Infrarød stråling: fordele og skader for mennesker. Om infrarød stråling

Ekstern
16.10.2019

Infrarød bølgelængde

En masse upålidelige (og nogle gange direkte falske) informationer bliver distribueret på internettet om indtrængen af ​​infrarød stråling i den menneskelige krop. Typisk formidles sådanne oplysninger af sælgere af hytter med kulstof (film) varmelegemer, der opfinder forskellige pseudovidenskabelige termer: "resonansabsorption", "Stråler af liv" osv. For at afklare dette problem giver vi en beskrivelse af interaktionen mellem infrarød stråling og levende væv baseret på videnskabelig litteratur, der er accepteret i hele verden.

Interaktion af IR-stråling med levende væv

Det infrarøde område af spektret er ifølge den internationale klassifikation opdelt i nær IR-A (fra 0,76 til 1,5 mikron), mellem IR-B (1,5 - 3 mikron) og fjern IR-C (over 3 mikron).

Fra menneskets fysiologi er nær-infrarøde stråler i området og i de proportioner, hvor vi normalt modtager dem fra Solen gennem atmosfæren, ikke kun nyttige, men også nødvendige. Nær-infrarøde stråler (op til 1,5 mikron) absorberes dybt ind i huden, mens infrarøde stråler med en længere bølgelængde absorberes ved deres overflade.

Faktisk er huden gennemsigtig for infrarød stråling med en bølgelængde på op til 1,5 mikron. Så bliver det relativt uigennemsigtigt og er karakteriseret ved et ret komplekst absorptionsspektrum. Huden skal betragtes som et kompleks bestående af epidermis, hvis gennemsigtighed kan variere afhængigt af tilstanden, pigmenter, intercellulært væv, subkutant fedt osv. Med stor hygroskopicitet og rig på blodkar er hudkomplekset en fysiologisk skærm, hvis gennemsigtighed for infrarøde stråler afhænger af bølgelængden. Det bør antages, at for infrarøde stråler med en bølgelængde på mere end 5 mikron er huden fuldstændig uigennemsigtig.

Under hensyntagen til en persons fysiologiske egenskaber opdeler terapeuter det infrarøde område i 3 kategorier:

    bølgelængde mere end 5 mikron - stråling absorberet på overfladen af ​​huden;

    bølgelængde 1,5 ÷ 5 µm - stråling absorberet af hudens epidermis og bindevævslag;

    bølgelængde 0,76 ÷ 1,5 µm - stråling trænger dybt ind i huden;

Når det er nødvendigt at påvirke overfladen af ​​huden, slimhinden og det vaskulære system, anvendes lange bølgelængdeområder. Til påvirkninger i dybden, for eksempel på lymfesystemet eller muskelvæv, anvendes infrarød stråling med en bølgelængde på 0,76-1,5 mikron. Den energi, som huden absorberer, omdannes til varme. Den tolerable hudtemperatur er 43,8°C for det kortbølgede strålingsområde og når 45,5°C for det langbølgede strålingsområde, hvilket indikerer de forskellige effekter af disse to strålingsområder.

Den menneskelige krop, som enhver opvarmet krop, udsender infrarød stråling. Ethvert biologisk objekt (især en person) er komplekst system forskellige molekyler, der har deres egne emissionsspektre, så den samlede stråling af en person vil adskille sig væsentligt fra strålingen fra et helt sort legeme ved samme temperatur. Denne emission sker i området mellem 2 og 14 µm med et maksimum på 6 µm.

Vigtig! For effektiv og volumetrisk opvarmning af den menneskelige krop er det nødvendigt at bestråle den med infrarød stråling med en bølgelængde i området 0,76 - 3 mikron, kun i dette tilfælde vil den maksimale penetration af IR-stråling blive observeret. Infrarøde bølger med en bølgelængde på mere end 5 mikron trænger ikke ind i menneskekroppen, men absorberes øverste lag hud.

