pri tom kretanju atomi se sudaraju, a kada se sudaraju, oni su pobuđeni šokom, nakon čega slijedi emisija elektromagnetnih valova.
Svi objekti neprekidno emituju i apsorbuju elektromagnetnu energiju.. Ovo zračenje je posljedica kontinuiranog kretanja elementarnih nabijenih čestica unutar tvari. Jedan od osnovnih zakona klasične elektromagnetske teorije kaže da nabijena čestica koja se kreće ubrzano zrači energiju. Elektromagnetno zračenje (elektromagnetski talasi) je poremećaj elektromagnetnog polja koji se širi u prostoru, odnosno vremenski promenljivi periodični elektromagnetski signal u prostoru koji se sastoji od električnog i magnetnog polja. Ovo je toplotno zračenje. Toplotno zračenje sadrži elektromagnetna polja različitih talasnih dužina. Budući da se atomi kreću na bilo kojoj temperaturi, sva tijela na bilo kojoj temperaturi su veća od temperature apsolutne nule. (-273°S) zračiti toplotu. Energija elektromagnetnih talasa toplotnog zračenja, odnosno jačina zračenja, zavisi od temperature tela, njegove atomske i molekularne strukture, kao i od stanja površine tela. Toplotno zračenje se javlja na svim talasnim dužinama – od najkraće do najduže, međutim, samo ono toplotno zračenje koje ima praktična vrijednost, koji spada u opseg talasnih dužina: λ = 0,38 - 1000 µm(u vidljivom i infracrvenom dijelu elektromagnetnog spektra). Međutim, nema svako svjetlo karakteristike toplinskog zračenja (na primjer, luminiscenciju), stoga se kao glavni raspon toplinskog zračenja može uzeti samo raspon infracrvenog spektra. (λ = 0,78 - 1000 µm). Također možete napraviti dodatak: dio s talasnom dužinom λ = 100 – 1000 µm, sa stanovišta grijanja - nije zanimljivo.

Dakle, toplotno zračenje je jedan od oblika elektromagnetnog zračenja koje nastaje usled unutrašnje energije tela i ima kontinuirani spektar, odnosno deo je elektromagnetnog zračenja čija energija, kada se apsorbuje, izaziva toplotnu efekat. Toplotno zračenje je svojstveno svim tijelima.

Sva tijela koja imaju temperaturu veću od apsolutne nule (-273°C), čak i ako ne sijaju vidljivom svjetlošću, izvor su infracrvenih zraka i emituju kontinuirani infracrveni spektar. To znači da zračenje sadrži valove svih frekvencija bez izuzetka, te je potpuno besmisleno govoriti o zračenju na bilo kojem pojedinom valu.

Glavna uvjetna područja infracrvenog zračenja

Do danas ne postoji jedinstvena klasifikacija u podjeli infracrvenog zračenja na sastavne dijelove (regije). U ciljanoj tehničkoj literaturi postoji više od desetak shema za podjelu infracrvenog područja na sastavne dijelove, a sve se međusobno razlikuju. Budući da su sve vrste toplotnog elektromagnetnog zračenja iste prirode, klasifikacija zračenja prema talasnoj dužini, u zavisnosti od efekta koji proizvode, je samo uslovna i uglavnom je određena razlikama u tehnici detekcije (vrsta izvora zračenja, vrsta zračenja). mjerni uređaj, njegova osjetljivost itd.) i u tehnici mjerenja zračenja. Matematički, koristeći formule (Planck, Wien, Lambert, itd.), također je nemoguće odrediti tačne granice regija. Za određivanje valne dužine (maksimum zračenja) postoje dvije različite formule (u smislu temperature i frekvencije) koje daju različite rezultate, s razlikom od oko 1,8 puta (ovo je tzv. Wienov zakon pomaka) i plus svi proračuni su napravljeni za APSOLUTNO CRNO TIJELO (idealizirani objekat), koje u stvarnosti ne postoji. Prava tijela koja se nalaze u prirodi ne poštuju ove zakone i odstupaju od njih u ovoj ili drugoj mjeri. Informaciju je kompanija ESSO preuzela iz tehničke literature ruskih i stranih naučnika" data-lightbox="image26" href="images/26.jpg" title="(!LANG: Proširi infracrveno zračenje">!}
Zračenje stvarnih tijela ovisi o nizu specifičnih karakteristika tijela (stanje površine, mikrostruktura, debljina sloja itd.). To je i razlog za indikaciju u različitim izvorima potpuno različitih vrijednosti granica područja zračenja. Sve ovo sugerira da se korištenje temperature za opisivanje elektromagnetnog zračenja mora raditi s velikom pažnjom i unutar reda veličine. Još jednom naglašavam, podjela je vrlo uslovna!!!

