Инфракрасное излучение

Согласно СанПиН 2.2.4.548-96 Гигиенические требования к микроклимату производственных помещений, допустимые значения интенсивности теплового излучения работников на рабочих местах от производственных источников, нагретых до темного свечения (материалы, изделия и т.п.), должны соответствовать значениям, приведенным в таблице ниже

Содержание

Инфракрасное излучение (ИК-излучение) – это часть электромагнитного спектра с длиной волны &lambda = 0,76 1000 мкм, энергия которого после поглощения веществом вызывает тепловой эффект. Учитывая особенности биологического действия, длины волн инфракрасного излучения делятся на следующие области: коротковолновые, с &lambda = 0,7615 мкм, средневолновые, с &lambda = 16-100 мкм, длинноволновые, с &lambda100 мкм.

Инфракрасное излучение также называют тепловым излучением, поскольку инфракрасное излучение от нагретых объектов воспринимается кожей человека как ощущение тепла. Длина волны, излучаемой телом, зависит от температуры нагрева: чем выше температура, тем короче длина волны и больше интенсивность излучения.

Воздействие теплового излучения на организм имеет ряд особенностей, одной из которых является способность инфракрасных лучей разной длины волны проникать на разную глубину и поглощаться соответствующими тканями, производя тепловой эффект. Инфракрасные лучи с короткой длиной волны до 1,4 микрона проникают в ткани на глубину до нескольких сантиметров, поглощаются кровью и водой в слоях кожи и подкожной клетчатки, а также могут проникать через кости черепа и воздействовать на мозговые оболочки, ткани мозга. ИК-лучи с длиной волны 1,4 – 10 мкм поглощаются верхними 2 миллиметрами кожи. Лучи с длиной волны 6 – 10 мкм поглощаются особенно сильно, вызывая жгучий эффект.

Влияние инфракрасного излучения на организм проявляется в виде общих и местных реакций.

Местные реакции сильнее при воздействии длинноволнового инфракрасного излучения, поэтому время переносимости коротковолнового инфракрасного излучения дольше, чем длинноволнового инфракрасного излучения при одинаковой интенсивности воздействия. Коротковолновое инфракрасное излучение оказывает больший общий эффект за счет большей глубины проникновения в ткани организма.

Степень повышения температуры кожи в ответ на инфракрасное излучение зависит от его интенсивности. Инфракрасное излучение мощностью 949 Вт/м2 вызывает ощущение согревания, жжения и повышение температуры кожи до 40-41degC. Инфракрасное излучение мощностью 1717 Вт/м2 и более вызывает повышение температуры кожи на 10-11 градусов Цельсия и невыносимое чувство жжения.

Помимо повышения температуры облученной поверхности тела (в зависимости от времени облучения и одежды), происходит рефлекторное повышение температуры в областях, удаленных от облученной зоны. Также происходит рефлекторное изменение частоты сердечных сокращений, в то время как температура тела остается неизменной. Облучение различных частей тела инфракрасным излучением мощностью 698 – 1396 Вт/м2 увеличивает частоту сердечных сокращений на 5-7 ударов в 1 мин. Время пребывания в зоне воздействия тепла в основном ограничивается высокой температурой кожи. Болевые ощущения возникают при температуре кожи 40 – 45 градусов Цельсия (в зависимости от области).

Биологическое действие инфракрасного излучения также основано на изменениях в молекулярной структуре клеток, вызванных поглощением квантов инфракрасного излучения. Поглощенные инфракрасные лучи вызывают внутримолекулярные колебания, которые значительно увеличивают скорость биохимических реакций. Инфракрасное излучение вызывает образование высокоактивных веществ белкового происхождения (таких как гистамин, холин, аденозин) в коже, крови и спинномозговой жидкости. Также происходит изменение обмена веществ в виде небольшого снижения поглощения кислорода, повышения концентрации азота, натрия и фосфора в крови и снижения поверхностного натяжения крови. Под воздействием инфракрасного излучения снижается титр антител и фагоцитарная активность лейкоцитов. Сосудистая реакция зависит от интенсивности и спектрального состава инфракрасного излучения – короткие волны вызывают вазодилатацию, длинные – сужение. Артериальное давление изменяется в зависимости от интенсивности излучения от 1138 Вт/м2 при 24 градусах Цельсия до 775 Вт/м2 при 50 градусах Цельсия.

Изменения, происходящие в организме под воздействием инфракрасного излучения, зависят от его интенсивности, спектрального состава, площади и зоны воздействия. Например, наибольший эффект наблюдается при облучении шеи и верхней половины туловища.

Инфракрасные лучи, термически воздействуя на глаза, могут вызвать ряд патологических изменений: конъюнктивит, помутнение и васкуляризацию роговицы и т.д. Длительное воздействие (10-20 лет) коротковолнового инфракрасного излучения высокой интенсивности на глаза может вызвать поражение хрусталика – инфракрасную катаракту у металлургов, фрезеровщиков, кузнецов, курильщиков, у стекольщиков – стеклянную катаракту.

Поражения кожи характеризуются эритемой, при интенсивном воздействии могут возникнуть ожоги, при длительном воздействии на коже может появиться коричнево-красная пигментация.

В промышленной среде работающий человек часто окружен предметами, температура которых выше температуры тела этого человека. Инфракрасное излучение исходит от нагретых поверхностей слитков, чушек, металлических листов, поковок, жидкого металла, залитого в печь, открытого пламени печи, пламени сварки (электро- и газосварки), нагретых поверхностей оборудования и т.д. Промышленные источники тепловой и лучистой энергии делятся на четыре основные группы в соответствии с характером их излучения: до 500&degC – спектр содержит только длинноволновое ИК излучение источники от 500&degC до 1200&degC – спектр содержит коротко-, средне- и длинноволновое ИК излучение, но появляется и слабое видимое излучение, сначала красное а затем белые источники от 1200&degC до 2000&degC – спектр содержит как все виды инфракрасного излучения, так и источники видимого излучения высокой светимости от 2000&degC до 4000&degC – спектр содержит как инфракрасное и видимое излучение, так и ультрафиолетовое излучение. В таких случаях человеческое тело получает дополнительную тепловую энергию извне. Воздействие инфракрасного излучения приводит к перегреву организма тем быстрее, чем мощнее излучение, чем выше температура и влажность в рабочем помещении и чем интенсивнее выполняемая работа. Коротковолновое излучение оказывает наибольшее воздействие на организм человека, поскольку обладает самой высокой энергией фотонов, способно проникать глубоко в ткани организма и интенсивно поглощается водой, содержащейся в тканях. Лучи с длиной волны около 3 мкм вызывают наибольший нагрев кожи.

