Oma olemuse ebatäiuslikkus, mida kompenseeris intellekti paindlikkus, tõukas inimest pidevalt otsima. Soov lennata nagu lind, ujuda nagu kala või näiteks näha öösel nagu kass sai teoks, kui nõutud teadmised ja tehnoloogia saavutati. Teadusliku uurimistöö ajendiks olid sageli sõjalise tegevuse vajadused ja tulemused määras olemasolev tehnoloogiline tase.
Nägemisulatuse laiendamine silmale kättesaamatu teabe visualiseerimiseks on üks raskemaid ülesandeid, kuna see nõuab tõsist teaduslikku ettevalmistust ning märkimisväärset tehnilist ja majanduslikku baasi. Esimesed edukad tulemused selles suunas saadi 20. sajandi 30. aastatel. Vaatluse probleem vähese valgusega tingimustes muutus eriti aktuaalseks Teise maailmasõja ajal.
Loomulikult on selles suunas tehtud jõupingutused toonud kaasa edusamme teadusuuringutes, meditsiinis, kommunikatsioonitehnoloogias ja muudes valdkondades.
Infrapunakiirguse füüsika
Infrapunakiirgus- elektromagnetkiirgus, mis hõivab nähtava valguse punase otsa vahelise spektripiirkonna (lainepikkusega (= 
m) ja lühilaine raadiokiirgus ( 
=
m).Infrapunakiirguse avastas 1800. aastal inglise teadlane W. Herschel. 123 aastat pärast infrapunakiirguse avastamist leidis Nõukogude füüsik A.A. Glagoleva-Arkadjeva võttis vastu raadiolaineid lainepikkusega ligikaudu 80 mikronit, s.o. asub infrapuna lainepikkuste vahemikus. See tõestas, et valgus, infrapunakiired ja raadiolained on sama laadi, kõik on vaid tavaliste elektromagnetlainete variatsioonid.
Infrapunakiirgust nimetatakse ka "termiliseks" kiirguseks, kuna kõik teatud temperatuurini kuumutatud kehad, nii tahked kui vedelad, kiirgavad infrapunaspektris energiat.
IR-KIIRGUSE ALLIKAD
MÕNE OBJEKTE PÕHILISED IR-KIIRGUSE ALLIKAD
|
Ballistiliste rakettide ja kosmoseobjektide infrapunakiirgus |
Lennuki infrapunakiirgus |
Pinnalaevade infrapunakiirgus |
|
Marsi tõrvik mootor, mis on põlevate gaaside voog, mis kannab raketikütuse põlemisel tekkivaid tahkeid tuha ja tahma osakesi. Raketi kere. Maa, mis peegeldab osa sellele langevatest päikesekiirtest. Maa ise. |
Lennuki kerelt peegelduv kiirgus Päikeselt, Maalt, Kuult ja muudest allikatest. Turboreaktiivmootori pikendustoru ja düüsi või kolbmootori väljalasketorude sisemine soojuskiirgus. Heitgaasi joa enda soojuskiirgus. Lennuki naha sisemine soojuskiirgus, mis tuleneb aerodünaamilisest kuumenemisest lennu ajal suurel kiirusel. |
Korstna korpus. heitgaas korstna auk |
IR KIIRGUSE PÕHIOMADUSED
1. Läbib mõningaid läbipaistmatuid kehasid, ka läbi vihma,
udu, lumi.
2. Annab fotoplaatidele keemilise efekti.
3. Aine imendub, see soojendab seda.
4. Põhjustab germaaniumis sisemise fotoelektrilise efekti.
5. Nähtamatu.
6. On võimeline tekitama interferentsi ja difraktsiooninähtusi.
7. Registreeritud termiliste meetoditega, fotoelektriliste ja
fotograafiline.
IR KIIRGUSE OMADUSED
Enda peegeldunud nõrgenemine Füüsiline
termilised objektid IR IR kiirguse omadused IR
kiirguskiirgus atmosfääris kiirgustaustad
|
Omadused |
Põhiline mõisted |
|
Kuumutatud kehade omasoojuskiirgus |
Põhikontseptsioon on täiesti must keha. Absoluutselt must keha on keha, mis neelab kogu sellele langeva kiirguse mis tahes lainepikkusel. Musta keha kiirguse intensiivsuse jaotus (Plancki s/n): C2=1,44* Integraalne kiirgustihedus – Stefani – Boltzmanni seadus: |
|
Objektidelt peegeldunud infrapunakiirgus |
Maksimaalne päikesekiirgus, mis määrab peegeldunud komponendi, vastab lainepikkustele, mis on lühemad kui 0,75 mikronit ja 98% kogu päikesekiirguse energiast langeb spektripiirkonda kuni 3 mikronit. Seda lainepikkust peetakse sageli piirlainepikkuseks, mis eraldab IR-kiirguse peegeldunud (päikese) ja sisemised komponendid objektidest. Seetõttu võib nõustuda, et IR-spektri lähiosas (kuni 3 μm) on peegeldunud komponent määrav ning kiirguse jaotus objektide vahel sõltub peegelduvuse ja kiirgustiheduse jaotusest. IR-spektri kaugemas osas on määravaks teguriks objektide enda kiirgus ning kiirgusvõime jaotus nende piirkonnas sõltub kiirgustegurite jaotusest ja temperatuurist. IR-spektri kesklaine osas tuleb arvestada kõigi nelja parameetriga. |
|
IR-kiirguse nõrgenemine atmosfääris |
IR lainepikkuste vahemikus on mitu läbipaistvuse akent ja atmosfääri ülekande sõltuvus lainepikkusest on väga keerulise vormiga. IR-kiirguse sumbumise määravad veeauru ja gaasikomponentide, peamiselt süsihappegaasi ja osooni, neeldumisribad, samuti kiirguse hajumise nähtused. Vt joonist “IR-kiirguse neeldumine”. |
|
IR taustkiirguse füüsikalised omadused |
IR-kiirgusel on kaks komponenti: oma soojuskiirgus ja Päikesest ja muudest välisallikatest peegeldunud (hajutatud) kiirgus. Lainepikkuste vahemikus, mis on lühem kui 3 mikronit, domineerib peegeldunud ja hajutatud päikesekiirgus. Selles lainepikkuste vahemikus võib taustade sisemise soojuskiirguse reeglina tähelepanuta jätta. Vastupidi, lainepikkuste vahemikus, mis on suurem kui 4 μm, domineerib taustade sisemine soojuskiirgus ja peegeldunud (hajutatud) päikesekiirgust võib tähelepanuta jätta. Lainepikkuste vahemik 3-4 mikronit on justkui üleminekuline. Selles vahemikus on taustamoodustiste heleduse miinimum. |
, Kus 
- kiirguse spektraalne heledus temperatuuril T, 
-lainepikkus mikronites, C1 ja C2 - konstantsed koefitsiendid: C1=1,19* 
W*µm 
*cm 
*vrd 
,
µm*deg. Maksimaalne lainepikkus (Wieni seadus): 
, kus T on absoluutne kehatemperatuur.