Navedimo primjere uslovne podjele infracrvenog područja (λ = 0,78 - 1000 µm) u zasebne sekcije (informacije su preuzete samo iz tehničke literature ruskih i stranih naučnika). Donja slika pokazuje koliko je ova podjela raznolika, tako da ne biste trebali biti vezani ni za jednu od njih. Samo trebate znati da se spektar infracrvenog zračenja može uvjetno podijeliti na nekoliko dijelova, od 2 do 5. Područje koje je bliže u vidljivom spektru obično se naziva: blizu, blizu, kratkotalasno, itd. Područje koje je bliže mikrotalasnom zračenju je daleko, daleko, dugotalasno, itd. Prema Wikipediji, uobičajena šema podjele izgleda tako : blizu područja(Bliski infracrveni, NIR), kratkotalasno područje(Kratkotalasna infracrvena, SWIR), region srednjeg talasa(Infracrvena srednje talasna dužina, MWIR), Longwave region(infracrveni dugi talasi, LWIR), dalekoj regiji(Daleki infracrveni, FIR).

Svojstva infracrvenih zraka

infracrvene zrake- ovo je elektromagnetno zračenje, koje ima istu prirodu kao i vidljiva svjetlost, pa je tako podložno zakonima optike. Stoga, da bismo bolje zamislili proces termičkog zračenja, treba povući analogiju sa svjetlosnim zračenjem, koje svi znamo i možemo promatrati. Međutim, ne treba zaboraviti da se optička svojstva tvari (apsorpcija, refleksija, prozirnost, refrakcija itd.) u infracrvenom području spektra značajno razlikuju od optičkih svojstava u vidljivom dijelu spektra. karakteristična karakteristika infracrveno zračenje je da, za razliku od ostalih osnovnih tipova prijenosa topline, nema potrebe za prijenosnim intermedijerom. Vazduh, a posebno vakuum, smatra se transparentnim za infracrveno zračenje, iako to nije sasvim tačno za vazduh. Kada infracrveno zračenje prolazi kroz atmosferu (vazduh), primećuje se izvesno slabljenje toplotnog zračenja. To je zbog činjenice da je suhi i čisti zrak praktički proziran za toplinske zrake, međutim, ako sadrži vlagu u obliku pare, molekule vode (H 2 O), ugljen-dioksid (CO 2), ozon (oko 3) i drugih čvrstih ili tekućih suspendiranih čestica koje reflektiraju i apsorbiraju infracrvene zrake, ne postaje potpuno proziran medij i kao rezultat toga, fluks infracrvenog zračenja se raspršuje u različitim smjerovima i slabi. Obično je rasipanje u infracrvenom području spektra manje nego u vidljivom. Međutim, kada su gubici uzrokovani rasipanjem u vidljivom području spektra veliki, oni su značajni i u infracrvenom području. Intenzitet raspršenog zračenja varira obrnuto sa četvrtom stepenom talasne dužine. Značajan je samo u kratkotalasnom infracrvenom području i brzo se smanjuje u dijelu spektra dužine talasa.

Molekuli dušika i kisika u zraku ne apsorbiraju infracrveno zračenje, već ga slabe samo kao rezultat raspršivanja. Suspendirane čestice prašine također dovode do raspršivanja infracrvenog zračenja, a količina raspršenja ovisi o odnosu veličine čestica i valne dužine infracrvenog zračenja, što su čestice veće, to je i raspršenje veće.

Vodena para, ugljični dioksid, ozon i druge nečistoće prisutne u atmosferi selektivno apsorbiraju infracrveno zračenje. Na primjer, vodena para veoma snažno apsorbuje infracrveno zračenje u čitavom infracrvenom području spektra, a ugljični dioksid apsorbira infracrveno zračenje u srednjem infracrvenom području.

Što se tiče tekućina, one mogu biti prozirne ili neprozirne za infracrveno zračenje. Na primjer, sloj vode debeo nekoliko centimetara proziran je za vidljivo zračenje i neproziran za infracrveno zračenje s talasnom dužinom većom od 1 mikrona.