For rigtige biologiske objekter, Kirchhoffs lov ikke henrettet, dvs. absorptionsspektre og emissionsspektre er forskellige. De følgende grafer viser absorptionsspektrene for vand og menneskeligt organvæv afhængigt af bølgelængden. Bemærk, at vævet i den menneskelige krop består af 98% vand, og dette faktum forklarer ligheden mellem absorptionsegenskaber.

Vi præsenterer specifikt flere grafer fra forskellige primære kilder for at udelukke enhver spekulation om emnet absorption af IR-stråling. Som set af disse grafer observeres den største penetration i området fra 0,7 til 3 µm, og dette område kaldes det "terapeutiske gennemsigtighedsvindue". Kun stråling fra dette område kan trænge ned til en dybde på 4 cm. Ved andre bølgelængder absorberes infrarød stråling af de øverste lag af huden og kan ikke trænge dybt ind i menneskekroppen.

Tidsplan Kilde

"LASERTERAPI PRAKTISK ANVENDELSE AF LAVREAKTIVT NIVEAU" T. Ohshiro (1988),

International Labour Organisation, "Encyclopedia of Occupational Safety and Health", 2. udgave, 1988




"Biofysiske grundlag for fysioterapi", G.N. Ponomarenko, I.I. Turkovsky, Moskva, "Medicine", 2006, s. 17-18., lærebog for universiteter

> Infrarøde bølger

Hvad er der sket infrarøde bølger: Infrarød bølgelængde, infrarød bølgeområde og frekvens. Undersøg infrarøde spektrummønstre og kilder.

Infrarødt lys(IR) - elektromagnetiske stråler, som med hensyn til bølgelængder overstiger det synlige (0,74-1 mm).

Læringsmål

  • Forstå de tre områder af IR-spektret og beskriv processerne for absorption og emission af molekyler.

Grundlæggende øjeblikke

  • IR-lys rummer det meste af den termiske stråling, som kroppen producerer ved ca. stuetemperatur. Udsendes og absorberes, hvis der sker ændringer i molekylernes rotation og vibration.
  • IR-delen af ​​spektret kan opdeles i tre områder efter bølgelængde: langt infrarød (300-30 THz), mellem-infrarød (30-120 THz) og nær-infrarød (120-400 THz).
  • IR kaldes også termisk stråling.
  • Det er vigtigt at forstå begrebet emissivitet for at forstå IR.
  • IR-stråler kan bruges til at fjernbestemme temperaturen på objekter (termografi).

Betingelser

  • Termografi er fjernberegningen af ​​ændringer i kropstemperaturen.
  • Termisk stråling - elektromagnetisk stråling, skabt af en krop på grund af temperatur.
  • Emissivitet er en overflades evne til at udsende stråling.

Infrarøde bølger

Infrarødt (IR) lys er elektromagnetiske stråler, hvis bølgelængder overstiger synligt lys (0,74-1 mm). Det infrarøde bølgelængdeområde konvergerer med 300-400 THz frekvensområdet og rummer enorme mængder termisk stråling. IR-lys absorberes og udsendes af molekyler, når de ændrer sig i rotation og vibration.

Her er hovedkategorierne af elektromagnetiske bølger. Skillelinjer er forskellige nogle steder, og andre kategorier kan overlappe hinanden. Mikrobølger optager den højfrekvente del af radiosektionen af ​​det elektromagnetiske spektrum

Underkategorier af IR-bølger

IR-delen af ​​det elektromagnetiske spektrum optager området fra 300 GHz (1 mm) til 400 THz (750 nm). Der er tre typer infrarøde bølger:

  • Fjern IR: 300 GHz (1 mm) til 30 THz (10 µm). Den nederste del kan kaldes mikrobølger. Disse stråler absorberes på grund af rotation i gasfasemolekyler, molekylære bevægelser i væsker og fotoner i faste stoffer. Vand i jordens atmosfære optages så kraftigt, at det bliver uigennemsigtigt. Men der er visse bølgelængder (vinduer), der bruges til transmission.
  • Mellem-IR-område: 30 til 120 THz (10 til 2,5 µm). Kilderne er varme genstande. Absorberes af molekylære vibrationer (forskellige atomer vibrerer i ligevægtspositioner). Dette område kaldes nogle gange et fingeraftryk, fordi det er et specifikt fænomen.
  • Nærmeste IR-område: 120 til 400 THz (2500-750 nm). Disse fysiske processer ligner dem, der forekommer i synligt lys. Mest høje frekvenser kan findes i en række forskellige fotografiske film og sensorer til infrarød, fotografering og video.