IR-KIIRGUSE NEELDUMINE
Atmosfääri ülekandespekter lähi- ja keskmise infrapuna piirkonnas (1,2-40 μm) merepinnal (graafikutel alumine kõver) ja 4000 m kõrgusel (ülemine kõver); submillimeetrises vahemikus (300-500 mikronit) ei jõua kiirgus Maa pinnale.
MÕJU INIMESELE
Juba iidsetest aegadest on inimesed hästi teadlikud soojuse ehk teaduslikult öeldes infrapunakiirguse kasulikust jõust.
Infrapunaspektris on piirkond, mille lainepikkus on ligikaudu 7-14 mikronit (nn infrapunavahemiku pikalaineline osa), millel on inimkehale tõeliselt ainulaadne kasulik mõju. See infrapunakiirguse osa vastab inimkeha enda kiirgusele, mille maksimum on umbes 10 mikroni lainepikkusel. Seetõttu tajub meie keha igasugust sellise lainepikkusega välist kiirgust "meie omana". Meie Maa kuulsaim looduslik infrapunakiirte allikas on Päike ja Venemaa kuulsaim tehislik pikalaineline infrapunakiirte allikas on Vene ahi, mille kasulikku mõju on kindlasti kogenud iga inimene. Infrapunalainetega küpsetamine muudab toidu eriti maitsvaks, säilitab vitamiine ja mineraalaineid ning sellel pole midagi pistmist mikrolaineahjudega.
Mõjutades inimkeha infrapuna vahemiku pikalainelises osas, on võimalik saada nähtus, mida nimetatakse "resonantsneeldumiseks", mille käigus keha hakkab aktiivselt absorbeerima välist energiat. Selle toime tulemusena suureneb keharaku potentsiaalne energia ning seondumata vesi väljub sellest, suureneb spetsiifiliste rakustruktuuride aktiivsus, tõuseb immunoglobuliinide tase, suureneb ensüümide ja östrogeenide aktiivsus ning toimuvad muud biokeemilised reaktsioonid. See kehtib igat tüüpi keharakkude ja vere kohta.
Infrapunakiirguse (IR) eest kaitsmiseks tootmiskeskkonnas võib kasutada kollektiivseid ja individuaalseid kaitsevahendeid. Kollektiivsed kaitsevahendid on toodud joonisel fig. 6.1. Peamised IKI vastase kaitse liigid on: 1. ajakaitse; 2. kaitse kaugusega; 3. varjestus,...(Tehnosfääri kaitsmine füüsikaliste väljade ja kiirguse mõju eest. T.3 Füüsikaliste väljade ja kiirguse tüübid)
Infrapunakaitse, soojusisolatsioon, varjestus
Infrapunakiirgus on kiirgus optilises vahemikus, mis on elektromagnetkiirgus lainepikkustega: piirkond A- 760-1500 nm, IN- 1500-3000 nm, C - üle 3000 nm. Infrapunakiirguse allikad on lahtised leegid, sula- ja kuumutatud metall, klaas, kuumutatud...(Tööohutus ehituses)
Õhukeskkonna looduslikud EM parameetrid
Elektromagnetväljade (EMF) jaotus õhukeskkonnas ei sõltu mitte ainult ümbritseva ruumi infrastruktuurist, vaid ennekõike ka selle elektromagnetilistest (EM) parameetritest: elektrijuhtivus SW, magnetjuhtivus ja dielektriline konstant. Mõelgem nende parameetrite mõjule...(Elektromagnetilise ohutuse probleemid elektrifitseeritud raudteel)
Rahvastiku loomuliku ja rände liikumise jooksevarvestus
Perekonnaseisuaktide registreerimine hakkas maailma riikides toimima 19. sajandi teisel poolel. Jooksvate raamatupidamisandmete salvestamise ja arendamise programmid olid nii mitmekesised, et andmekokkuvõtteid hakati kõigi maailma riikide kohta koostama alles 20. sajandi teisel poolel ning 1970. aastal...(Demograafiline statistika)
TEHISINTELLEKTI LOOMISE PROBLEEM
Tehisintellekti (AI) uurijad, kes tegelevad mõtlemismasinate loomisega, võib jagada kahte rühma. Mõned on huvitatud puhtast teadusest ja nende jaoks on arvuti tööriist, mis annab võimaluse katsetada mõtlemisprotsesside teooriaid. Teise grupi huvid on selles piirkonnas...(Kaasaegse loodusteaduse kontseptsioonid)
Kahjulikud kunstlikud toidukomponendid
Toidus leiduvad kahjulikud ained, mis on oma olemuselt kunstlikud, võib jagada kahte rühma. 1. Keetmise tulemusena tekkinud ained. 2. Inimtegevuse tulemusena saadud ja toidutooret ja -tooteid saastavad ained, nende kasutamine mis tahes...(Toitumise füsioloogia)
1666. aastal viis Isaac Newton läbi kuulsa eksperimendi, mis oli vastuolus peaaegu kõigi tollal eksisteerinud värviteooriatega. Ta avastas päikesevalguse hajumise kolmnurkse prisma läbimisel. Selgus, et valge kiir, millel pole värvi, muutub murdumisel mitmevärviliseks nagu vikerkaar. Tänapäeval teavad isegi lapsed maagilist lauset, mis aitab neil meeles pidada vikerkaare seitsme põhivärvi järjekorda - punasest lillani: "Iga jahimees tahab teada, kus faasan istub."