Čvrste materije(tijelo), zauzvrat, u većini slučajeva nije providan za toplotno zračenje, ali postoje izuzeci. Na primjer, silikonske pločice, koje su neprozirne u vidljivom području, prozirne su u infracrvenom području, dok je kvarc, naprotiv, providan za svjetlosno zračenje, ali neproziran za toplinske zrake s talasnom dužinom većom od 4 mikrona. Iz tog razloga se kvarcna stakla ne koriste u infracrvenim grijačima. Obično staklo, za razliku od kvarcnog stakla, djelomično je prozirno za infracrvene zrake, može apsorbirati i značajan dio infracrvenog zračenja u određenim spektralnim rasponima, ali ne propušta ultraljubičasto zračenje. Kamena so je takođe providna za toplotno zračenje. Metali, uglavnom, imaju reflektivnost za infracrveno zračenje mnogo veću nego za vidljivu svetlost, koja se povećava sa povećanjem talasne dužine infracrvenog zračenja. Na primjer, refleksija aluminija, zlata, srebra i bakra na talasnoj dužini od oko 10 µm dosega 98% , koji je mnogo veći nego za vidljivi spektar, ovo svojstvo se široko koristi u dizajnu infracrvenih grijača.

Ovdje je dovoljno navesti kao primjer zastakljene okvire staklenika: staklo praktički propušta većinu sunčevog zračenja, a s druge strane, zagrijana zemlja emituje valove velike valne dužine (reda 10 µm), u odnosu na koje se staklo ponaša kao neprozirno tijelo. Zahvaljujući tome, unutar staklenika dugo vrijeme temperatura se održava znatno višom od vanjske temperature, čak i nakon što je sunčevo zračenje prestalo.

Prijenos topline zračenja igra važnu ulogu u ljudskom životu. Osoba daje okolini toplinu koja nastaje tokom fiziološkog procesa, uglavnom kroz prijenos topline zračenja i konvekciju. Kod zračećeg (infracrvenog) grijanja smanjuje se radijantna komponenta razmjene topline ljudskog tijela zbog više temperature koja se javlja kako na površini grijača tako i na površini nekih unutrašnjih ogradnih konstrukcija, dakle, istovremeno pružajući isto toplinski osjećaj, konvektivni gubici topline mogu biti veći, oni. sobna temperatura može biti niža. Dakle, prijenos topline zračenja igra odlučujuću ulogu u oblikovanju osjećaja toplinske udobnosti kod ljudi.

Kada se osoba nalazi u zoni djelovanja infracrvenog grijača, IC zraci prodiru u ljudsko tijelo kroz kožu, dok različiti slojevi kože reflektiraju i apsorbiraju te zrake na različite načine.

Infracrveni dugotalasno zračenje prodiranje zraka je mnogo manje u odnosu na kratkotalasnog zračenja. Kapacitet apsorpcije vlage sadržane u tkivima kože je veoma visok, a koža apsorbuje više od 90% zračenja koje dospeva na površinu tela. Nervni receptori koji osjećaju toplinu nalaze se u krajnjem vanjskom sloju kože. Apsorbirani infracrveni zraci pobuđuju ove receptore, što kod čovjeka izaziva osjećaj topline.

Infracrvene zrake imaju i lokalne i opšte efekte. kratkotalasnog infracrvenog zračenja, za razliku od dugotalasnog infracrvenog zračenja, može izazvati crvenilo kože na mestu ozračivanja, koje se refleksno širi 2-3 cm oko ozračenog područja. Razlog tome je što se kapilarne žile šire, povećava se cirkulacija krvi. Uskoro se na mjestu zračenja može pojaviti mjehur koji se kasnije pretvara u krastu. Isto kada se udari kratkotalasni infracrveni zraci na organe vida mogu uzrokovati kataraktu.

Gore navedene moguće posljedice izloženosti kratkotalasni infracrveni grejač, ne treba mešati sa udarom dugotalasni IR grijač. Kao što je već pomenuto, dugotalasni infracrveni zraci apsorbuju se na samom vrhu sloja kože i izazivaju samo jednostavan termalni efekat.

Upotreba zračnog grijanja ne bi trebala ugroziti osobu i stvoriti neugodnu mikroklimu u prostoriji.

Sa zračnim grijanjem možete osigurati ugodne uvjete na nižoj temperaturi. Kod korištenja zračnog grijanja, zrak u prostoriji je čišći, jer je brzina strujanja zraka manja, čime se smanjuje zagađenje prašinom. Takođe, kod ovog grijanja ne dolazi do razlaganja prašine, jer temperatura zračeće ploče dugovalnog grijača nikada ne dostigne temperaturu potrebnu za razgradnju prašine.

Što je emiter toplote hladniji, to je bezopasniji za ljudsko telo, osoba duže može ostati u zoni pokrivanja grejača.

Produženi boravak osobe u blizini VISOKIH TEMPERATURNIH izvora toplote (više od 300°C) štetno je po ljudsko zdravlje.

Utjecaj infracrvenog zračenja na zdravlje ljudi.