Под воздействием высокой температуры и теплового излучения у работников происходит резкое нарушение теплового баланса в организме, возникают биохимические сдвиги, нарушения кровообращения и нервной системы, повышенное потоотделение, потеря необходимых организму солей, нарушения зрения. Все эти изменения могут проявляться в виде заболеваний:

– пароксизмальное расстройство, вызванное дисбалансом воды и соли, характеризующееся внезапными спазмами, в основном в конечностях

– перегрев (тепловая гипертермия) возникает, когда организм накапливает избыточное тепло, и основным симптомом является внезапное повышение температуры тела.

– Тепловой удар возникает при неблагоприятных условиях: выполнении тяжелой физической работы при высокой температуре воздуха в сочетании с высокой влажностью. Тепловой удар возникает в результате проникновения коротковолнового инфракрасного излучения (до 1,5 мкм) через оболочку черепа в мягкие ткани мозга.

– катаракта (помутнение хрусталика), профессиональное заболевание глаз, возникающее в результате длительного воздействия инфракрасного излучения с &lambda = 0,78-1,8 мкм.

К острым нарушениям зрения также относятся ожоги, конъюнктивиты, помутнения и ожоги роговицы, ожоги тканей передней камеры.

Допустимые значения облученности работников от источников, нагретых до белого и красного свечения (раскаленный или расплавленный металл, стекло, пламя и т.д.), не должны превышать 140 Вт/м². При этом облучению должно подвергаться не более 25% поверхности тела, а использование средств индивидуальной защиты, включая защиту лица и глаз, является обязательным.

Одним из наиболее распространенных способов борьбы с тепловым излучением является экранирование излучающих поверхностей. Щиты бывают трех типов: непрозрачные, прозрачные и полупрозрачные.

В непрозрачных экранах поглощенная энергия электромагнитных колебаний, действующих на вещество экрана, преобразуется в тепловую энергию. Экран нагревается и становится источником теплового излучения. К непрозрачным экранам относятся: металлические экраны (в том числе алюминиевые), фольгированные (алюминиевая фольга), футерованные (пенобетон, керамзит, глина), асбестовые экраны и т.д.

В прозрачных экранах излучение, взаимодействующее с веществом экрана, минует стадию преобразования в тепловую энергию и распространяется внутри экрана по законам геометрической оптики, что обеспечивает видимость через экран. Прозрачные экраны изготавливаются из различных стекол: силикатных, кварцевых, органических, металлизированных, а также прозрачные экраны содержат фольгированные водяные завесы (свободные и стекающие по стеклу), водно-дисперсные завесы.

Полупрозрачные экраны сочетают в себе свойства прозрачных и непрозрачных экранов. К ним относятся металлические сетки, цепные шторы и стеклянные сетки.

Экраны делятся на теплоотражающие, теплопоглощающие и теплорассеивающие. Поскольку каждый экран способен одновременно отражать, поглощать и рассеивать тепло, мы относим экраны к той или иной группе, в зависимости от того, какие свойства выражены сильнее:

– Теплоотражающие экраны характеризуются низкой степенью черноты поверхности, поэтому они отражают большую часть падающей лучистой энергии. В качестве теплоотражающих материалов используются альфоль, алюминиевый лист, оцинкованная сталь и алюминиевая краска.

– Теплопоглощающие перегородки изготавливаются из материалов с высоким термическим сопротивлением, т.е. низкой теплопроводностью. В качестве теплопоглощающих материалов используются огнеупорные и теплоизоляционные кирпичи, асбест, шлаковая вата.

– В качестве теплорассеивающих экранов чаще всего используются водяные завесы, свободно падающие в виде пленки, орошающие другую экранирующую поверхность (например, металлическую) или заключенные в специальный кожух из стекла, металла (змеевики) и т.д.

Средства индивидуальной защиты включают фибровые и дюралюминиевые каски, очки, головные маски со складными экранами, комбинезоны и защитные ботинки.

Лечебно-профилактические мероприятия включают первичные и периодические медицинские осмотры для профилактики и ранней диагностики заболеваний у работников.

ИК-исследования проводятся аккредитованным центром лабораторных испытаний при Центре гигиены и эпидемиологии Республики Мордовия, аттестат аккредитации № РОСС. RU.0001.510112 от 03.06.2013. У IRC есть все необходимое для достижения этой цели: опытные, высококвалифицированные специалисты, современное аналитическое и измерительное оборудование, высококачественные исследования и измерения.

Высокочувствительные инфракрасные приемники позволяют определять местоположение различных объектов на основе их инфракрасного излучения, например, систем наведения ракет, которые дополнительно генерируют собственное инфракрасное излучение.

Инфракрасное излучение и его применение

Электромагнитное излучение с длиной волны в диапазоне от 0,74 мкм до 2 мм в физике называют инфракрасным излучением или инфракрасными лучами, сокращенно “ИК”. Он занимает ту часть электромагнитного спектра, которая находится между видимым оптическим излучением (происходящим из красной области) и коротковолновым радиоизлучением.

Хотя на практике инфракрасное излучение не обнаруживается человеческим глазом как свет и не имеет определенного цвета, оно является частью оптического излучения и в значительной степени используется в современных технологиях.

Для инфракрасных волн также характерно нагревание поверхностей, поэтому инфракрасное излучение часто называют “инфракрасным излучением”. Весь инфракрасный диапазон можно условно разделить на три части:

Дальнее инфракрасное излучение – с длиной волны от 50 до 2000 микрометров;

Средний инфракрасный диапазон, с длиной волны от 2,5 мкм до 50 мкм;

Ближний инфракрасный диапазон, от 0,74 до 2,5 мкм.

Инфракрасное излучение было открыто в 1800 году английским астрономом Уильямом Гершелем, а затем, независимо от него, английским ученым Уильямом Волластоном в 1802 году.