Kuid kulus rohkem kui sada aastat, enne kui inglise füüsik William Herschel 1800. aastal infrapunakiired (IR) avastas. Põhjus on lihtne – IR-kiired on inimsilmale nähtamatud ja neid tuvastatakse vaid kaudselt, näiteks termomeetri näitu suurendades.
IR-kiirgus on elektromagnetlained pikkusega 770 nm kuni 1 mm. IR-kiirgus järgib optika seadusi ja seetõttu on sellel sama olemus kui nähtaval valgusel. 1923. aastal võttis Nõukogude füüsik A. A. Glagoleva-Arkadjeva vastu raadiolaineid lainepikkusega 50 mm kuni 82 mikronit, mis asusid raadiolainete ja infrapunakiirguse vahelises pilus. Seega on katseliselt tõestatud, et nähtaval valgusel, infrapunakiirgusel ja raadiolainetel on ühine elektromagnetiline olemus.
IR-kiirgus ei ole palja silmaga nähtav. Inimene tajub infrapunakiirgust soojusena. Seetõttu on kõik kuumutatud kehad infrapunakiirguse allikad. Kuna inimene ise on köetud keha, siis kiirgab ta ka infrapunakiiri, mis vähendab tema tundlikkust välise infrapunakiirguse suhtes. Seetõttu on vaja teha tööd, et luua seadmed, mis on suurenenud tundlikkusega ja võimaldavad meil "näha" või "kuulda" infrapunakiirgust, mis kiirgub kehadest, mis on väga kergelt kuumutatud või meist väga kaugel.
Uurimistöö asjakohasus seisneb selles, et kõigil lastel on probleem, kui neil on vaja mõista midagi uut, nähtamatut ja peaaegu hoomamatut. Ja kõigile lastele meeldib mängida, nii et otsustasime igava muuta huvitavaks ja põnevaks.
Antud töö uurimisobjektiks on IR-kiirguse allikad.
Uurimuse teemaks on infrapunakiirguse omadused, mis võimaldavad muuta selle käegakatsutavaks, nähtavaks või kuuldavaks ning seeläbi kuulajates huvi äratada ja köita.
Uurimistöö eesmärgiks on välja selgitada infrapunakiirguse omadused, mis võimaldavad seda kasutada tehnikas ja igapäevaelus.
1. Uurige IR-kiirguse allikaid,
2. Uurige välja nende mõju inimestele,
3. Vaatleme näiteid kasutamisest tehnikas ja igapäevaelus.
Kui meie käsutuses on infrapunakiirguse allikad, kui see mõjutab inimesi, kui seda kasutatakse tehnikas ja igapäevaelus, siis on võimalik välja töötada mänge ja põnevaid demonstratsioone, mis äratavad huvi selle hämmastava loodusnähtuse uurimise vastu.
Uurimismeetodid: kirjanduse ja Interneti materjalide bibliograafiline analüüs; vaatlused ja pildistamine; katsete läbiviimine; mängude ja demonstratsioonide süntees.
Töö ülesehituse määrab õppeaine, eesmärk ja eesmärgid. Töö koosneb sissejuhatusest, viiest osast ja kokkuvõttest.
Sissejuhatus annab hinnangu lahendatava probleemi hetkeseisule, paljastab selle asjakohasuse, määratleb uurimisobjekti, subjekti, eesmärgi, eesmärgid ja uurimismeetodid.
Esimeses osas käsitletakse erinevaid IR-kiirguse allikaid. Teises osas uuritakse infrapunakiirguse mõju inimestele. Kolmandas osas tuuakse näiteid IR-kiirguse kasutamisest tehnikas ja igapäevaelus. Neljas osa on pühendatud mängu “Find Little Red Riding Hood” arendamisele, mis võimaldab vaatajatel mõista, kuidas nähtamatut näha. Viiendas osas sünteesitakse seade, mis demonstreerib kuulajatele, kuidas kuulda nähtamatut infrapunakiirgust ning võimaldab kuulda, mis on puhas ja määrdunud vedelik ning miks on vaja käsi põhjalikult pesta.
Kokkuvõttes võetakse kokku uuringu tulemused, sõnastatakse lõppjäreldused vaadeldava teema kohta, osutatakse edasiseks uurimistööks ning tehakse ettepanekud saadud tulemuste praktiliseks kasutamiseks.
Infrapunakiirguse allikad
Võimas infrapunakiirguse allikas on Päike, millest umbes pool asub infrapunapiirkonnas. Märkimisväärne osa (70–80%) volframhõõgniidiga hõõglampide kiirgusenergiast pärineb infrapunakiirgusest. Seetõttu on pimedas pildistamisel ja mõnes öises vaatlusseadmes taustvalgustuse lambid varustatud infrapunafiltriga, mis edastab ainult infrapunakiirgust.
IR-kiirguse kunstlikud allikad on:
Süsinik elektrikaar temperatuuriga umbes 3900 K, mille kiirgus on lähedane musta keha kiirgusele;
Erinevad gaaslahenduslambid (impulss- ja pidevpõlemine);
Nikroomtraadist spiraalid, kuumutatud temperatuurini ~ 950 K. Neid kasutatakse ruumide kiirguskütteks. Infrapunakiirguse paremaks kontsentreerimiseks on sellised kütteseadmed varustatud helkuritega. Teadusuuringutes kasutatakse näiteks infrapuna neeldumisspektrite saamiseks spektri erinevates piirkondades spetsiaalseid IR-kiirguse allikaid:
Volframriba lambid;
Nernsti tihvt, mis on erinevate metallioksiidide õhuke varras, mida kuumutatakse elektrivooluga. Varras sisaldab oksiide, millel on märkimisväärne selektiivne IR-kiirgus, näiteks tseeriumi, tooriumi, tsirkooniumi oksiidid jne. Seda iseloomustab: töö stabiilsus, seadmeid kahjustada võivate põlemisproduktide puudumine, kasutusmugavus ja intensiivne kiirgus lainepikkus kuni 15 mikronit;
Globaar on 5 mm läbimõõduga ja umbes 40 m pikkuse ränikarbiidist varras, mida kuumutatakse läbiva elektrivooluga temperatuurini umbes 1400°C. Töökiirguse vahemik 0,8 kuni 25 mikronit;
Kõrgsurve elavhõbedalambid;
Pooljuht IR dioodid;
Optilised kvantgeneraatorid - laserid, mõne kiirgus jääb ka spektri infrapunapiirkonnas; näiteks neodüümklaaslaseri kiirguse lainepikkus on 1,06 µm, neooni ja heeliumi segu laseri 1,15 µm ja 3,39 µm, süsinikdioksiidi laseri kiirguse lainepikkus on 10,6 µm, pooljuhtlaseri InSb-l ja 5 µm. jne.