Ljudsko tijelo, kako zrači infracrvene zrake, i upija ih. IR zraci prodiru u ljudsko tijelo kroz kožu, dok različiti slojevi kože odbijaju i apsorbiraju te zrake na različite načine. Dugotalasna radijacija mnogo manje prodire u ljudsko tijelo u odnosu na kratkotalasnog zračenja. Vlaga u tkivima kože apsorbuje više od 90% zračenja koje dospeva na površinu tela. Nervni receptori koji osjećaju toplinu nalaze se u krajnjem vanjskom sloju kože. Apsorbirani infracrveni zraci pobuđuju ove receptore, što kod čovjeka izaziva osjećaj topline. Kratkotalasno infracrveno zračenje najdublje prodire u tijelo, uzrokujući njegovo maksimalno zagrijavanje. Kao rezultat ovog utjecaja povećava se potencijalna energija ćelija tijela, a nevezana voda će ih napustiti, povećava se aktivnost specifičnih ćelijskih struktura, povećava se nivo imunoglobulina, povećava se aktivnost enzima i estrogena i drugih biohemijskih javljaju se reakcije. Ovo se odnosi na sve vrste tjelesnih stanica i krvi. kako god produženo izlaganje kratkotalasnom infracrvenom zračenju na ljudskom tijelu je nepoželjno. Na ovom imanju se nalazi efekat toplotne obrade, koji se široko koristi u fizioterapijskim salama naših i stranih klinika i napominjemo da je trajanje zahvata ograničeno. Međutim, podaci ograničenja se ne odnose na dugotalasne infracrvene grijače. Važna karakteristika infracrveno zračenje je talasna dužina (frekvencija) zračenja. Savremena istraživanja u oblasti biotehnologije su pokazala da jeste daleko infracrveno zračenje je od izuzetnog značaja u razvoju svih oblika života na Zemlji. Iz tog razloga se naziva i biogenetskim zracima ili zracima života. Naše tijelo samo zrači dugi infracrveni talasi, ali i njemu je potrebno stalno dopunjavanje dugotalasna toplota. Ako se ovo zračenje počne smanjivati ​​ili nema stalne opskrbe ljudskom tijelu, tada tijelo napadaju razne bolesti, osoba brzo stari na pozadini općeg pogoršanja dobrobiti. dalje infracrveno zračenje normalizira metabolički proces i eliminira uzrok bolesti, a ne samo njene simptome.

S takvim grijanjem, glava neće boljeti od zagušljivosti uzrokovane pregrijanim zrakom ispod plafona, kao tokom rada konvektivno grijanje, - kada stalno želite da otvorite prozor i pustite unutra Svježi zrak(dok puštate zagrijano).

Kada je izložen infracrvenom zračenju intenziteta od 70-100 W / m2, povećava se aktivnost biohemijskih procesa u tijelu, što dovodi do poboljšanja općeg stanja osobe. Međutim, postoje pravila i treba ih se pridržavati. Postoje standardi za sigurno grijanje kućnih i industrijskih prostorija, za vrijeme trajanja medicinskih i kozmetičkih zahvata, za rad u HOT radnjama itd. Ne zaboravi na to. Uz pravilnu upotrebu infracrvenih grijača, POTPUNO NEMA negativnog uticaja na organizam.

Infracrveno zračenje, infracrveni zraci, svojstva infracrvenih zraka, emisioni spektar infracrvenih grijača

INFRACRVENO ZRAČENJE, INFRACRVENI ZRACI, SVOJSTVA INFRACRVENOG ZRAKA, SPEKTRA ZRAČENJA INFRACRVENIH GRIJAČA Kalinjingrad

SVOJSTVA GRIJAČA SPEKTAR ZRAČENJA GRIJAČA VALNA DUŽINA DUGA-TALASNA SREDNJE-TALASNA KRATKOTALASNA SVJETLOST TAMNOSIVA ŠTETAN UTICAJ NA ZDRAVLJE ČOVJEKA Kalinjingrad

UVOD

Nesavršenost vlastite prirode, nadoknađena fleksibilnošću intelekta, neprestano je tjerala osobu na potragu. Želja da letite kao ptica, plivate kao riba ili, recimo, vidite noću kao mačka, oličena je u stvarnosti kako su se stizala potrebna znanja i tehnologija. Naučno istraživanje je često bilo podstaknuto potrebama vojnih aktivnosti, a rezultati su određivani postojećim tehnološkim nivoom.

Proširenje vidnog polja za vizualizaciju informacija koje su nedostupne očima jedan je od najtežih zadataka, jer zahtijeva ozbiljnu naučnu obuku i značajnu tehničku i ekonomsku bazu. Prvi uspješni rezultati u ovom pravcu postignuti su 1930-ih godina. Problem posmatranja u uslovima slabog osvetljenja dobio je posebnu važnost tokom Drugog svetskog rata.