Спектры в инфракрасном диапазоне

Атомные спектры, полученные в виде инфракрасных лучей, являются линейчатыми; спектры конденсированных веществ – непрерывными; молекулярные спектры – полосатыми. Вывод заключается в том, что для инфракрасных лучей, по сравнению с видимой и ультрафиолетовой областями электромагнитного спектра, оптические свойства веществ, такие как отражение, пропускание, преломление, сильно отличаются.

Многие из этих веществ, хотя и пропускают видимый свет, непрозрачны для части инфракрасного диапазона.

Например, слой воды толщиной в несколько сантиметров непрозрачен для инфракрасных волн длиной более 1 мкм и при определенных условиях может быть использован в качестве теплозащитного фильтра. Слои германия или кремния, с другой стороны, не прозрачны для видимого света, но очень прозрачны для инфракрасного излучения определенной длины волны. Черная бумага легко пропускает инфракрасные лучи из дальнего поля и может быть использована в качестве фильтра для их отсеивания.

Большинство металлов, таких как алюминий, золото, серебро и медь, отражают инфракрасное излучение на более длинных волнах, например, при 10 мкм металлы отражают до 98% инфракрасного излучения. Неметаллические твердые тела и жидкости отражают только часть инфракрасного диапазона, в зависимости от химического состава вещества. Благодаря этим свойствам взаимодействия ИК-излучения с различными средами, оно успешно используется во многих исследованиях.

Рассеяние инфракрасного излучения

Инфракрасные волны, испускаемые солнцем, проходя через земную атмосферу, частично рассеиваются и ослабляются молекулами и атомами в воздухе. Кислород и азот в атмосфере частично ослабляют инфракрасное излучение, рассеивая его, но не поглощая полностью, подобно тому, как они поглощают часть видимого спектра.

Вода, углекислый газ и озон в атмосфере частично поглощают инфракрасное излучение, причем вода поглощает больше всего, поскольку ее спектр инфракрасного поглощения охватывает весь инфракрасный спектр, в то время как спектр поглощения углекислого газа охватывает только средний диапазон.

Атмосферные слои у поверхности Земли пропускают лишь небольшую часть инфракрасного излучения, поскольку дым, пыль и вода ослабляют его, рассеивая энергию на своих молекулах. Чем меньше частицы (дым, пыль, вода и т.д.), тем меньше рассеивание инфракрасных волн и тем больше рассеивание волн видимого спектра. Этот эффект используется в инфракрасной фотографии.

Источники инфракрасного излучения

Для нас, живущих на Земле, очень сильным естественным источником инфракрасного излучения является Солнце, поскольку половина его электромагнитного спектра находится в инфракрасном диапазоне. До 80% лучистой энергии ламп накаливания находится в инфракрасном спектре.

Искусственными источниками инфракрасного излучения также являются: электрические дуги, газоразрядные лампы и, конечно же, бытовые обогреватели с нагревательными элементами. В науке для получения инфракрасных волн используются штыри Нернста, вольфрамовые нити, а также ртутные лампы высокого давления и даже специальные ИК-лазеры (неодимовое стекло дает длину волны 1,06 мкм, а гелий-неоновый лазер – 1,15 и 3,39 мкм, углекислый газ – 10,6 мкм).

Инфракрасные приемники

Принцип работы инфракрасных приемников заключается в преобразовании энергии падающего излучения в другие формы энергии, которые можно измерить и использовать. Инфракрасное излучение, поглощаемое приемником, нагревает датчик температуры и фиксирует повышение температуры.

Инфракрасные фотоэлектрические приемники генерируют напряжение и электрический ток, реагируя на определенную узкую часть инфракрасного спектра, для работы с которой они предназначены, т.е. инфракрасные фотоэлектрические приемники являются селективными. Для ИК длин волн до 1,2 мкм фоторегистрация осуществляется с помощью специальных фотоэмульсий.

Инфракрасное излучение имеет очень широкий спектр применения в науке и технике, особенно в практических исследовательских задачах. Изучаются спектры поглощения и испускания молекул и твердых тел, которые находятся в инфракрасном диапазоне.

Такой подход к исследованию называется инфракрасной спектроскопией, которая позволяет решать структурные проблемы с помощью количественного и качественного спектрального анализа. В дальнем инфракрасном диапазоне излучение обусловлено переходами между подуровнями атомов. Благодаря инфракрасным спектрам можно изучать структуры электронных оболочек атомов.

Не говоря уже о фотографии, где один и тот же объект, сфотографированный сначала в видимом диапазоне, а затем в инфракрасном, будет выглядеть по-разному, поскольку из-за различий в коэффициентах пропускания, рассеяния и отражения для разных участков электромагнитного спектра некоторые элементы и детали могут вообще не проявиться в необычном режиме съемки: что-то будет отсутствовать на обычной фотографии, а на инфракрасной станет видимым.

Промышленное и бытовое применение инфракрасного излучения невозможно переоценить. Он используется для сушки и нагрева различных продуктов и материалов на производственных предприятиях. В домах он используется для отопления помещений.

Электронно-оптические преобразователи используют фотокатоды, чувствительные в инфракрасной области электромагнитного спектра, что позволяет видеть то, что невидимо невооруженным глазом.

Приборы ночного видения позволяют видеть в темноте, освещая объекты инфракрасными лучами, инфракрасные бинокли позволяют видеть ночью, инфракрасные прицелы позволяют целиться в полной темноте, и так далее. Инфракрасный свет также может быть использован для воспроизведения точной схемы измерения.

Высокочувствительные инфракрасные приемники позволяют определять местоположение объектов на основе их инфракрасного излучения; например, так работают самонаводящиеся ракеты, которые испускают собственное инфракрасное излучение.

Инфракрасные дальномеры и локаторы позволяют видеть определенные объекты в темноте и измерять расстояние до них с большой точностью. Инфракрасные лазеры используются в научных исследованиях, зондировании атмосферы, космической связи и т.д.

Даже в медицинских целях инфракрасное излучение не всегда можно использовать. Например, этот вид лечения не рекомендуется при злокачественных опухолях, заболеваниях крови и нарушениях кровообращения. Поэтому даже при использовании нагревателей с такой технологией необходимо убедиться в типе используемого излучения, чтобы не навредить людям. В конце концов, такие лучи не одинаково полезны для всех.