Varme og termisk stråling

Infrarød stråling kaldes også termisk stråling. IR-lys fra Solen fanger kun 49% af Jordens opvarmning, mens resten er synligt lys (absorberet og reflekteret ved længere bølgelængder).

Varme er energi i en overgangsform, der strømmer på grund af temperaturforskelle. Hvis varme overføres ved ledning eller konvektion, kan stråling forplante sig i et vakuum.

For at forstå IR-stråler skal vi se nærmere på begrebet emissivitet.

IR-bølgekilder

Mennesker og det meste af planetens miljø producerer varmestråler ved 10 mikron. Dette er grænsen, der adskiller mellem- og fjern-IR-regionerne. Mange astronomiske legemer udsender detekterbare mængder af IR-stråler ved ikke-termiske bølgelængder.

IR-stråler kan bruges til at beregne temperaturen på objekter på afstand. Denne proces kaldes termografi og bruges mest aktivt i militære og industrielle applikationer.


Termografisk billede af en hund og kat

IR-bølger bruges også til opvarmning, kommunikation, meteorologi, spektroskopi, astronomi, biologi og medicin og kunstanalyse.

Infrarød (IR) stråling er en type elektromagnetisk stråling, der optager spektralområdet mellem synligt rødt lys (INFRArødt: UNDER rødt) og kortbølgede radiobølger. Disse stråler skaber varme og er videnskabeligt kendt som termiske bølger. Disse stråler skaber varme og er videnskabeligt kendt som termiske bølger.

Alle opvarmede legemer udsender infrarød stråling, inklusive menneskekroppen og Solen, som på denne måde opvarmer vores planet og giver liv til alt liv på den. Den varme, vi føler fra en ild nær en ild eller pejs, et varmelegeme eller varm asfalt, er alt sammen en konsekvens af infrarøde stråler.

Hele spektret af infrarød stråling er normalt opdelt i tre hovedområder, der adskiller sig i bølgelængde:

  • Kort bølgelængde, med bølgelængde λ = 0,74-2,5 µm;
  • Mellembølge, med bølgelængde λ = 2,5-50 µm;
  • Lang bølgelængde, med bølgelængde λ = 50-2000 µm.

Nær- eller kortbølgede infrarøde stråler er slet ikke varme; faktisk mærker vi dem ikke engang. Disse bølger bruges for eksempel i fjernbetjeninger fjernbetjening TV, automatiseringssystemer, sikkerhedssystemer etc. Deres frekvens er højere, og derfor er deres energi højere end langt (lange) infrarøde stråler. Men ikke på et sådant niveau, at det skader kroppen. Varme begynder at blive skabt ved mellem-infrarøde bølgelængder, og vi mærker allerede deres energi. Infrarød stråling kaldes også "termisk" stråling, fordi stråling fra opvarmede genstande opfattes af den menneskelige hud som en varmefornemmelse. I dette tilfælde afhænger bølgelængderne, som kroppen udsender, af opvarmningstemperaturen: Jo højere temperatur, jo kortere bølgelængde og jo højere strålingsintensitet. For eksempel svarer en kilde med en bølgelængde på 1,1 mikron til smeltet metal, og en kilde med en bølgelængde på 3,4 mikron svarer til metal ved slutningen af ​​valsning eller smedning.

Af interesse for os er spektret med en bølgelængde på 5-20 mikron, da det er i dette område, at mere end 90% af den stråling, der produceres af infrarøde varmesystemer, forekommer med en strålingstop på 10 mikron. Det er meget vigtigt, at det er ved denne frekvens, at menneskekroppen selv udsender infrarøde bølger på 9,4 mikron. Således opfattes enhver stråling ved en given frekvens menneskelige legeme som beslægtet og har en gavnlig og i øvrigt helende virkning på ham.

Med en sådan eksponering for infrarød stråling på kroppen opstår effekten af ​​"resonansabsorption", som er karakteriseret ved kroppens aktive absorption af ekstern energi. Som et resultat kan man observere en stigning i en persons hæmoglobinniveau, en stigning i aktiviteten af ​​enzymer og østrogener og generelt en stimulering af en persons vitale aktivitet.

Effekten af ​​infrarød stråling på overfladen af ​​den menneskelige krop, som vi allerede har sagt, er nyttig og oven i købet behagelig. Husk de første solskinsdage i begyndelsen af ​​foråret, hvor solen efter en lang og overskyet vinter endelig kom frem! Du mærker, hvordan det behageligt omslutter det oplyste område af din hud, ansigt, håndflader. Jeg vil ikke længere have handsker og hue på, på trods af den ret lave temperatur i forhold til den "komfortable". Men så snart en lille sky dukker op, oplever vi straks mærkbart ubehag fra afbrydelsen af ​​sådan en behagelig fornemmelse. Det er netop den stråling, som vi så manglede hele vinteren, hvor solen var fraværende i lang tid, og vi med vilje udførte vores "infrarøde post".

Som et resultat af eksponering for infrarød stråling kan du observere:

  • Acceleration af metabolisme i kroppen;
  • Restaurering af hudvæv;
  • Bremse ældningsprocessen;
  • Fjernelse af overskydende fedt fra kroppen;
  • Frigivelse af menneskelig motorenergi;
  • Forøgelse af kroppens antimikrobielle resistens;
  • Aktivering af plantevækst

og mange mange andre. Desuden bruges infrarød bestråling i fysioterapi til behandling af mange sygdomme, herunder kræft, da det fremmer udvidelsen af ​​kapillærer, stimulerer blodgennemstrømningen i karrene, forbedrer immuniteten og frembringer en generel terapeutisk effekt.

Og dette er slet ikke overraskende, fordi denne stråling er givet til os af naturen som en måde at overføre varme og liv til alle levende ting, der har brug for denne varme og komfort, uden om tomt rum og luft som mellemled.

I 1800 annoncerede videnskabsmanden William Herschel sin opdagelse på et møde i Royal Society of London. Han målte temperaturer uden for spektret og opdagede usynlige stråler med stor varmekraft. Han udførte eksperimentet ved hjælp af teleskopfiltre. Han bemærkede, at de absorberer lys og varme i varierende grad solstråler.

Efter 30 år blev eksistensen af ​​usynlige stråler placeret uden for den røde del af det synlige solspektrum ubestrideligt bevist. Den franske Becquerel kaldte denne stråling infrarød.

Egenskaber ved IR-stråling

Spektret af infrarød stråling består af individuelle linjer og bånd. Men det kan også være kontinuerligt. Det hele afhænger af kilden til IR-strålerne. Med andre ord, det betyder noget kinetisk energi eller temperaturen af ​​et atom eller molekyle. Ethvert element i det periodiske system i betingelserne forskellige temperaturer Det har forskellige egenskaber.

For eksempel vil de infrarøde spektre af exciterede atomer, på grund af den relative tilstand af resten af ​​kernebundtet, have strengt linje IR-spektre. Og exciterede molekyler er stribede og tilfældigt placeret. Alt afhænger ikke kun af mekanismen for superposition af hvert atoms egne lineære spektre. Men også fra disse atomers interaktion med hinanden.

Når temperaturen stiger, ændres kroppens spektrale karakteristika. Således udsender opvarmede faste stoffer og væsker et kontinuerligt infrarødt spektrum. Ved temperaturer under 300°C er strålingen fra et opvarmet fast stof udelukkende i det infrarøde område. Både undersøgelsen af ​​IR-bølger og deres anvendelser afhænger af temperaturområdet. de vigtigste egenskaber.

De vigtigste egenskaber ved IR-stråler er absorption og yderligere opvarmning af kroppe. Varmeoverførselsprincip infrarøde varmeapparater forskellig fra principperne for konvektion eller ledning. Når en genstand befinder sig i en strøm af varme gasser, mister den en vis mængde varme, så længe dens temperatur er lavere end temperaturen på den opvarmede gas.

Og omvendt: hvis infrarøde emittere bestråler et objekt, betyder det ikke, at dets overflade absorberer denne stråling. Det kan også reflektere, absorbere eller transmittere stråler uden tab. Næsten altid absorberer det bestrålede objekt en del af denne stråling, reflekterer en del og transmitterer en del.

Ikke alle lysende genstande eller opvarmede kroppe udsender infrarøde bølger. For eksempel lysstofrør eller flammer gaskomfur ikke har sådan stråling. Driftsprincippet for fluorescerende lamper er baseret på glød (fotoluminescens). Dens spektrum er tættest på spektret af dagslys, hvidt lys. Derfor er der næsten ingen IR-stråling i den. Og den højeste strålingsintensitet af en gaskomfurs flamme falder på bølgelængden blå farve. IR-strålingen fra de anførte opvarmede legemer er meget svag.

Der er også stoffer, der er gennemsigtige for synligt lys, men som ikke er i stand til at transmittere infrarøde stråler. For eksempel vil et lag af flere centimeter tykt vand ikke transmittere infrarød stråling med en bølgelængde større end 1 mikron. I dette tilfælde kan en person skelne genstande placeret i bunden med det blotte øje.

INFRARØD STRÅLING (IR-stråling, IR-stråler), elektromagnetisk stråling med bølgelængder λ fra ca. 0,74 μm til ca. . Infrarød stråling hører til optisk stråling, men i modsætning til synlig stråling opfattes den ikke af det menneskelige øje. I samspil med legemers overflade opvarmer den dem, hvorfor det ofte kaldes termisk stråling. Traditionelt er området for infrarød stråling opdelt i nær (λ = 0,74-2,5 µm), medium (2,5-50 µm) og fjern (50-2000 µm). Infrarød stråling blev opdaget af W. Herschel (1800) og uafhængigt af W. Wollaston (1802).

Infrarøde spektre kan være forede (atomspektre), kontinuerte (kondenserede stofspektre) eller stribede (molekylære spektre). Optiske egenskaber (transmittans, refleksion, brydning osv.) af stoffer i infrarød stråling, som regel adskiller sig væsentligt fra de tilsvarende egenskaber i synlig eller ultraviolet stråling. Mange stoffer, der er gennemsigtige for synligt lys, er uigennemsigtige for infrarød stråling af visse bølgelængder og omvendt. Et lag af flere centimeter tykt vand er således uigennemsigtigt for infrarød stråling med λ > 1 μm, så vand bruges ofte som et varmebeskyttende filter. Plader lavet af Ge og Si, uigennemsigtige for synlig stråling, er gennemsigtige for infrarød stråling af visse bølgelængder, sort papir er gennemsigtigt i det fjerne infrarøde område (sådanne stoffer bruges som lysfiltre til isolering af infrarød stråling).

Refleksionsevnen for de fleste metaller i infrarød stråling er meget højere end i synlig stråling og stiger med stigende bølgelængde (se Metaloptik). Således når reflektionen af ​​infrarød stråling fra Al, Au, Ag, Cu overflader med λ = 10 μm 98%. Flydende og faste ikke-metalliske stoffer har selektiv (bølgelængdeafhængig) refleksion af infrarød stråling, hvis maksimumsposition afhænger af deres kemiske sammensætning.

Passerer gennem jordens atmosfære, dæmpes infrarød stråling på grund af spredning og absorption af atomer og molekyler i luften. Nitrogen og ilt absorberer ikke infrarød stråling og dæmper den kun som følge af spredning, hvilket er meget mindre for infrarød stråling end for synligt lys. Molekyler H 2 O, O 2, O 3 og andre, der er til stede i atmosfæren, absorberer selektivt (selektivt) infrarød stråling, og de absorberer den infrarøde stråling fra vanddamp særligt stærkt. H 2 O absorptionsbånd observeres i hele IR-området af spektret, og CO 2 bånd observeres i dets midterste del. I atmosfærens overfladelag er der kun et lille antal "gennemsigtighedsvinduer" for infrarød stråling. Tilstedeværelsen af ​​røgpartikler, støv og små dråber vand i atmosfæren fører til en yderligere dæmpning af infrarød stråling som følge af dens spredning af disse partikler. For små partikelstørrelser spredes infrarød stråling mindre end synlig stråling, som bruges i IR-fotografering.