Naravno, napori uloženi u ovom pravcu doveli su do napretka u naučnim istraživanjima, medicini, komunikacijskoj tehnologiji i drugim oblastima.

FIZIKA INFRACRVENOG ZRAČENJA

Infracrveno zračenje- elektromagnetno zračenje koje zauzima područje spektra između crvenog kraja vidljive svjetlosti (s talasnom dužinom (=
m) i kratkotalasne radio emisije ( =
m) Infracrveno zračenje je 1800. godine otkrio engleski naučnik W. Herschel. 123 godine nakon otkrića infracrvenog zračenja, sovjetski fizičar A.A. Glagoleva-Arkadjeva je primala radio talase talasne dužine od približno 80 mikrona, tj. nalazi se u infracrvenom opsegu talasnih dužina. Time je dokazano da su svjetlost, infracrveni zraci i radio valovi iste prirode, sve su to samo varijante običnih elektromagnetnih valova.

Infracrveno zračenje se naziva i "toplinsko" zračenje, jer sva tijela, čvrsta i tečna, zagrijana na određenu temperaturu, zrače energiju u infracrvenom spektru.

IR IZVORI

GLAVNI IZVORI IR ZRAČENJA NEKIH OBJEKATA

Infracrveno zračenje balističkih projektila i svemirskih objekata	infracrveno zračenje aviona	Infracrveno zračenje s površinskih brodova
marširajuća baklja motor, koji je mlaz gorućih gasova koji nosi suspendovane čvrste čestice pepela i čađi, koje nastaju tokom sagorevanja raketnog goriva. Telo rakete. Zemlja koja reflektuje neke od sunčevih zraka koji su je pogodili. Sama Zemlja.	Zračenje Sunca, Zemlje, Meseca i drugih izvora reflektovano od avionske konstrukcije. Samozračenje produžne cijevi i mlaznice turbomlaznog motora ili izduvnih cijevi klipnih motora. Vlastito toplotno zračenje mlaza izduvnih gasova. Sopstveno toplotno zračenje kože aviona, koje nastaje usled aerodinamičkog zagrevanja tokom leta velikom brzinom.	Kućište dimnjaka. auspuh otvor za dimnjak

GLAVNA SVOJSTVA IR ZRAČENJA

1. Prolazi kroz neka neprozirna tijela, također kroz kišu,

izmaglica, sneg.

2. Proizvodi hemijski efekat na fotografskim pločama.

3. Apsorbirana supstancom, zagrijava je.

4. Izaziva unutrašnji fotoelektrični efekat u germanijumu.

5. Nevidljivi.

6. Sposoban za fenomene interferencije i difrakcije.

7. Registrirajte termičkim metodama, fotoelektričnim i

fotografski.

IR KARAKTERISTIKE

Intrinzično reflektovano slabljenje Fizičko

termalni objekti IR IR zračenje karakteristike IR

radijacijsko zračenje u atmosferi radijacijske pozadine

Karakteristike	Main koncepti
Vlastito toplotno zračenje zagrijanih tijela	Osnovni koncept je apsolutno crno tijelo. Apsolutno crno tijelo je tijelo koje apsorbira svu radijaciju koja pada na njega na bilo kojoj talasnoj dužini. Raspodjela intenziteta zračenja crnog tijela (Planckov s/n): ,gdje - spektralni sjaj zračenja na temperaturi T, - talasna dužina u mikronima, S1 i S2 - konstantni koeficijenti: S1=1,19* W*µm *cm *cf , S2=1,44* µm*deg. Maksimalna talasna dužina (Wienov zakon): gdje je T apsolutna tjelesna temperatura. Integralna gustina zračenja - Stefan - Boltzmannov zakon:
IC zračenje koje odbijaju objekti	Maksimalno sunčevo zračenje, koje određuje reflektovanu komponentu, odgovara talasnim dužinama kraćim od 0,75 μm, a 98% ukupne energije sunčevog zračenja otpada na područje spektra do 3 μm. Često se ova talasna dužina smatra granicom, koja razdvaja reflektovanu (solarnu) i intrinzičnu komponentu IC zračenja objekata. Stoga se može pretpostaviti da je u bliskom dijelu IC spektra (do 3 μm) reflektirana komponenta odlučujuća, a raspodjela zračenja nad objektima ovisi o raspodjeli koeficijenta refleksije i ozračenosti. Za dalji dio IC spektra odlučujuće je samo zračenje objekata, a raspodjela zračenja po njihovoj površini ovisi o raspodjeli emisivnosti i temperature. U srednjetalasnom delu IR spektra moraju se uzeti u obzir sva četiri parametra.
Slabljenje IC zračenja u atmosferi	U opsegu IR talasnih dužina postoji nekoliko prozora transparentnosti, a zavisnost atmosferskog prenosa o talasnoj dužini ima veoma složen oblik. Slabljenje IC zračenja je određeno apsorpcijskim trakama vodene pare i komponenata plina, uglavnom ugljičnog dioksida i ozona, kao i pojavama raspršivanja zračenja. Vidi sliku "IR apsorpcija".
Fizičke karakteristike pozadine IC zračenja	IC zračenje ima dvije komponente: vlastito toplinsko zračenje i reflektovano (raspršeno) zračenje od Sunca i drugih vanjskih izvora. U opsegu talasnih dužina kraćim od 3 μm dominira reflektovano i rasejano sunčevo zračenje. U ovom opsegu talasnih dužina, po pravilu, može se zanemariti intrinzično toplotno zračenje pozadine. Naprotiv, u opsegu talasnih dužina većih od 4 μm, preovlađuje intrinzično toplotno zračenje pozadine, a reflektovano (raspršeno) sunčevo zračenje se može zanemariti. Opseg talasnih dužina od 3-4 mikrona je, takoreći, prelazni. U ovom rasponu uočava se izraženi minimum svjetline pozadinskih formacija.