Преимущества инфракрасного излучения

Он находит применение не только в промышленности и быту, но и в медицине. Инфракрасное излучение, используемое правильно и в нужных дозах, может вылечить многие проблемы и улучшить качество жизни людей.

Медицина может рассказать нам, какое инфракрасное излучение полезно для людей. Уже доказано, что инфракрасное излучение может оказывать терапевтическое воздействие на такие проблемы, как:

Пневмония;
Бронхиальная астма;
Различные хронические заболевания яичников;
Хронический гастроэнтерит;
Гипермобильность желудочно-кишечного тракта;
Полинейропатия нижних конечностей;
Остеохондроз;
Абстинентный синдром;
Воспаление желчного пузыря;
Хронический цистит.

Но это не единственная польза инфракрасного излучения для человека. В настоящее время широко распространено использование этого вида излучения в различных профилактических мероприятиях. Его часто рассматривают как способ укрепления иммунной системы, улучшения памяти, гормонального баланса и восстановления водно-солевого баланса. В профилактике грибковых заболеваний или микробов также используется этот вид излучения. Длинные волны могут оказывать успокаивающее воздействие на людей, поэтому их используют для снятия усталости, стресса и раздражительности. Инфракрасные лучи также могут оказывать обезболивающее действие и подавлять рост раковых клеток в организме.

Это свидетельствует о широком медицинском применении инфракрасного излучения. В правильных дозах он может улучшить состояние человеческого организма и является отличным средством профилактики многих проблем. Однако существуют различные противопоказания, поэтому для некоторых людей такое излучение, даже в медицинских дозах, может быть опасным.

Как в медицине, так и при производстве различных приборов строго соблюдаются нормы допустимого инфракрасного излучения. Необходимо также контролировать тип излучения, используемого в той или иной ситуации, поскольку не все виды излучения одинаково безопасны для людей. Например, для обогрева помещений следует использовать только длинноволновые обогреватели. Короткие волны опасны для людей, находящихся в тесном контакте с ними. Они часто вызывают покраснение кожи и различные заболевания глаз.

I. i. – это постоянный фактор окружающей среды, действующий на организм человека. Человеческое тело постоянно излучает и поглощает инфракрасные лучи (радиационная теплопередача). Преобладание процессов поглощения над процессами излучения может привести к перегреву организма (см.) и развитию теплового удара (см.). Пределы допустимого для человека инфракрасного излучения составляют 1,33-1,79 кал/см2 (в зависимости от длины волны инфракрасного излучения).

ИНФРАКРАСНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ

ИНФРАКРАСНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ (Инфракрасное излучение, ИК-лучи) – это область электромагнитного излучения в диапазоне между длинноволновой областью красного видимого света (0,74 микрометра) и коротковолновым радиоизлучением (2000 микрометров). И.и. обычно делят на ближний диапазон (0,74-2,5 мкм), средний диапазон (2,5-50 мкм) и дальний диапазон (50-2000 мкм). В нормальных условиях человеческий глаз не видит БИК, но существуют устройства, которые преобразуют БИК в видимое излучение (так называемые устройства “ночного видения”). Специальные фотографические техники служат той же цели. БИК нашел широкое применение в медицинской практике.

Источниками I. i. являются лампы накаливания, угольная дуга, излучатели из нихрома и других сплавов, а также различные газоразрядные лампы. Ряд лазеров (см.) также излучают в инфракрасном диапазоне. Почти 50% солнечного излучения – это гамма-лучи. Молекулы воды, углекислого газа и озона являются наиболее интенсивными поглотителями в атмосфере Земли. Загрязнение атмосферы приводит к задержке И. и. на Земле и развитию так называемого парникового эффекта. Некоторые животные – змеи, насекомые (тараканы, кузнечики и т.д.) имеют очень чувствительные рецепторы, которые улавливают I. i.

I. i. был впервые открыт английским ученым Ф. В. Гершелем в 1800 году. В зависимости от источника, спектр И. и. может быть дискретным (состоящим из отдельных линий) или непрерывным. Инфракрасные спектры возбужденных атомов линейчатые, соответствующие отдельным электронным переходам; промежуточные между линейчатыми и непрерывными спектрами – так называемые полосовые спектры возбужденных молекул обусловлены их колебательным и вращательным движением. Нагретые твердые тела и жидкости излучают непрерывный инфракрасный спектр.

Исследование колебательно-вращательных инфракрасных спектров используется для качественного и количественного анализа смесей различных веществ, для определения химического состава и структуры различных молекул, включая полимеры и биологически важные соединения, такие как аминокислоты, углеводы, гормоны, липиды и белки. Различия в поглощении и рассеянии I. Использование видимого и ультрафиолетового света широко применяется для обнаружения веществ одинакового цвета, но разного состава, а также для обнаружения невидимых и слабых объектов в инфракрасной фотографии, аэрофотосъемке, дефектоскопии и т.д.

I. i. – это постоянный фактор окружающей среды, действующий на организм человека. Человеческое тело постоянно излучает и поглощает инфракрасное излучение (радиационная теплопередача). Преобладание поглощения над излучением может привести к перегреву (см.) и тепловому удару (см.). Пределы толерантности человека к лучевой болезни составляют 1,33-1,79 кал/см2 (в зависимости от длины волны лучевой болезни).

Термография (см.) и инфраскопия, методы, основанные на регистрации интенсивности тепла, являются ценными диагностическими инструментами, используемыми в офтальмологии, дерматологии и для определения локализации глубоких воспалительных процессов в организме. Инфракрасное излучение также используется в судебной медицине для фотографирования вещественных доказательств, обнаружения следов выстрелов, выявления карбоксигемоглобина в крови и т.д.

Инфракрасное излучение в физиотерапии. Влияние инфракрасного излучения на человека обусловлено его тепловым эффектом. Повышение температуры за счет поглощения инфракрасного излучения тканями вызывает местные (застой, повышение проницаемости кровеносных сосудов) и общие (усиление метаболизма, терморегуляции и т.д.) реакции.