Kilder til infrarød stråling. En kraftig naturlig kilde til infrarød stråling er Solen, omkring 50% af dens stråling ligger i IR-området. Infrarød stråling tegner sig for 70 til 80 % af strålingsenergien fra glødelamper; det udsendes elektrisk lysbue og forskellige gasudladningslamper, alle typer elektriske varmelegemer lokaliteter. I videnskabelig forskning er kilder til infrarød stråling wolframstrip-lamper, Nernst-stift, globar, kviksølvlamper højt tryk osv. Strålingen af ​​nogle typer lasere ligger også i IR-området af spektret (for eksempel er strålingsbølgelængden af ​​neodymglaslasere 1,06 mikron, helium-neon lasere - 1,15 og 3,39 mikron, CO 2 -lasere - 10,6 µm).

Infrarøde strålingsmodtagere er baseret på at konvertere strålingsenergi til andre energityper, der kan måles. I termiske modtagere forårsager absorberet infrarød stråling en stigning i temperaturen af ​​det termofølsomme element, som registreres. I fotoelektriske modtagere fører absorptionen af ​​infrarød stråling til udseende eller ændring af effekt elektrisk strøm eller spænding. Fotoelektriske detektorer (i modsætning til termiske) er selektive, det vil sige, at de kun er følsomme over for stråling fra et bestemt område af spektret. Fotografisk optagelse af infrarød stråling udføres ved hjælp af specielle fotografiske emulsioner, men de er kun følsomme over for det for bølgelængder op til 1,2 mikron.

Anvendelse af infrarød stråling. IR-stråling er meget brugt i videnskabelig forskning og til at løse forskellige praktiske problemer. Emissions- og absorptionsspektre af molekyler og faste stoffer ligger i IR-regionen, de studeres i infrarød spektroskopi, i strukturelle problemer og bruges også i kvalitative og kvantitative spektral analyse. I den fjerne IR-region ligger strålingen, der opstår under overgange mellem Zeeman-subniveauer af atomer; IR-spektrene af atomer gør det muligt at studere deres struktur elektronskaller. Fotografier af det samme objekt taget i det synlige og infrarøde område kan afvige betydeligt på grund af forskelle i refleksion, transmission og spredningskoefficienter; I IR-fotografering kan du se detaljer, der er usynlige i almindelig fotografering.

I industrien bruges infrarød stråling til tørring og opvarmning af materialer og produkter, og i hverdagen - til opvarmning af rum. Baseret på fotokatoder, der er følsomme over for infrarød stråling, er der skabt elektron-optiske omformere, hvor et IR-billede af et objekt, der er usynligt for øjet, omdannes til et synligt. Baseret på sådanne konvertere er der bygget forskellige nattesynsanordninger (kikkerter, sigtepunkter osv.), som gør det muligt for dem at opdage objekter i fuldstændig mørke, udføre observation og sigte, bestråle dem med infrarød stråling fra specielle kilder. Ved hjælp af meget følsomme infrarøde strålingsmodtagere udfører de termisk retningsfinding af objekter ved hjælp af deres egen infrarøde stråling og skaber målsøgningssystemer til mål for projektiler og missiler. IR-lokalisatorer og IR-afstandsmålere giver dig mulighed for at registrere genstande i mørke, hvis temperatur er højere end miljø, og mål afstande til dem. Den kraftige stråling fra IR-lasere bruges i videnskabelig forskning, såvel som til jord- og rumkommunikation, til lasersondering af atmosfæren osv. Infrarød stråling bruges til at gengive målerstandarden.

Lit.: Schreiber G. Infrarøde stråler i elektronik. M., 2003; Tarasov V.V., Yakushenkov Yu.G. Infrarøde systemer af typen "looking". M., 2004.