IR APSORPCIJA

Atmosferski prenosni spektar u bliskom i srednjem infracrvenom području (1,2-40 µm) na nivou mora (donja kriva na grafikonima) i na visini od 4000 m (gornja kriva); u submilimetarskom opsegu (300-500 mikrona), zračenje ne dopire do površine Zemlje.

UTICAJ NA LJUDE

Od davnina ljudi su bili svjesni blagotvorne moći topline ili, znanstveno rečeno, infracrvenog zračenja.

U infracrvenom spektru postoji oblast sa talasnim dužinama od oko 7 do 14 mikrona (tzv. dugotalasni deo infracrvenog opsega), koja ima zaista jedinstveno blagotvorno dejstvo na ljudski organizam. Ovaj dio infracrvenog zračenja odgovara zračenju samog ljudskog tijela sa maksimumom na talasnoj dužini od oko 10 mikrona. Stoga naše tijelo svako vanjsko zračenje s takvim valnim dužinama percipira kao „svoje“. Najpoznatiji prirodni izvor infracrvenih zraka na našoj Zemlji je Sunce, a najpoznatiji vještački izvor dugotalasnih infracrvenih zraka u Rusiji je ruska peć i svaki čovjek je nužno iskusio njihovo blagotvorno djelovanje. Kuvanje hrane pomoću infracrvenih talasa čini hranu posebno ukusnom, čuva vitamine i minerale i nema nikakve veze sa mikrotalasnim pećnicama.

Utjecanjem na ljudsko tijelo u dugovalnom dijelu infracrvenog opsega, može se dobiti fenomen koji se zove "rezonantna apsorpcija", u kojoj će tijelo aktivno apsorbirati vanjske energije. Kao rezultat ovog utjecaja povećava se potencijalna energija tjelesne ćelije, a iz nje izlazi nevezana voda, povećava se aktivnost specifičnih ćelijskih struktura, povećava se nivo imunoglobulina, povećava aktivnost enzima i estrogena, a javljaju se i druge biohemijske reakcije. Ovo se odnosi na sve vrste tjelesnih stanica i krvi.

KARAKTERISTIKE IR SLIKA OBJEKATA

Infracrvene slike imaju neuobičajenu raspodjelu kontrasta između poznatih objekata za posmatrača zbog drugačije distribucije optičkih karakteristika površina objekata u IC opsegu u odnosu na vidljivi dio spektra. IR zračenje vam omogućava da otkrijete objekte na IC slikama koji nisu vidljivi na običnim fotografijama. Možete identificirati područja oštećenog drveća i grmlja, kao i otkriti upotrebu svježe posječene vegetacije za maskiranje objekata. Različiti prijenos tonova na slikama doveo je do stvaranja takozvanog višezonskog snimanja, u kojem se isti dio ravnine objekata istovremeno fotografiše u različitim zonama spektra višezonskom kamerom.

Još jedna karakteristika IC slika, koja je karakteristična za termalne mape, jeste da, osim reflektovanog zračenja, njihovo formiranje uključuje i intrinzično zračenje, au nekim slučajevima samo ono. Samozračenje je određeno emisivnošću površina objekata i njihovom temperaturom. To omogućava identifikaciju zagrijanih površina ili njihovih površina na termalnim kartama koje su potpuno nevidljive na fotografijama, te korištenje termalnih slika kao izvora informacija o temperaturnom stanju objekta.