При облучении образуется ряд физиологически активных веществ (например, ацетилхолин и др.), которые попадают в общую циркуляцию и усиливают метаболические процессы в тканях и органах, удаленных от места облучения.

Реакция организма на облучение зависит от силы излучения, экспозиции, размера облученной области, места облучения и т.д. На коже под воздействием радиации. В течение нескольких минут после облучения появляются застойные явления определенной интенсивности, которые сохраняются в течение 60-90 минут, редко дольше после облучения. I. i. улучшает кровоснабжение тканей, что приводит к нормализации питания тканей и ускорению процессов регенерации. Под воздействием облучения изменяется функциональное состояние рецепторов кожи: повышается порог тепловой и болевой чувствительности, снижается порог тактильной чувствительности. Умеренные дозы излучения оказывают обезболивающее действие, под воздействием тепла уменьшается напряжение мышц.

Общая реакция организма на облучение проявляется перераспределением крови в сосудах, увеличением количества эозинофилов (на фоне общего снижения количества лейкоцитов) в периферической крови, ускорением РОЭ, усилением обменных процессов. Облучение рефлексогенных зон вызывает расширение сосудов, ускорение крово- и лимфотока не только в пораженной области, но и во внутренних органах (почки, желудок, кишечник).

I. i. оказывает нормализующее действие на функции желудка, поджелудочной железы и почек, стимулирует иммуногенные свойства организма и может быть использован для повышения общего иммунитета организма.

У животных под влиянием I. i. наблюдается ослабление анафилактической реакции, судорог, вызванных стрихнином, и кураризующий эффект.

I. i. терапия. сочетается с использованием ультрафиолетового излучения (см.), нетепловых электропроцедур (постоянных и импульсных токов), лечебной гимнастики (см.) и массажа (см.) и не проводится одновременно с другими тепловыми процедурами.

Средневолновые – температура до 600°C, длина волны от 2,5 до 50 мкм;

Что такое инфракрасное излучение?

Что такое инфракрасное излучение и где его можно обнаружить?

Солнечную энергию можно рассматривать как электромагнитное излучение, каждый участок которого имеет определенную длину волны. Электромагнитный спектр можно разделить на 4 диапазона: ультрафиолетовый (УФ) диапазон, диапазон видимого света, ближний инфракрасный диапазон и дальний инфракрасный диапазон.

Ультрафиолетовый спектр (длина волны 100-380 нм) – это та часть спектра, которая вызывает выцветание салона автомобиля и, при контакте с кожей, вызывает ее загар. Не секрет, что чрезмерное облучение может привести к проблемам со здоровьем. Около 3% солнечной энергии приходится на ультрафиолетовый спектр.

Видимый свет (380-780 нм) – это единственная часть спектра, которую могут обнаружить наши глаза. Излучение в этом спектре является наиболее интенсивным и составляет 44% солнечной энергии.

Ближняя инфракрасная область (длина волны 0,7-200 мкм) – это тепловое излучение. Он невидим глазу, но ощущается как тепло. 53% солнечной энергии поступает из этого региона.

Дальняя инфракрасная область (длина волны > 200 мкм) не включена в солнечный спектр. Он ощущается как тепло от предметов, нагретых солнцем.

Все предметы в большей или меньшей степени излучают инфракрасное излучение; чем горячее предмет, тем больше инфракрасного излучения он испускает. Инфракрасное излучение также называется тепловым излучением и воспринимается кожей как ощущение тепла, например, при выходе на солнце или нахождении у огня. Чем горячее тело, тем короче длина волны инфракрасного излучения.

Существует три типа инфракрасных обогревателей, которые отличаются длиной волны и степенью нагрева излучающего элемента:

Длинноволновые – температура до 300°C, длина волны от 50 до 200 мкм:

Средневолновые – температура до 600°C, длина волны от 2,5 до 50 мкм;

Короткие волны – температура выше 800°C, длина волны от 0,7 до 2,5 мкм.

В отличие от других видов излучения, таких как рентгеновские лучи, микроволны и ультрафиолетовый свет, инфракрасное излучение нормальной интенсивности не оказывает негативного воздействия на организм.

Глубина проникновения и последующего нагрева тела инфракрасным излучением зависит от длины волны. Коротковолновое излучение может проникать на несколько сантиметров вглубь тела и нагревать внутренние органы, а длинноволновое излучение задерживается влагой, содержащейся в тканях, и повышает температуру тканей тела. Воздействие интенсивного инфракрасного излучения на мозг особенно опасно – оно может вызвать тепловой удар.

В природе инфракрасное излучение наиболее распространено в диапазоне от 7 до 14 мкм, причем наиболее интенсивное излучение происходит на частотах около 10 мкм. Человеческое тело излучает в диапазоне от 3 до 50 мкм, причем наиболее интенсивное излучение происходит в районе 10 мкм (в частности, 9,4 мкм). Это также частота, на которой инфракрасное излучение наиболее интенсивно поглощается человеческим телом, и излучение в этом диапазоне проникает в организм наиболее глубоко.

Опасность инфракрасного излучения зависит от его интенсивности. В нормальных условиях она не должна превышать 150 Вт/м2 . Температура нагреваемой поверхности также ограничена – при температуре излучающего элемента до 100°C температура поверхности предметов не может быть выше 35°C, при температуре выше 100°C – не более 45°C. Высокая интенсивность излучения может вызвать ожоги.

Однако медицинские исследования показывают, что инфракрасное излучение низкой интенсивности полезно для организма, оно укрепляет иммунную систему и тем самым снижает вероятность заболевания. Кроме того, он используется в медицине для лечения многих заболеваний – и этот список можно продолжать и продолжать. В физиотерапевтических клиниках используются приборы, в которых для нагрева применяется инфракрасное излучение.

Влияние длинноволнового инфракрасного излучения на организм человека

Стимуляция и улучшение кровообращения. Когда кожа подвергается воздействию длинноволнового инфракрасного излучения, кожные рецепторы раздражаются, а гипоталамус вызывает расслабление гладких мышц кровеносных сосудов, что приводит к расширению кровеносных сосудов.

Усиление метаболических процессов. Инфракрасное тепло стимулирует активность на клеточном уровне, улучшает нервную регуляцию и обменные процессы.