IR-vastuvõtjad põhinevad IR-energia muundamisel muudeks energialiikideks, mida saab mõõta tavapäraste meetoditega. On olemas infrapunakiirguse termilised ja fotoelektrilised vastuvõtjad. Esiteks põhjustab neeldunud IR-kiirgus vastuvõtja termotundliku elemendi temperatuuri tõusu, mis registreeritakse. Fotoelektrilistes vastuvõtjates põhjustab neeldunud infrapunakiirgus elektrivoolu või pinge ilmnemist või muutumist. Fotoelektrilised vastuvõtjad on erinevalt termilistest vastuvõtjatest selektiivsed, st tundlikud ainult teatud spektri piirkonnas. Spetsiaalsed fotofilmid ja -plaadid - infraplaadid - on tundlikud ka IR-kiirgusele (lainepikkus kuni 1,2 mikronit) ja seetõttu saab fotosid teha IR-kiirguses. Charge-coupled seadmed (CCD-d), mis on kõigi digikaamerate üks põhielemente, on IR-kiirguse suhtes teatud tundlikkusega. Sellise digikaameraga mobiiltelefoni kasutades pole keeruline registreerida teleri kaugjuhtimispuldi (RC) IR-dioodi kiirgust ja selle kiirguse peegeldust peeglitelt.
Kui kasutate IR-filtrit, saate kaamera abil jälgida tugevalt kuumenenud kehade (nt Päikese) infrapunakiirgust või hõõglambi hõõgniidi.
Infrapunateleskoobi abil näete galaktikaid, mida meie eest varjavad tolmupilved. Selline näeb välja näiteks Andromeeda udukogu IR-kiirtes.Ained edastavad nähtavat ja IR-kiirgust erinevalt, näiteks jood nõrgendab oluliselt nähtavat valgust, aga IR-vahemikus on see peaaegu läbipaistev.
Inimese taju infrapunakiirgusest
IR-kiirgus on loomulik kiirguse liik Maal. Inimene puutub pidevalt kokku infrapunakiirtega, see on tema normaalne seisund. Suurem osa päikeseenergiast jõuab Maale infrapunakiirguse kujul. Seniidis olev päike valgustab merepinnal veidi üle 1 kW/m2. Samal ajal tuleb IR-kiirgusest 523 W, 445 W. - nähtavale valgusele, 32 W. - ultraviolettkiirgusele. Lisaks on kõik teised laetud osakestest koosnevad kehad, mis sooritavad pidevaid kaootilisi võnkumisi, samuti IR-kiirte emiteerijad lainepikkuste vahemikus 770 nm kuni 2 mm.
Inimese enda soojuskiirguse lainepikkus on 9,6 mikronit. Inimkeha toodab keskmiselt 100 kcal/tunnis soojust. See kogus suureneb ainevahetuse kiirenemisega, näiteks lihaste töö ajal. Kui palju soojust keha toodab, sama palju peab ta keskkonda eraldama. Kui see annab välja rohkem, kui toodab, on oht külmuda, kui aga liiga vähe, siis tekib kuumarabandus.
Infrapunakiirguse mõju inimesele uuris Jaapani arst Tadashi Ishikawa eelmise sajandi 60. aastatel. Ta leidis, et infrapunakiired võivad tungida inimkehasse väga sügavale, põhjustades sarnase efekti, mille saab inimene leiliruumis. Kuid sel juhul algab naha higistamine juba ümbritseva õhu temperatuuril umbes 50 ° C ja siseorganid soojenevad palju sügavamalt kui leiliruumis. Infrapunalained, mis tungivad sügavale inimkehasse, soojendavad kõiki tema organeid ja suurendavad vereringet. Füüsilist termoregulatsiooni reguleeritakse soojusülekande suurendamiseks, samas kui keemiline termoregulatsioon viib soojuse tootmise vähenemiseni. Mis toob kaasa naha, nahaaluskoe ja hingamisorganite veresoonte laienemise, mis omakorda parandab lihaste toitumist ja suurendab järsult kudede hapnikuvarustust. Selle töö tulemuseks oli infrapunakabiinide loomine, milles peamiseks kütteelemendiks olid pikalainelised IR-soojendid.
Teadlaste pikaajalised uuringud infrapunakiirguse mõju kohta inimesele on näidanud, et infrapunasoojus mõjub positiivselt tema tervisele. Samal ajal soojendab keha neeldunud kiirgus inimest, muutudes soojuseks ning jahedale õhule antakse üleliigset soojust, mõjudes talle värskendavalt. Kuid me ei tohiks unustada, et pikaajaline kokkupuude intensiivse infrapunakiirgusega võib põhjustada kuumarabandust ning kokkupuude väga tugeva infrapunakiirgusega põhjustab valu ja põletust.
Tavalistes (looduslikes) tingimustes inimene IR-kiirgust ei näe. Kuid inimeste interaktsioon infrapunakiirguse tehislike kvantallikatega (laseritega) võimaldas teha ootamatu avastuse. Teatud tingimustel võib inimsilm näha infrapunakiirgust.
Avastus tehti juhuslikult teise uuringuga seotud katse käigus. St Louisis asuva Washingtoni ülikooli teadlased märkasid, et infrapunalaserit kasutades nägid nad perioodiliselt rohelist valgust, mis üllatas neid suuresti.