IR slike takođe pružaju informacije o objektima koji više nisu prisutni u trenutku snimanja. Tako se, na primjer, na površini mjesta na parkingu aviona neko vrijeme čuva njegov termalni portret, koji se može snimiti na IC snimku.

Četvrta karakteristika toplotnih mapa je mogućnost registracije objekata kako u odsustvu upadnog zračenja tako iu odsustvu temperaturnih razlika; samo zbog razlike u emisivnosti njihovih površina. Ovo svojstvo omogućava posmatranje objekata u potpunom mraku iu takvim uslovima kada su temperaturne razlike izjednačene do neprimetnih. U takvim uvjetima, neobojene metalne površine niske emisivnosti posebno se jasno prepoznaju na pozadini nemetalnih predmeta koji izgledaju svjetlije („tamne“), iako su im temperature iste.

Druga karakteristika toplotnih karata je povezana sa dinamikom toplotnih procesa koji se odvijaju tokom dana.U vezi sa prirodnim dnevnim tokom temperatura, svi objekti na zemljinoj površini učestvuju u procesu razmene toplote koji je stalno u toku. Temperatura svakog tela zavisi od uslova razmene toplote, fizička svojstva okolina, sopstvena svojstva datog objekta (toplotni kapacitet, toplotna provodljivost) itd. U zavisnosti od ovih faktora, tokom dana se menja temperaturni odnos susednih objekata, pa se toplotne karte dobijene u različito vreme čak i od istih objekata razlikuju jedna od druge. .

PRIMJENA INFRACRVENOG ZRAČENJA

U dvadeset prvom veku počelo je uvođenje infracrvenog zračenja u naše živote. Sada nalazi primenu u industriji i medicini, u svakodnevnom životu i poljoprivredi. Svestran je i može se koristiti u razne svrhe. Koriste se u forenzici, u fizioterapiji, u industriji za sušenje farbanih proizvoda, građevinskih zidova, drveta, voća. Dobijte slike objekata u mraku, uređaja za noćni vid (noćni dvogled), magle.

Uređaji za noćno gledanje - istorija generacija

Nulta generacija
"Čaša od platna"	Sistemi sa tri i dve elektrode
	Fotokatoda Manžeta Fokusirajuća elektroda
	sredinom 30-ih
Philips Research Center, Holandija	U inostranstvu - Zworykin, Farnsvord, Morton i von Ardenne; u SSSR-u - G.A. Grinberg, A.A. Artsimovich
Ova cijev pojačivača slike sastojala se od dvije čašice ugniježđene jedna u drugu, na čije su plosnato dno postavljene fotokatoda i fosfor. Stvoren je visokonaponski napon primijenjen na ove slojeve elektrostatičko polje koje obezbeđuje direktan prenos elektronske slike sa fotokatode na ekran sa fosforom. Kao fotosenzitivni sloj u Holst staklu korišćena je fotokatoda srebro-kiseonik-cezijum, koja je imala prilično nisku osetljivost, iako je bila operativna u opsegu do 1,1 μm. Osim toga, ova fotokatoda je imala visoki nivo buka, koja je zahtijevala hlađenje na minus 40 °C da bi se uklonila.	Napredak u elektronskoj optici omogućio je zamjenu direktnog prijenosa slike fokusiranjem pomoću elektrostatičkog polja. Najveći nedostatak cijevi za pojačavanje slike s elektrostatičkim prijenosom slike je oštar pad rezolucije od središta vidnog polja do rubova zbog nepodudaranja krivolinijske elektronske slike sa ravnom fotokatodom i ekranom. Kako bi riješili ovaj problem, počeli su ih praviti sfernim, što je značajno zakompliciralo dizajn sočiva, koja su obično dizajnirana za ravne površine.
Prva generacija
Višestepene cijevi za pojačavanje slike
SSSR, M.M. Bootslov firme RCA, ITT (SAD), Philips (Holandija)
Plano-konkavna sočiva razvijena su na bazi optičkih ploča (FOP), koje su paket mnogih LED dioda, i počele su da se ugrađuju umjesto ulaznih i izlaznih prozora. Optička slika projektovana na ravnu površinu FOP-a prenosi se bez izobličenja na konkavnu stranu, čime se obezbeđuje konjugacija ravnih površina fotokatode i ekrana sa krivolinijskim poljem elektrona. Kao rezultat upotrebe VOP-a, rezolucija u cijelom vidnom polju postala je ista kao u centru.
Druga generacija
Sekundarni emisioni pojačivač		Pseudo dvogled
1- fotokatoda 3- mikrokanalna ploča 4- ekran
		70-ih godina
američke firme		firma "Praxitronic" (Nemačka)
Ovaj element je sito sa pravilno raspoređenim kanalima prečnika oko 10 µm i debljine ne više od 1 mm. Broj kanala jednak je broju elemenata slike i ima red 10 6 . Obje površine mikrokanalne ploče (MCP) su polirane i metalizirane, a između njih se primjenjuje napon od nekoliko stotina volti. Ulazeći u kanal, elektron doživljava sudare sa zidom i izbija sekundarne elektrone. U vučnom električnom polju, ovaj proces se ponavlja mnogo puta, što omogućava da se dobije NxlO pojačanje od 4 puta. Za dobijanje MCP kanala koristi se optičko vlakno heterogenog hemijskog sastava.		Razvijene su cijevi pojačivača slike sa MCP-ovima biplanarnog dizajna, odnosno bez elektrostatičkog sočiva, svojevrsni tehnološki povratak direktnom, kao u "čaši Holsta", prijenosu slike. Rezultirajuće minijaturne cijevi za pojačivač slike omogućile su razvoj naočara za noćno gledanje (NVG) pseudobinokularnog sistema, gdje se slika iz jedne cijevi pojačivača slike dijeli na dva okulara pomoću prizme koja dijeli snop. Rotacija slike ovdje se vrši u dodatnim mini sočivima.
treća generacija
Pojačavač slike P+ i SUPER II+
počela 70-ih godina do našeg vremena
uglavnom američke kompanije
Dugoročni naučni razvoj i složena proizvodna tehnologija, koji određuju visoku cenu cevi za pojačavanje slike treće generacije, kompenziraju se izuzetno visokom osetljivošću fotokatode. Integrisana osetljivost nekih uzoraka dostiže 2000 mA/W, kvantni prinos (odnos broja emitovanih elektrona i broja kvanta upadnih na fotokatodu sa talasnom dužinom u oblasti maksimalne osetljivosti) prelazi 30%! Resurs takvih cijevi za pojačavanje slike je oko 3.000 sati, cijena je od 600 do 900 dolara, ovisno o dizajnu.