Укрепляет иммунитет. Инфракрасное излучение положительно влияет на выработку макрофагов и фагоцитоз, укрепляет иммунитет на клеточном и жидкостном уровне. Он также стимулирует синтез аминокислот, активизирует клетки и ускоряет выработку питательных веществ и ферментов.

Обеззараживает бактерии и нейтрализует вредные вещества.

Уменьшает боль. Инфракрасное тепловое отопление уменьшает болевой синдром в областях тела с воспалительными процессами.

Результаты, полученные в результате воздействия длинноволновых инфракрасных лучей при инфракрасной терапии

Нормализация артериального давления за счет регулярной стимуляции кровообращения.

Улучшение мозгового кровообращения.

Способствует очищению организма: выводятся токсины, соли тяжелых металлов расщепляются и выводятся из организма.

Нормализация гормонального фона, выработка гормонов: мелатонина, эндорфинов.

Блокирует распространение вредных микроорганизмов и грибков в организме.

Восстановление водно-солевого баланса.

Согревает наше тело и поддерживает оптимальную температуру.

Убивает и подавляет рост раковых клеток, предотвращает рак.

Дезодорирующее действие, против отравлений.

Они обладают обезболивающим и противовоспалительным действием.

Оказывает положительное влияние на иммунную систему.

Виды инфракрасного отопления

Инфракрасные нагревательные элементы делятся на различные типы:

Принцип инфракрасного нагрева пленки заключается в следующем. Ток, протекающий по рельсам, преобразуется в тепло, которое излучается в окружающую среду. На стороне, обращенной к потолку или полу, обычно находится экран, который отражает тепло обратно в помещение. На пленки обычно наносится декоративное покрытие, которое нагревается от пленки и отражает тепло обратно в отапливаемое помещение.

Отопление: инфракрасное отопление и инфракрасный теплый пол.

Одним из самых эффективных является инфракрасный теплый пол. Его основным узлом является излучающий элемент – будь то углеродное покрытие (пленочный теплый пол), углеродные стержни (сердечник пола – UNIMAT, RHE, EXCEL), стальные стержни (XBeamer, Eco Ondol), стальные элементы (PHEV, Zebra).

Как известно, инфракрасное излучение не поглощается воздухом, но хорошо поглощается предметами в помещении, поэтому они нагреваются, что в свою очередь нагревает воздух. Это означает, что пол можно разместить, например, под кроватью и включать его, когда холодно.

Инфракрасный теплый пол не создает во время работы подушку теплого воздуха под потолком помещения, что характерно для других обогревателей – под потолком жарко, а под полом холодно. В помещениях с высокими потолками инфракрасный теплый пол практически незаменим.

Инфракрасный обогрев абсолютно безопасен при соблюдении правил обращения с ним. Недостатком инфракрасного отопления является то, что оно конкурирует с другими категориями обогревателей.

Инфракрасное отопление можно разделить в зависимости от температуры излучающей поверхности.

Для устройств (инфракрасный теплый пол) с температурой ниже 60°C спектр излучения лежит в диапазоне примерно 9,4 мкм. Это диапазон, в котором человеческое тело излучает наиболее интенсивно; он также нагревает человеческое тело и часто используется в терапевтических медицинских приборах. Помещение обогревается мягким инфракрасным светом, не создаются воздушные потоки, низкая температура излучающей поверхности не сжигает кислород и частицы пыли, обогреватель не издает неприятных запахов.

Установки с температурой от 60 до 100 градусов очень экономичны – их эффективность преобразования электроэнергии в тепло близка к 100%. Рекомендуется размещать их выше, так как случайное прикосновение может привести к ожогам.

Светильники с температурой от 100 до 300 градусов обычно устанавливают под потолком; можно также установить их над окнами, в этом случае они обеспечивают хорошую защиту от холода и сквозняков.

Приборы с температурой более 300 градусов используются для обогрева балконов, веранд, помещений с очень высокими потолками и на открытом воздухе. Например, установка такого обогревателя над крыльцом предотвращает образование льда – снег, выпавший на крыльцо, быстро тает, а вода испаряется.

Чтобы сделать использование инфракрасных обогревателей максимально комфортным, необходимо принять во внимание следующие моменты:

Медицинские условия и индивидуальная переносимость радиации;

Длина излучаемой волны должна быть как можно ближе к длине волны человеческого тела;

Интенсивность излучения не должна превышать порог комфорта.

Эффективность инфракрасного напольного отопления.

Тепловая энергия, излучаемая нагревательным элементом в инфракрасном теплом полу, поглощается поверхностями и предметами, такими как пол, стены, мебель, предметы обстановки и т.д. Таким образом, пол, предметы и поверхности сначала нагреваются, а затем постепенно начинают излучать вторичное тепло по всему помещению – как если бы они были нагревательными приборами.

Это обеспечивает надлежащий обогрев помещения: температура на полу 25-27 градусов, на высоте 2 метров от пола 19-18 градусов, под потолком 17-18 градусов. Это, в свою очередь, позволяет снизить среднюю температуру в помещении на 5-6 градусов (по сравнению с традиционными системами отопления – конвекторами и радиаторами). При напольном отоплении средняя температура в помещении составляет 21-23 градуса, в то время как при традиционном конвекторном, радиаторном или потолочном отоплении средняя температура в помещении составляет 27-28 градусов. Разница в 5-6 градусов дает экономию энергии в 20-30 процентов, и чем выше потолки, тем экономичнее пол с подогревом. Это соотношение применимо ко всем типам напольного отопления, и не имеет значения, какой источник энергии вы используете. Если газ, мы сжигаем на 20-30% меньше газа, если дрова или пеллеты, мы сжигаем на 20-30% меньше дров и пеллет, а если уголь, отходы, дизельное топливо – мы экономим все.

Вывод: потребление каждого энергоресурса для отопления помещений зависит от: – средняя внутренняя температура; – температура и ветер на улице; – теплопроводность оболочки здания (стены, потолки, крыша, полы, фундамент, фасады, окна, двери и т.д.), а при напольном отоплении средняя температура в помещении ниже – отсюда и экономия.

Следовательно, снижаются расходы на отопление и обогрев. Поскольку температура предметов всегда будет на 1-3 °C выше, чем температура в помещении, жильцам будет казаться, что в помещении теплее, чем на самом деле.

