Помогнете на развитието на сайта, споделяйки статията с приятели!
Инфрачервеното лъчение е невидимо за очите ни, но това не означава, че другите ни сетива не могат да го възприемат. Топлината, която усещаме, докато седим край огъня, се дължи именно на инфрачервеното лъчение, излъчвано от горящите цепеници. Инфрачервеното лъчение ни заобикаля постоянно, тъй като всички обекти с температура над нулата, а следователно и нашите тела, са източници на инфрачервено лъчение.
Инфрачервеното лъчение (съкратено IR) е електромагнитно лъчение, което човешкото око не може да открие, с дължина на вълната, по-голяма от тази на червената светлина.Инфрачервеният обхват обхваща дължини на вълните от 780 nm до около 1 mm (с други думи: от 0,78 µm до около 1000 µm) и честоти от 300 GHz до 385 THz. От страната на по-голямата дължина на вълната граничи с обхвата на микровълновото излъчване.
Ориз. 1. Човекът и неговият образ в областта на инфрачервеното лъчение
Както всички електромагнитни вълни, инфрачервеното лъчение се разпространява във вакуум със скорост на светлината c=3108 m/s. Електромагнитната вълна се характеризира с:
- честота f, т.е. броят на пълните промени в магнитните и електрическите полета за секунда, изразени в херци (Hz);
- дължина на вълната λ, т.е. разстоянието между съседни точки, където електрическото и магнитното поле имат еднаква фаза.
Тези величини са свързани: колкото по-висока е честотата, толкова по-къса е дължината на вълната: f=c / λ .
Енергията на радиационен квант, фотон, е право пропорционална на честотата и обратно пропорционална на дължината на вълната: E=hf=hc / λ, където h е константата на Планк, h=4,14 10-15eV s=6,63 10-34 J s .
Енергията на инфрачервените фотони е по-малка от тази на видимата светлина.
Свойства
Инфрачервеното лъчение се излъчва от всички тела. Нарича се още топлинно излъчване. Топлинното лъчение покрива широк диапазон от дължини на вълните, от ултравиолетови до инфрачервени, но максимумът на това лъчение е в определен диапазон от дължини на вълните, в зависимост от температурата.
Излъчването на топлинна радиация се причинява от произволното движение на електрически заредени частици в материята. Максималното излъчване от човешкото тяло, както и от обекти при стайна температура, се получава при дължина на вълната около 10 микрона. Енергията на топлинното излъчване силно зависи от температурата на тялото - тя е правопропорционална на T4, където T е температурата в абсолютна скала. От това следва, че тяло с по-висока температура излъчва много повече енергия от тяло с по-ниска температура.
Инфрачервеното лъчение се разделя условно на близко и далечно инфрачервено лъчение:
- Близкото инфрачервено лъчение представлява вълни в диапазона (0,78 - 10) микрона. Те се излъчват от тела с температура над стайната, като например лампа с нажежаема жичка, огън и др.
- Далечното инфрачервено лъчение е вълни в диапазона (10 - 1000) микрона. Източниците на това лъчение са тела при стайна температура и по-ниска.
Инфрачервеното лъчение е свързано с отоплението. Наистина е известно, че инфрачервените лампи (инфрачервени нагреватели) се използват за нагряване на човешкото тяло за терапевтични цели (фиг. 2.). Но инфрачервеното лъчение също може да охлади тялото. Как е възможно това?
Ориз. 2. Инфрачервени лампи загряват тялото на пациента
Освобождаването на инфрачервено лъчение се дължи на вътрешната енергия на тялото. Когато тялото абсорбира инфрачервено лъчение, енергията на абсорбираните електромагнитни вълни се преобразува в увеличение на вътрешната енергия.При равновесни условия потоците топлинна енергия са равни - едно и също количество енергия се излъчва и поглъща от тялото. Телесната температура остава постоянна.
Инфрачервено отопление.
Когато погълнатата радиация носи повече енергия от излъчената, вътрешната енергия на тялото се увеличава и температурата му се повишава. Това обяснява защо можем да се стоплим край огъня или да стоплим ръцете си, като ги държим близо до чаша горещ чай. В космоса и вакуума инфрачервеното лъчение е единственият начин за пренос на топлинна енергия.
Инфрачервено охлаждане.
Когато едно тяло има по-висока температура от околната среда, излъчената радиация има повече енергия от погълнатата. Тялото губи вътрешна енергия и температурата му намалява. Спадането на температурата е по-бързо, отколкото чрез проводимост, тъй като въздухът е лош проводник на топлина. Всеки, който стоеше до голям леден блок, чувстваше студ от нейна страна.Но не ледът излъчва студ, а човешкото тяло, което насочва повече енергия в леда, отколкото получава от него.
Ролята на инфрачервеното лъчение в регулирането на температурата на земната повърхност.
Инфрачервеното лъчение играе важна роля в енергийния баланс на земната атмосфера. Слънчевата радиация, предимно във видимата светлина, достига до повърхността на Земята. Нагрятата повърхност на Земята излъчва инфрачервено лъчение като вторично лъчение. Тази радиация, преминавайки през атмосферата, се абсорбира до голяма степен от съдържащите се в нея водни пари, въглероден диоксид, метан и други парникови газове, повишавайки температурата на въздуха.
Може да се изчисли, че ако Земята нямаше атмосфера, нейната средна температура, поради баланса на погълнатата и излъчената радиация, би била малко по-ниска от -18°C. Знаем обаче, че средната температура на нашето земно кълбо е с повече от 33°C по-висока, около 15°C. Така атмосферата е топлоизолацията на Земята.Температурата на Земята е подходяща за живот, защото парниковите газове (въглероден диоксид, водни пари) са прозрачни за видимата светлина, но абсорбират инфрачервеното лъчение.
Приложение
Поради свойствата си, инфрачервеното лъчение има много приложения и има голямо влияние върху ежедневието ни. Използва се в химичния анализ за определяне на структурата на материалите. Използва се и терапевтично в това, което е известно като диатермия, процедура, която включва вътрешно нагряване на болезнени мускули и стави.
Използва се в термично местоположение за наблюдение на обекти в тъмното с нощно виждане, като например наблюдение на прилепи в пещера през нощта. Тъй като инфрачервеното лъчение се абсорбира по-малко, когато преминава през мъгла и облаци, отколкото видимото лъчение, то се използва за фотографиране на обекти на значително разстояние.
Термографската камера, използвана от военните например, също използва инфрачервено лъчение.Това излъчване се използва и в дистанционни управления за домашни електронни устройства (напр. телевизори, видеорекордери, гаражни врати, аларми), контроли за превключватели на трамваи.