GLAVNE KARAKTERISTIKE SLIKE

Generacije pojačivača slike		Vrsta fotokatode	Integral osjetljivost,	Osetljivost na talasne dužine 830-850	dobitak,	Pristupačno domet prepoznavanje ljudske figure u uslovi prirodnog noćnog osvjetljenja, m
	"Čaša od platna"			oko 1, IR osvjetljenje
				samo pod mjesečinom ili IR iluminatorom
	Super II+ ili II++

Infracrveno zračenje - elektromagnetno zračenje u opsegu talasnih dužina od
m to
m. Kao izvor infracrvenog (IR) zračenja može se smatrati bilo koje tijelo (gasovito, tečno, čvrsto) sa temperaturom iznad apsolutne nule (-273°C). Ljudski vizuelni analizator ne percipira zrake u infracrvenom opsegu. Stoga se specifični demaskirski znakovi u ovom rasponu dobivaju pomoću posebnih uređaja (noćni vid, termovizira) koji imaju lošiju rezoluciju od ljudskog oka. U opštem slučaju, demaskirajuće karakteristike objekta u IC opsegu uključuju sledeće: 1) geometrijske karakteristike izgled predmet (oblik, dimenzije, detalji površine); 2) površinska temperatura. Infracrvene zrake su apsolutno bezbedne za ljudski organizam, za razliku od rendgenskih zraka, ultraljubičastih ili mikrotalasnih. Ne postoji oblast u kojoj prirodni način prenosa toplote ne bi bio koristan. Uostalom, svi znaju da čovjek ne može postati pametniji od prirode, možemo je samo oponašati.

BIBLIOGRAFIJA

1. Kurbatov L.N. Kratak pregled istorije razvoja uređaja za noćno gledanje na bazi elektronskih optičkih pretvarača i pojačivača slike // Vopr. Odbrana. Tehnike. Ser. 11. - 1994

2. Koshchavtsev N.F., Volkov V.G. Uređaji za noćno gledanje//Vopr. Odbrana. Tehnike. Ser. P. - 1993. - Br. 3 (138).

3. Lecomte J., Infracrveno zračenje. M.: 2002. 410 str.

4. Men'shakov Yu.K., M51 Zaštita objekata i informacija od tehničkih sredstava izviđanja. M.: ruski. Država. Humanite. Ut, 2002. 399 str.