Тепловая энергия напольного отопления достигает поверхности ковра без каких-либо потерь. Как правило, общая площадь пола в несколько десятков раз больше, чем у обычных радиаторов. Поверхности предметов хорошо поглощают инфракрасные лучи, а это значит, что инфракрасный теплый пол нагревает предметы и людей в каждом помещении в 3-4 раза быстрее, чем обычные системы отопления. ©

Если вы нашли ошибки в этой информации или хотите что-то добавить – пожалуйста, свяжитесь с нами, и мы подарим вам коврик для сушки обуви! ©

По спектральному отражению, особенно в ближнем и дальнем инфракрасном диапазоне зеленой растительности, различают типы растительности и определяют соответствующее состояние здоровья растительности. Здоровье растений в первую очередь зависит от их водоснабжения. Измеряется засуха, видны поражения грибками и насекомыми.

Приложения

обогреватель

Лучистое отопление является важным применением. Каждый нагреватель также испускает инфракрасное излучение, особенно при температуре свыше 100 °C. В основном это происходит за счет выделения тепла в воздух, но тепловой комфорт повышается за счет части излучения. Отопление всего дома или переходное отопление в ванной комнате обеспечивается инфракрасными панелями; космическая станция “Мир” обогревается таким образом с 1986 года.

Химический анализ и технологические процессы

Инфракрасное излучение стимулирует молекулы к колебаниям и вращению. Инфракрасная спектроскопия – это физико-химический метод анализа. Поглощение инфракрасного света определенной длины волны используется для определения структуры неизвестных веществ. Чистота известных веществ может быть определена путем количественного определения. Инфракрасная спектроскопия используется для идентификации и разделения пластмасс в процессе сортировки отходов.

Центры поглощения молекулярных колебаний напрямую связаны с показателем преломления материалов и, следовательно, с их характеристиками отражения. Это используется, в частности, в инфракрасной рефлектографии.

История

Инфракрасная рефлектография – это метод исследования, используемый в основном в художественных исследованиях, который заключается в том, чтобы сделать видимыми элементы изображения, выполненного из материалов с повышенной отражательной способностью, благодаря различным отражательным свойствам красителей, нанесенных на носитель изображения. Благодаря этой бесконтактной и неразрушающей технике можно проникнуть в верхний слой краски и задокументировать невидимую подпись.

Астрономия

Инфракрасная астрономия наблюдает “холодные” объекты (холоднее 1100 К), которые трудно увидеть в других спектральных диапазонах, или объекты внутри или за межзвездным облаком. Инфракрасная спектроскопия также помогает в анализе наблюдаемых объектов. Как и в химии, инфракрасная спектроскопия обнаруживает полосы определенных веществ, например, газа метана на экзопланете возле неподвижной звезды HD 189733 .

Электроника и компьютерные технологии

Инфракрасные пульты дистанционного управления, оптопары и большинство световых барьеров работают в ближней инфракрасной области между 880 и 950 нм, поскольку кремниевые фотодиоды и фототранзисторы имеют самую высокую чувствительность в этом диапазоне. Инфракрасные интерфейсы в компьютерах также работают в этом диапазоне длин волн и обеспечивают беспроводную связь с периферийными устройствами. Оптическая передача через атмосферу с помощью инфракрасного лазера характеризуется оптической передачей в свободном пространстве.

Одной из первых компаний, объединивших инфракрасные технологии с информационными, была Hewlett-Packard. В 1979 году в карманном калькуляторе появился первый встроенный ИК-интерфейс для подключения к принтеру. В 1990 году инфракрасный интерфейс был впервые интегрирован в персональный компьютер. Этот интерфейс стал стандартом. Поскольку он работал последовательно, его назвали Последовательный инфракрасный порт или сокращенно SIR . По соображениям скорости этот стандарт сейчас заменен на Fast-IR, более старый совместимый стандарт, который поддерживают все материнские платы в персональных компьютерах, построенных примерно в 2002 году или позже. КПК и ноутбуки (выпущенные примерно в 2006 году) имеют встроенное ИК-устройство, как и некоторые мобильные телефоны. В ИК-интерфейсах его все чаще заменяет Bluetooth.

В телекоммуникациях IR-A предпочтительнее использовать в оптических волноводах из-за его низкого поглощения и дисперсии. Стандартная длина волны составляет 1550 нм.

Обнаружение движения источника ИК-излучения может осуществляться с помощью тепловых датчиков. Это используется, например, для управления игровой приставкой Wii от Nintendo.

Дизайн телефона с инфракрасным (ИК) светодиодом не смог победить.

растительность

В ближней инфракрасной области спектра отражательная способность зеленой растительности примерно в шесть раз больше, чем в видимой области спектра, поскольку ткань свежих листьев имеет хорошую отражательную способность, а другие длины волн поглощаются хлорофиллом и связанными с ним каротиноидами. Этот эффект используется для выявления участков с растительностью. Делаются два изображения сцен: одно в видимом свете, другое – в ближнем инфракрасном. Мультиспектральные камеры часто используются . Разделив два изображения, можно легко различить растительность.

Признанная таким образом растительность измеряется с помощью автомобиля или самолета. Сравнительное измерение растительности в помещении позволяет наблюдать за растением в течение более длительного периода времени. Измерение растительности с транспортных средств дает представление о преобладающих местных условиях. Обычно определяется доля площади растительности к общей площади эталона, зафиксированной с воздуха, и определяется количество растительности в определенном пространстве. Измерение объема растительности важно для компаний, занимающихся обслуживанием автомагистралей и дорог, а также для операторов железнодорожных сетей. Растительность, выступающая за пределы профиля транспортных средств, автоматически распознается, и может быть начата обрезка.

По спектральному отражению, особенно в ближнем и дальнем инфракрасном диапазоне зеленой растительности, различают типы растительности и определяют соответствующее состояние здоровья растительности. Здоровье растений в первую очередь зависит от их водоснабжения. Измеряются условия засухи, можно наблюдать за поражением грибками и насекомыми.