Seejärel viisid teadlased läbi rea katseid. Esiteks vabatahtlikega, kellele näidati infrapunalaseri sähvatusi. Selgus, et inimene on tõepoolest, kui välklamp on piisavalt lühike, seda regulaarselt märgata.
Seejärel kiiritasid teadlased hiirte võrkkesta rakke infrapunakiirgusega (ka nad ei näe seda) ja simuleerisid ka infrapunakiirguse mõju rodopsiinile, mis on võrkkesta peamine valgustundlik valk.
Selgus, et rodopsiin suudab tajuda infrapuna-lähedases piirkonnas kiirgust tänu kvantefektile, mida tuntakse kahe footoni neeldumisena.
Kui laserkiirguse intensiivsus ehk footonite arv, mida laser ajaühikus kiirgab, muutub piisavaks, suudab rodopsiin neelata korraga kahte footonit. Näiteks kui valk neelab kaks footonit lainepikkusega 1000 nm, tajub silm neid ühe footonina lainepikkusega 500 nm, mis vastab täpselt inimsilma rohelisele värvile.
Teadlaste arvates ei süvenda see avastus mitte ainult tänapäevast arusaamist inimese nägemisest, vaid võib viia ka paremate meetoditeni silmahaiguste diagnoosimiseks.
Näiteid infrapunakiirguse kasutamisest tehnikas ja igapäevaelus
IR-kiirgust kasutatakse laialdaselt teadusuuringutes, paljude praktiliste tehniliste probleemide lahendamisel, sõjanduses ja inimeste igapäevaelus.
Infrapunapiirkonna emissiooni- ja neeldumisspektrite uurimist kasutatakse aatomite elektroonilise kesta struktuuri uurimiseks, molekulide struktuuri määramiseks, samuti keeruka molekulaarse koostisega ainete segude kvalitatiivseks ja kvantitatiivseks analüüsiks, näiteks mootorikütusena. Tulenevalt kehade hajumise, peegelduse ja läbilaskevõime koefitsientide erinevusest nähtavas ja IR-kiirguses on IR-kiirguses (termograafias) saadud pildistamisel tavapärase fotograafiaga võrreldes mitmeid tunnuseid. Näiteks näitavad infrapunapildid sageli detaile, mida tavalisel fotol ei näe.
Infrapunakujutist kasutatakse laialdaselt ka astronoomias koos muud tüüpi elektromagnetlainetega.
Tööstuses kasutatakse IR-kiirgust materjalide ja toodete kuivatamiseks ja kuumutamiseks, kui need on kiiritatud, desinfitseerimiseks ning ka toodete varjatud defektide tuvastamiseks.
Meditsiinis kasutatakse IR-kiiri paljude erinevate haiguste raviks ja ennetamiseks.
Infrapunakiirguse suhtes tundlike fotokatoodide baasil (lainepikkustele alla 1,3 mikroni) on loodud spetsiaalsed seadmed - elektronoptilised muundurid, milles fotokatoodil oleva silmaga nähtamatu objekti infrapunakujutis muudetakse nähtavaks. Sellel põhimõttel on ehitatud erinevad öövaatlusseadmed (binoklid, sihikud jne), mis võimaldavad vaadelda või sihtida täielikus pimeduses, kui vaadeldavaid objekte kiiritatakse infrapunakiirgusega, mis tuleb spetsiaalsetest allikatest, näiteks infrapunadioodidest.
Ülitundlike IR-kiirguse vastuvõtjate loomine võimaldas ehitada spetsiaalseid seadmeid - soojuse suunamõõtjaid ümbritsevast taustatemperatuurist kõrgema temperatuuriga objektide (soojendatud laevakorstnad, lennukimootorid, tankide väljalasketorud jne) avastamiseks ja suuna leidmiseks. nende enda termilise IR-kiirgusega.
Sihtmärgi soojuskiirguse kasutamise põhimõttest lähtuvalt on loodud ka mürskude ja rakettmürskude suunamissüsteemid. Spetsiaalne optiline süsteem ja IR-kiirguse vastuvõtja, mis asub raketi peas, võtab IR-kiirgust vastu sihtmärgilt, mille temperatuur on kõrgem kui ümbritseva õhu temperatuur (näiteks lennukite, laevade, tehaste, soojuselektrijaamade enda IR-kiirgus) , ja tüüridega ühendatud automaatne jälgimisseade suunab raketi täpselt sihtmärgile.
Infrapunalokaatorid ja kaugusmõõturid võimaldavad tuvastada pimedas mis tahes objekte ja mõõta nendeni kaugust.
Infrapunapiirkonnas kiirgavaid optilisi kvantgeneraatoreid kasutatakse ka maapealse ja kosmoseside jaoks.
Igapäevaelus kasutavad inimesed majapidamiskütteseadmeid. Erinevalt konvektoritest kasutavad sellised seadmed kiirgusenergiat kõigi ruumis olevate esemete soojendamiseks. Ja edasi annavad sisustusesemed ümbritsevale õhule soojust.
Samuti on laialdaselt kasutusel andmeedastus ja kaugjuhtimispult. Näiteks kõik telerite, stereoseadmete, kliimaseadmete ja juhitavate mänguasjade kaugjuhtimispuldid kasutavad infrapunakiirgust.
Mäng "Leia Punamütsike"
Mängu jaoks peate ette valmistama järgmised rekvisiidid:
Kolm identset pomponidega kootud mütsi;
Ühele korgile on teistele märkamatult kinnitatud IR-diood, juhtahel ja miniakupatarei ning korgi sisepind on kaetud punase sametise materjaliga.
Mängu reeglid:
Saatejuht kutsub lavale kolm tüdrukut ja ühe täiskasvanu. Täiskasvanu paneb tüdrukutele mütsid pähe, et ei ümbritsevad ega tüdrukud ise teaks, kes punase mütsi sai.
Mütsidega tüdrukud rivistuvad näoga publiku poole.
Saatejuht kutsub publikut arvama, kes kolmest tüdrukust on Punamütsike, ja läheb ise kõiki kolme tüdrukut pildistama.
Publik hakkab suvaliselt ühe või teise tüdruku nime nimetama. Saatejuht peatab publiku vaidluse ja ütleb: "Ja ma tean, kes tüdrukutest on Punamütsike!" See on (hüüab nime)!”
Saatejuht kutsub tüdrukuid üles mütsid maha võtma, pahupidi keerama ja uuesti pähe panema.
Kõik vaatajad näevad, et saatejuhil oli õigus.
Kui saalis on monitor või videoprojektor, näitab saatejuht publikule tüdrukute fotot, mille ta tegi nutitelefoni kaameraga. Fotol on selgelt näha IR-dioodi sära selle tüdruku korgil, mille ta tüdruku järgi nimetas, ja publik mõistab, kuidas ta "Punamütsikest arvas".
Kuula nähtamatut
Minu vanaisa Malygin Nikolai Aleksandrovitš näitas mulle üht oma välja töötatud seadet. Seda seadet nimetatakse "vedeliku saasteanalüsaatoriks", lühendatult AZZh. Praegu kasutatakse neid instrumente meie rakettide ja kosmoselaevade, lennukite, elektrijaamade jne tootmisel ja käivitamisel.
Seade AZZh kasutab infrapunakiirgust vedelikes leiduvate saasteainete väikeste, nähtamatute osakeste tuvastamiseks ja loendamiseks. Selgub, et need osakesed, kui neid on palju, võivad kahjustada rakettide või lennukite mehhanisme ning juhtub õnnetus või katastroof ning elektrijaamade trafod võivad läbi põleda ja terved linnad jäävad valguseta. Seade AZZh võimaldab teil seda tuvastada, õigeaegselt kõrvaldada saastumise põhjus ja asendada määrdunud vedelik.
Vedelate saasteainete analüsaatori konstruktsioon ja tööpõhimõte
Fotoelektriline vedelikusaasteanalüsaator AZZH-975 töötab saasteainete osakeste poolt hajutatud infrapunavoogude mõõtmise põhimõttel. Analüüsitav vedelik pumbatakse läbi väikese läbimõõduga mõõtekanali, mille ühele küljele on paigaldatud optilise süsteemiga IR-emitter, teisele aga optilise süsteemiga fotodetektor. Kuna vedeliku voolu suund on mõõtesüsteemi “emitter-fotodetektor” optilise teljega risti, moodustub nende ristumiskohas mõõteruumala. Mõõtemahu optilise ebahomogeensuse korral (näiteks mehaanilised lisandid) hajub kiirgus igas suunas. Mõõtes hajutatud kiirguse intensiivsust fotodetektori abil, on võimalik saada teavet saasteaineosakeste parameetrite kohta.
Vedeliku saasteanalüsaator koosneb fotoelektrilisest andurist ja elektroonikaplokist (EB).
Joogivee puhtuse uurimine vedela saasteainete analüsaatori abil
Proovisime kasutada AZZh seadet joogivee saasteainete määramiseks. Meil on köögis kaks kraani - ühest peseme nõusid ja teisest kallame läbi filtri vee veekeetjasse ja keetmiseks mõeldud pottidesse.
Võtsime igast kraanist veeproove, ootasime veidi, kuni veest õhumullid välja tulid. Välimuselt olid mõlemad proovid täiesti läbipaistvad, vesi tundus väga puhas.
Lasime proovid läbi seadme anduri. Ekraanile ilmusid erinevad numbrid, millest mul oli kohe raske aru saada.
Kuna mulle väga meeldib muusikat kuulata ja ise laule laulda, siis küsisin vanaisalt, kas oleks võimalik seadet kuidagi vedeliku puhtuses kõlama panna. Meile see idee meeldis ja koos mõtlesime välja, kuidas ühendada seade kodus oleva võimendi ja helikõlaritega.
Võtsime taas kahest kraanist veeproove ja lasime need ükshaaval läbi anduri. Filtreeritud vee jälgimisel oli kõlaritest vaikne heli, kuid tavalisest kraanist vett jälgides kostis väga valju, mis sarnaneb mõranemisega. Nii saime kuulda silmale nähtamatud saasteainete osakesi, mida oli pärast filtrit vees oluliselt vähem!
Katsete käigus avastati märkimisväärne helitugevuse suurenemine, kui sõrmed kasteti veeproovi. See on mustuse "hääl", mida vesi naha pinnalt ära uhub, mis näitab kätepesu tõhusust.
Nüüd mõtleme läbi teisi katseid, et kontrollida plastmassist ja klaasnõudest mineraalvee puhtust, võrrelda erinevate pesuvahendite efektiivsust ning plaanida teha majapidamises kasutatav väikeseade heli- ja valgusindikatsiooniga.
Järeldus
Töös uuritakse infrapunakiirguse allikaid, nende omadusi, mõju inimesele ning nende kasutamist tehnikas ja inimelus.
Välja on töötatud mäng (infrapunadioodi abil) “Find Little Red Riding Hood”, mis demonstreerib silmale nähtamatu infrapunakiirguse allika tuvastamise võimet.
On välja pakutud viis, kuidas kuulda signaale infrapunakiirguse allikast, millest mööduvad vees olevad saasteainete osakesed. Oli võimalik ligipääsetavas vormis, “kõrva järgi” demonstreerida majapidamise veevärgist filtriga joogivee puhastamise tõhusust, samuti kuulata, kuidas mustus “kõlab” vee pinnalt maha pestes. käte nahk.
Edasistes uuringutes tehakse ettepanek jälgida plast- ja klaasnõudest mineraalvee puhtust, võrrelda erinevate pesuvahendite efektiivsust ning samuti välja töötada ja valmistada väikese majapidamises kasutatava seadme prototüüp koos heli- ja valgusindikatsiooniga.
Bibliograafiline link
Ermakov A. INFRAPUNAKIIRGUS TEHNOLOOGIAS JA MAJANDUSES // Start in science. – 2017. – nr 1. – Lk 119-123;URL: http://science-start.ru/ru/article/view?id=557 (juurdepääsu kuupäev: 11.12.2019).
INFRAPUNAKIIRGUS (IR-kiirgus, IR-kiired), elektromagnetkiirgus lainepikkusega λ alates umbes 0,74 μm kuni umbes 1-2 mm, st kiirgus, mis hõivab spektripiirkonna nähtava kiirguse punase otsa ja lühilaine (submillimeetrise) raadioemissiooni vahel . Infrapunakiirgus kuulub optilise kiirguse hulka, kuid erinevalt nähtavast kiirgusest inimsilm seda ei taju. Suheldes kehade pinnaga, soojendab see neid, mistõttu nimetatakse seda sageli soojuskiirguseks. Tavaliselt jagatakse infrapunakiirguse piirkond lähedaseks (λ = 0,74-2,5 µm), keskmiseks (2,5-50 µm) ja kaugeks (50-2000 µm). Infrapunakiirguse avastas W. Herschel (1800) ja sõltumatult W. Wollaston (1802).
Infrapunaspektrid võivad olla joonelised (aatomispektrid), pidevad (kondenseerunud aine spektrid) või triibulised (molekulaarspektrid). Infrapunakiirguses esinevate ainete optilised omadused (läbilaskvus, peegeldus, murdumine jne) erinevad reeglina oluliselt vastavatest omadustest nähtaval ehk ultraviolettkiirgusel. Paljud nähtavale valgusele läbipaistvad ained on teatud lainepikkusega infrapunakiirgusele läbipaistmatud ja vastupidi. Seega on mitme sentimeetri paksune veekiht infrapunakiirgusele, mille λ > 1 μm, läbipaistmatu, mistõttu kasutatakse vett sageli kuumuse eest kaitsva filtrina. Nähtavale kiirgusele läbipaistmatud Ge- ja Si-plaadid on läbipaistvad teatud lainepikkusega infrapunakiirgusele, must paber on infrapuna-kaugpiirkonnas läbipaistev (sellisi aineid kasutatakse infrapunakiirguse eraldamiseks valgusfiltritena).
Enamiku metallide peegelduvus infrapunakiirguses on palju suurem kui nähtaval kiirgusel ja suureneb lainepikkuse suurenedes (vt Metalli optika). Seega ulatub infrapunakiirguse peegeldus Al, Au, Ag, Cu pindadelt λ = 10 μm 98%-ni. Vedelatel ja tahketel mittemetallilistel ainetel on selektiivne (lainepikkusest sõltuv) infrapunakiirguse peegeldus, mille maksimumide asukoht sõltub nende keemilisest koostisest.
Maa atmosfääri läbides nõrgeneb infrapunakiirgus õhu aatomite ja molekulide hajumise ja neeldumise tõttu. Lämmastik ja hapnik ei neela infrapunakiirgust ja nõrgendavad seda ainult hajumise tulemusena, mida on infrapunakiirguse puhul palju vähem kui nähtaval valgusel. Infrapunakiirgust neelavad valikuliselt (selektiivselt) atmosfääris esinevad molekulid H 2 O, O 2, O 3 jt, eriti tugevalt neelavad nad veeauru infrapunakiirgust. H 2 O neeldumisribasid täheldatakse kogu spektri IR piirkonnas ja CO 2 ribasid selle keskosas. Atmosfääri pinnakihtides on infrapunakiirguse jaoks vaid väike arv "läbipaistvusaknaid". Suitsuosakeste, tolmu ja väikeste veepiiskade esinemine atmosfääris põhjustab infrapunakiirguse täiendavat nõrgenemist, kuna need osakesed hajuvad. Väikeste osakeste korral hajub infrapunakiirgus vähem kui nähtav kiirgus, mida kasutatakse IR-fotograafias.
Infrapunakiirguse allikad. Võimas looduslik infrapunakiirguse allikas on Päike, umbes 50% selle kiirgusest asub IR-piirkonnas. Infrapunakiirgus moodustab 70–80% hõõglampide kiirgusenergiast; seda kiirgavad elektrikaar ja erinevad gaaslahenduslambid, igat tüüpi elektrilised ruumisoojendid. Teadusuuringutes on infrapunakiirguse allikateks volframriba lambid, Nernsti tihvtid, globaar-, kõrgsurve-elavhõbelambid jne. Teatud tüüpi laserite kiirgus jääb ka spektri IR-piirkonnas (näiteks neodüümi lainepikkuses). klaaslaserid on 1,06 μm, heelium-neoonlaserid - 1,15 ja 3,39 mikronit, CO 2 laserid - 10,6 mikronit).
Infrapunakiirguse vastuvõtjad põhinevad kiirgusenergia muundamisel teist tüüpi energiaks, mida saab mõõta. Termovastuvõtjates põhjustab neeldunud infrapunakiirgus termotundliku elemendi temperatuuri tõusu, mis registreeritakse. Fotoelektrilistes vastuvõtjates põhjustab infrapunakiirguse neeldumine elektrivoolu või pinge ilmnemist või muutumist. Fotoelektrilised detektorid (erinevalt termilistest) on selektiivsed, see tähendab, et nad on tundlikud ainult teatud spektripiirkonna kiirgusele. Infrapunakiirguse fotograafiline salvestamine toimub spetsiaalsete fotoemulsioonide abil, kuid need on selle suhtes tundlikud ainult lainepikkustel kuni 1,2 mikronit.
Infrapunakiirguse rakendamine. IR-kiirgust kasutatakse laialdaselt teadusuuringutes ja erinevate praktiliste probleemide lahendamisel. Molekulide ja tahkete ainete emissiooni- ja neeldumisspektrid asuvad IR piirkonnas, neid uuritakse infrapunaspektroskoopias, struktuuriprobleemides ning kasutatakse ka kvalitatiivses ja kvantitatiivses spektraalanalüüsis. Kauges IR-piirkonnas asub kiirgus, mis tekib aatomite Zeemani alamtasandite vahel üleminekul, aatomite IR-spektrid võimaldavad uurida nende elektrooniliste kestade struktuuri. Nähtavas ja infrapunases piirkonnas tehtud fotod samast objektist võivad peegeldus-, ülekande- ja hajuvustegurite erinevuste tõttu oluliselt erineda; IR-fotograafias näete detaile, mis tavafotograafias on nähtamatud.
Tööstuses kasutatakse infrapunakiirgust materjalide ja toodete kuivatamiseks ja soojendamiseks ning igapäevaelus ruumide kütmiseks. Infrapunakiirguse suhtes tundlike fotokatoodide põhjal on loodud elektron-optilised muundurid, milles silmale nähtamatu objekti infrapunakujutis muudetakse nähtavaks. Selliste muundurite põhjal ehitatakse erinevad öövaatlusseadmed (binoklid, sihikud jne), mis võimaldavad tuvastada objekte täielikus pimeduses, teostada vaatlust ja sihtida, kiiritades neid spetsiaalsetest allikatest tuleva infrapunakiirgusega. Ülitundlike infrapunakiirguse vastuvõtjate abil teostavad nad oma infrapunakiirgust kasutades objektide termilise suuna leidmist ning loovad mürskude ja rakettide sihtmärgile suunamissüsteeme. IR-lokaatorid ja IR-kaugusmõõturid võimaldavad tuvastada pimedas objekte, mille temperatuur on kõrgem kui ümbritseva õhu temperatuur, ja mõõta nendeni kaugusi. IR laserite võimsat kiirgust kasutatakse teadusuuringutes, samuti maa- ja kosmosesides, atmosfääri lasersondeerimiseks jne. Infrapunakiirgust kasutatakse arvesti etaloni taasesitamiseks.
Lit.: Schreiber G. Infrapunakiired elektroonikas. M., 2003; Tarasov V.V., Yakushenkov Yu.G. "Väljanägemise" tüüpi infrapunasüsteemid. M., 2004.
Infrapunakiirgus on elektromagnetkiirgus, mis asub nähtava valguse punase spektri piiril. Inimsilm ei ole võimeline seda spektrit nägema, kuid me tunneme seda oma nahal soojusena. Infrapunakiirgusega kokkupuutel objektid kuumenevad. Mida lühem on infrapunakiirguse lainepikkus, seda tugevam on termiline efekt.
Rahvusvahelise Standardiorganisatsiooni (ISO) andmetel on infrapunakiirgus jagatud kolme vahemikku: lähedal, keskmine ja kauge. Meditsiinis kasutatakse impulss-infrapuna LED-teraapias (LEDT) ainult infrapuna-lähedasi lainepikkusi, kuna see ei haju nahapinnal ja tungib nahaalustesse struktuuridesse.
Lähis-infrapunakiirguse spekter on piiratud 740–1400 nm, kuid lainepikkuse suurenemisega väheneb kiirte võime kudedesse tungida, kuna footonid neelduvad vees. “RIKTA” seadmetes kasutatakse infrapuna dioode lainepikkusega vahemikus 860-960 nm ja keskmise võimsusega 60 mW (+/- 30).
Infrapunakiirte kiirgus ei ole nii sügav kui laserkiirgus, kuid sellel on laiem mõju. On näidatud, et fototeraapia kiirendab haavade paranemist, vähendab põletikku ja leevendab valu, mõjutades nahaalust kudet ning soodustades rakkude proliferatsiooni ja adhesiooni koes.
LEDT soodustab intensiivselt pindstruktuuride koe kuumenemist, parandab mikrotsirkulatsiooni, stimuleerib rakkude taastumist, aitab vähendada põletikulist protsessi ja taastada epiteeli.
INFRAPUNAKIIRGUSE EFEKTIIVSUS INIMESE RAVIMISEL
LEDT-d kasutatakse lisandina madala intensiivsusega laserteraapiale RIKTA seadmetega ning sellel on terapeutiline ja ennetav toime.
LEDT-d kasutatakse lisandina madala intensiivsusega laserteraapiale RIKTA seadmetega ning sellel on terapeutiline ja ennetav toime.
Kokkupuude infrapunakiirgusega aitab kiirendada ainevahetusprotsesse rakkudes, aktiveerib regeneratiivseid mehhanisme ja parandab verevarustust. Infrapunakiirgusel on kompleksne toime, sellel on kehale järgmine mõju:
veresoonte läbimõõdu suurendamine ja vereringe parandamine;
rakulise immuunsuse aktiveerimine;
kudede turse ja põletiku leevendamine;
valu sündroomide leevendamine;
ainevahetuse paranemine;
emotsionaalse stressi leevendamine;
vee-soola tasakaalu taastamine;
hormonaalse taseme normaliseerimine.
Nahale toimides ärritavad infrapunakiired retseptoreid, edastades signaali ajju. Kesknärvisüsteem reageerib refleksiivselt, stimuleerides üldist ainevahetust ja suurendades üldist immuunsust.
Hormonaalne reaktsioon soodustab mikrotsirkulatsiooni kasvusoonte valendiku laienemist, parandades verevoolu. See toob kaasa vererõhu normaliseerumise ja hapniku parema transpordi elunditesse ja kudedesse.
OHUTUS
Vaatamata impulss-infrapuna-LED-teraapia eelistele tuleb infrapunakiirgusega kokkupuudet doseerida. Kontrollimatu kiiritamine võib põhjustada põletusi, naha punetust ja kudede ülekuumenemist.
Protseduuride arvu ja kestuse, infrapunakiirguse sageduse ja pindala ning muud raviomadused peab määrama spetsialist.
INFRAPUNAKIIRGUSE RAKENDAMINE
LEDT-teraapia on näidanud kõrget efektiivsust erinevate haiguste ravis: kopsupõletik, gripp, kurguvalu, bronhiaalastma, vaskuliit, lamatised, veenilaiendid, südamehaigused, külmakahjustused ja põletused, mõned dermatiidi vormid, perifeerse närvisüsteemi haigused ja pahaloomulised kasvajad. nahakasvajad.
Infrapunakiirgusel on koos elektromagnet- ja laserkiirgusega taastav toime ning see aitab paljude haiguste ravis ja ennetamisel. RIKTA seade ühendab mitmekomponendilise kiirguse ja võimaldab saavutada maksimaalse efekti lühikese ajaga. Infrapunakiirguse seadme saate osta aadressil.