Фото

Инфракрасная фотография

В аналоговой фотографии могут использоваться пленки, сенсибилизированные к так называемому инфракрасному излучению в ближнем инфракрасном диапазоне до 820 нм. Видимый свет полностью или частично блокируется (красный фильтр) фильтрами, закрепленными спереди. Типичным результатом является эффект Вуда: темное небо и светлые части растений, содержащих хлорофилл (листья, трава). Инфракрасные камеры лучше проникают сквозь легкую дымку и туман благодаря меньшему рассеиванию, вызванному большей длиной волны.

Инфракрасные кадры используются военными в аэрофотосъемке для шпионажа и военной разведки (воздушной и наземной), астрономии и в системах помощи водителю.

Также используются пленки с ложными цветами. Эти пленки отображают различные длины волн инфракрасного излучения в искусственных цветах как видимые цвета, которые можно различить. Такие материалы используются в аэрофотосъемке, например, для картирования повреждений леса и в аэроархеологии, а также для изучения изображений и цветных поверхностей.

Измерение расстояния

Измерение расстояния с помощью метода инфракрасного времени пролета – время, которое покрывает свет, испускаемый встроенным инфракрасным излучателем, оценивается датчиком приемника и автоматически передается на объектив и, при необходимости, на встроенную вспышку. Некоторые версии частично работают в спектре видимого света и позволяют использовать оптические системы автофокусировки в условиях низкой освещенности.

Медицина

Лучистые нагреватели излучают в инфракрасном диапазоне и уже давно используются в медицинских целях.

Тепловое излучение от лучистых нагревателей, таких как керамические инфракрасные нагреватели с длинноволновым инфракрасным излучением или лампы красного света, которые излучают в основном ближний инфракрасный свет, используются для местного лечения воспалительных состояний (например, полости носа). Инфракрасные тепловые кабины используются для лечения всего тела. Инфракрасное излучение часто используется в медицине в виде лазеров. Области применения включают дерматологию, офтальмологию и стоматологию (измерение, склерозирование, разрезание, коагуляция, светотерапия). Кроме того, инфракрасное излучение используется для поиска (прогревания) воспалительных очагов с целью их более эффективного лечения. Термография используется для поиска локализованного воспаления.

Свет ближнего инфракрасного диапазона проникает глубоко в кожу и под кожу, в то время как свет MIR, в частности, уже поглощается поверхностью кожи и роговицей. Так, интенсивное излучение ближнего инфракрасного диапазона (лазерное излучение) особенно опасно для глаз и кожи, поскольку оно незаметно для глаза достигает сетчатки, концентрируется там и может вызвать повреждения. В организме он поглощается в тех местах, где нет температурных датчиков, и поэтому часто может нанести вред незаметно.

Для измерения температуры используются пирометры, которые измеряют температуру в ухе с помощью теплового излучения в среднем инфракрасном диапазоне. Наконец, пульсоксиметрия используется для измерения насыщения кислородом эритроцитов.

Полиция и военные

Полиция и военные используют ручные приборы ночного видения и усилители света ближнего инфракрасного диапазона, в центре которых находятся усилители изображения, для обнаружения невидимых объектов в темноте. Также можно использовать инфракрасное освещение. Пилоты вертолетов летают ночью, используя установленные на шлемах приборы ночного видения, которые создают перед каждым глазом монохромное изображение объектов на земле в ближней инфракрасной области. На внешней стороне вертолета может быть установлена система подвижных камер, передающих видео- или тепловые изображения в видимом и среднем инфракрасном диапазоне. Они используются, например, для поиска пропавших людей или беглецов даже в темноте.

Многие типы самонаводящихся ракет находят свою цель с помощью теплового излучения, испускаемого, например, двигателями самолетов. Для более новых самолетов и военных кораблей существуют средства отклоняющих вспышек (“факелов”), которые отводят это оружие от цели.

Термография

Термография может использоваться для создания “тепловых изображений”, в которых используется инфракрасное тепловое излучение объектов. Известное применение – строительная термография для контроля качества и визуализации тепловых мостов и теплопотерь в зданиях. Таким образом, можно целенаправленно проводить мероприятия по теплоизоляции. Пожарная служба использует портативные тепловизионные камеры для обнаружения источников огня и углей или людей, которых нужно спасать в задымленных кабинах.

При диагностике и обслуживании электрических, электронных и механических компонентов, систем или машин термография используется в качестве дополнительного метода измерения для предотвращения дефектов и обнаружения повреждений. Это означает, что критические состояния (“горячие точки”) машин, систем и установок могут быть выявлены без контакта во время работы, что позволяет принять меры для снижения воздействия на ранней стадии и избежать сбоев и повреждений.

Термография используется для анализа вибраций и испытаний на прочность. Трещины и неплотные соединения определяются по их тепловому развитию. Рабочие температуры, температуры компонентов и теплоотводов измеряются и контролируются бесконтактно с помощью инфракрасных пирометров.

Обработка материалов

Многие тепловые процессы в промышленности осуществляются с использованием инфракрасного излучения. Помимо использования для сушки, материалы можно закаливать, пластмассы можно размягчать и деформировать. С помощью инфракрасных лазеров можно сваривать, маркировать и резать материалы, а также закаливать металлы. Полотна материала сушатся с помощью инфракрасных нагревателей, которые нагреваются газом или электричеством. Такие дополнительные устройства имеются, например, на бумагоделательных машинах.

Документы по технике безопасности

Инфракрасные чувствительные элементы защиты в паспортах и банкнотах проверяются с помощью инфракрасных излучателей. Например, в случае с банкнотами евро, в дополнение к другим характеристикам можно проверить инфракрасное поглощение определенных материалов на определенной длине волны. С другой стороны, инфракрасная флуоресценция метиленового синего в паспорте Великобритании – это характеристика, используемая для тестирования оборудования.

кейтеринг

Инфракрасное излучение также используется в общественном питании. Они часто встречаются в виде лучистых обогревателей и обогревателей патио на открытом воздухе и в местах для курения. Они также используются для приготовления кулинарных изысков в виде инфракрасных грилей (как большой гастрогриль или маленький настольный гриль). По сравнению с классическими деревянными, электрическими или газовыми барбекю, они имеют преимущество лучистого тепла в том, что на нагревательные элементы не попадает жир, поскольку радиаторы закреплены над продуктами, которые готовятся на гриле. Это также предотвращает образование дыма.

Читайте далее: