Инфракрасный луч: Полезная информация — Официальный сайт Роспотребнадзора

Содержание

Что такое инфракрасное излучение

Что же представляет собой инфракрасное излучение, где мы с ним сталкиваемся?

Солнечную энергию можно рассматривать как электромагнитное излучение, каждый участок которого имеет волну определенной длины. Электромагнитный спектр можно разбить на 4 диапазона: ультрафиолетовый (УФ) диапазон, диапазон видимого света, диапазон ближнего инфракрасного излучения, дальняя инфракрасная область.

УФ диапазон (длина волны 100—380 нм) является той частью спектра, из-за которой происходит выцветание салона автомобиля, а попадая на кожу, способствует ее загару. Не секрет, что чрезмерное действие может привести к проблемам со здоровьем. Около 3% солнечной энергии приходится на УФ диапазон.

Видимый свет (380—780 нм) — единственная часть спектра, которую может обнаружить наш глаз. Излучение в этом спектре происходит наиболее интенсивно и составляет 44% солнечной энергии.

Ближняя инфракрасная область (длина волн 0,7—200 мкм) представляет собой тепловое излучение. Она невидима для глаза, но ее можно почувствовать, как тепло. 53% солнечной энергии приходится на эту область.

Дальняя инфракрасная область (длина > 200 мкм) не содержится в солнечном спектре. Ее можно почувствовать, как тепло, исходящее от нагретых солнцем предметов.

Все предметы в той или иной степени испускают инфракрасное излучение, чем сильнее нагрет предмет, тем сильнее он излучает в инфракрасном диапазоне. Иначе инфракрасное излучение называют тепловым, оно воспринимается кожей как ощущение тепла, например, когда мы выходим на солнце или находимся у костра. Чем сильнее нагрето тело, тем короче длина волны инфракрасного излучения.

Существует три типа инфракрасных обогревателей, их различают по длине волны и степени нагрева излучающего элемента:

Длинноволновые — температура до 300°С, длина волны от 50 до 200 мкм:

Средневолновые — температура до 600°С, длина волны от 2.5 до 50 мкм;

Коротковолновые — температура более 800°С, длина волны от 0. 7 до 2.5 мкм.

В отличие от других видов излучений, например, рентгеновского, СВЧ и ультрафиолета, инфракрасное излучение нормальной интенсивности не оказывает негативного влияния на организм.

Глубина проникновения и соответственно прогрева организма инфракрасным излучением зависит от длины волны. Коротковолновое излучение способно проникать в организм на глубину нескольких сантиметров и нагревает внутренние органы, в то время как длинноволновое излучение задерживается влагой, содержащейся в тканях, и повышает температуру покровов тела. Особенно опасно воздействие интенсивного инфракрасного излучения на мозг — оно может вызвать тепловой удар.

В природе наиболее распространено инфракрасное излучение в интервале от 7 до 14 мкм, наиболее интенсивное излучение происходит на частоте около 10 мкм. Организм человека излучает в диапазоне 3-50 мкм, наиболее интенсивное излучение также около 10 мкм (конкретно 9.4 мкм). На этой же частоте происходит и наиболее интенсивное поглощение инфракрасного излучения организмом человека, и излучение этого диапазона проникает в организм глубже всего.

Опасность инфракрасного излучения зависит от его интенсивности. В нормальных условиях она не должна превышать 150 Вт/м². Также ограничивается температура нагретых поверхностей — если излучающий элемент имеет температуру до 100°С, поверхность предметов не должна быть теплее 35°С, если выше 100°С — не больше 45°. При высокой интенсивности излучения возможны ожоги.

В то же время медицинские исследования показывают, что инфракрасное излучение низкой интенсивности полезно для организма, усиливает иммунитет и соответственно уменьшает вероятность заболевания. Более того, оно используется в медицине для лечения множества заболеваний — список их достаточно обширен и постоянно пополняется. В физиотерапевтических кабинетах применяются аппараты, использующие в работе прогревание инфракрасным излучением.

Влияние длинноволнового инфракрасного излучения на организм человека

Стимуляция и улучшение кровообращения. При воздействии длинноволнового инфракрасного излучения на кожный покров происходит раздражение рецепторов кожи и, вследствие реакции гипоталамуса, расслабляются гладкие мышцы кровеносных сосудов, в результате сосуды расширяются.

Улучшение процессов метаболизма. При тепловом воздействии инфракрасного излучения стимулируется активность на клеточном уровне, улучшаются процессы нейрорегуляции и метаболизма.

Повышение иммунитета. Инфракрасное излучение положительно влияет на выработку макрофагоцитов и на процесс фагоцитоза, усиливает иммунитет на клеточном и жидкостном уровне. Кроме того, происходит стимуляция синтеза аминокислот, активных клеток, ускоряется производство питательных веществ и ферментов.

Обеззараживание бактерий и нейтрализация вредных веществ.

Уменьшение болевых ощущений. При прогревании ИК-теплом участков тела с воспалительными процессами снижается болевой сидром.

Результаты, достигаемые под воздействием длинноволновых инфракрасных лучей при инфракрасной терапии:

Нормализация артериального давления за счет регулярной стимуляции кровообращения.

Улучшение памяти

Улучшение мозгового кровообращения.

Способствуют очищению организма: выводятся токсины, разрушаются соли тяжелых металлов и выводятся с организма.

Нормализация гормонального фона, выработка гормонов: мелатонина, эндорфина.

Блокирует распространение вредных микробов и грибков в организме.

Восстанавливают водно-солевой баланс.

Согревают наше тело и поддерживают оптимальную температуру.

Уничтожают и подавляют рост раковых клеток, профилактика онкологических заболеваний.

Оказывают дезодорирующее, противоядное воздействие.

Обладают обезболивающим и противовоспалительным действием.

Положительно воздействуют на иммунную систему.

Виды ИК отопления

Делят нагревательные элементы ИК отопления по видам греющих элементов:

стальные

алюминиевые

карбоновые

Принцип работы пленочного ИК отопления таков. Ток, проходя по дорожкам, преобразуется в тепло, которое и излучается в окружающую среду. С той стороны, которая обращена к потолку или полу, обычно находится экран, отражающий тепло в помещение. Пленки обычно прикрывают декоративным покрытием, которое нагревается от пленки и отдает тепло в обогреваемое помещение.

Обогрев: инфракрасный обогрев и инфракрасные теплые полы.

Одним из самых эффективных является напольный инфракрасный обогрев (инфракрасные теплые полы). Его главным узлом является теплоизлучающий элемент — будь то карбоновое покрытие (пленочные теплые полы), карбоновые стержни (стержневые полы ― UNIMAT, RHE, EXCEL), стальные стержни (XBeamer, Eco Ondol), стальные элементы (ПЛЭН, Зебра).

Как известно, инфракрасное излучение не поглощается воздухом, однако хорошо поглощается предметами, находящимися в комнате, от чего происходит их нагрев, а уже они, в свою очередь, нагревают воздух. Причем нагрев происходит только в зоне, в которую попадает излучение ИК обогрева, что очень удобно — теплый пол можно, например, поставить под кроватью и включать на ночь в холод.

При работе инфракрасные теплые полы не создает подушки теплого воздуха под потолком помещения, что сплошь и рядом встречается у других обогревателей — под потолком жарко, у пола мороз. В комнате с высоким потолком инфракрасный теплый пол практически незаменим.

Инфракрасный обогрев абсолютно безопасен, если соблюдать правила обращения с ним. Вред инфракрасного обогрева в том, что он составляет конкуренцию другим категориям обогревателей.

Инфракрасный обогрев можно разделить по температуре теплоизлучающей поверхности.

У приборов (инфракрасные теплые полы) с температурой менее 60°С спектр излучения лежит в области около 9.4 мкм. Именно в этом диапазоне человеческое тело излучает наиболее интенсивно, а также он прогревает человеческое тело и часто используется в лечебных медицинских приборах. Помещение обогревается мягким инфракрасным светом, оно не создает потоков воздуха, низкая температура теплоизлучающей поверхности не приводит к выгоранию кислорода и сгоранию частиц пыли, нагреватель не создает неприятных запахов.

Приборы с температурой от 60 до 100 градусов очень эффективны экономически — их коэффициент преобразования электрической энергии в тепловую составляет почти 100%. Эти приборы рекомендуется располагать повыше, поскольку случайно коснувшись прибора, можно обжечься.

Приборы с температурой от 100 до 300 градусов располагают как правило под потолком, есть также вариант для установки над окнами, в этом случае они хорошо защищают от холода и сквозняка.

Приборы с температурой более 300 градусов применяются для обогрева балконов, веранд, помещений с очень высокими потолками, на открытом воздухе. Например, установка такого обогревателя над крыльцом препятствует образованию льда — падающий на крыльцо снег быстро тает, а вода испаряется.

Для того, чтобы применение инфракрасных обогревателей было максимально комфортным, нужно учесть следующие вещи:

Медицинские показания и индивидуальная переносимость излучения;

Излучаемая длина волны должна быть как можно ближе к излучаемой человеческим телом;

Интенсивность излучения не должна превышать комфортного порога.

Эффективность применения Инфракрасных теплых полов.

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

Это способствует правильному прогреву помещения: температура пола 25 ― 27 градусов, в районе 2 метров от пола 19 ― 18 градусов, под потолком 17 ― 18 градусов. А это, в свою очередь, дает возможность уменьшить среднюю температуру помещения на 5 ― 6 градусов (по сравнению с традиционными системами отопления ― конвекторами и радиаторами). При обогреве теплыми полами средняя температура помещения 21-23 градуса,а при традиционном обогреве конвекторами, радиаторами или при потолочном обогреве средняя температура помещения 27 ― 28 градусов. Разница в 5 -6 градусов дает экономию по расходу энергии от 20 до 30 процентов и чем выше потолки, тем экономичнее теплые полы. Эта зависимость относится к любым видам теплых полов и без разницы какой энергоресурс мы используем. Если газ, то газа мы сжигаем на 20 ― 30 процентов меньше, если дрова или пелеты, то дров и пелет мы сжигаем на 20 ― 30 процентов меньше, ― уголь, отработка, диз. топливо всё экономится.

Вывод: Расход любого энергоресурса для отопления помещения зависит: ― от средней температуры внутри помещения; ― температуры и ветра на улице; ― теплопроводности ограждающих конструкций (стены, потолки, кровля, перекрытия, фундамент, фасады, окна, двери и так далее), а при обогреве от теплых полов средняя температура помещения ниже ― вот отсюда и берется экономия.

Соответственно, уменьшаются затраты на обогрев и отопление. При этом, в силу того, что температура предметов всегда будет на 1-3°С выше температуры помещения, находящемуся в помещении человеку будет казаться, будто в помещении гораздо теплее, чем есть на самом деле.

Тепловая энергия теплого пола, без потерь, достигает поверхности напольного покрытия. Как правило, суммарная площадь поверхностей пола в десятки раз больше поверхностей теплоотдачи традиционных отопительных приборов. Поверхности предметов хорошо поглощают ИК – лучи, а это значит, что инфракрасный теплый пол обогреет предметы и людей в любом помещении приблизительно в 3-4 раза быстрее, чем традиционные системы отопления. ©

Нашли ошибки в этой информации, или можете чем дополнить ― свяжитесь с нами и мы вам подарим коврик для сушки обуви! ©

Принцип образования и работы лазерного луча в стоматологии: Стоматология Столица

19.02.2021 17:22

Принцип образования лазера. Основным физическим процессом, который определяет действие лазера является вынужденное испускание излучения. Это испускание образуется при тесном взаимодействии фотона с возбужденным атомом в момент точного совпадения энергии фотона с энергией возбужденного атома (молекулы). В конечном итоге этого тесного взаимодействия атом (молекула) переходит из возбужденного состояния в невозбужденное, а излишек энергии излучается в виде нового фотона с абсолютно такой же энергией, поляризацией и направлением распространения, как и у первичного фотона. Простейший принцип работы заключается в колебании луча света между оптическими зеркалами и линзами, набирающим силу с каждым циклом. Когда достигается достаточная мощность, луч испускается. Этот выброс энергии вызывает тщательно контролируемую реакцию.

Основным физическим процессом, который определяет действие лазерных аппаратов, является вынужденное испускание излучения. Это испускание образуется при тесном взаимодействии фотона с возбужденным атомом в момент точного совпадения энергии фотона с энергией возбужденного атома (молекулы). В конечном итоге этого тесного взаимодействия, атом (молекула) переходит из возбужденного состояния в невозбужденное, а излишек энергии излучается в виде нового фотона с абсолютно такой же энергией, поляризацией и направлением распространения, как и у первичного фотона.

Простейший принцип работы стоматологического лазера заключается в колебании луча света между оптическими зеркалами и линзами, набирающим силу с каждым циклом. Когда достигается достаточная мощность, луч испускается. Этот выброс энергии вызывает тщательно контролируемую реакцию.

*Flash tube = энергия накачки

Mirrored Surface = непрозрачное зеркало

Partially Mirrored Surface = частично прозрачное зеркало

Atoms = атомы

Атомы испускают фотоны, некоторые из этих фотонов двигаются в направлении, параллельном оси трубки, и они «отскакивают» назад от непрозрачного зеркала, а часть выводится в виде лазерного пучка.

Лазеры в стоматологии

Активному посреднику (газ, жидкость или твердое вещество) передается возбуждение от источника энергии, результат — монохромная (одного цвета), коллимированная (передающаяся в одном направлении), когерентная (все световые волны синхронны) лазерная энергия.

ЛАЗЕРНАЯ ЭНЕРГИЯ

МОНОХРОМНАЯ – ПРАКТИЧЕСКИ ОДНОГО ЦВЕТА

КОЛЛИМИРОВАННАЯ — ПЕРЕДАЕТСЯ В ОДНОМ НАПРАВЛЕНИИ

КОГЕРЕНТНАЯ — ВСЕ СВЕТОВЫЕ ВОЛНЫ СИНХРОННЫ

Активный посредник определяет такие характеристики лазера, как цвет и длина волны. Существует четыре типа лазеров:
Твердотельные лазеры используют лазерное вещество, распределенное в твердой матрице. Одним из примеров является Неодим — YAG лазер. Термин YAG является сокращением для кристалла: алюмоиттриевый гранат, который служит как носитель для ионов неодима. Этот лазер излучает инфракрасный луч с длиной волны 1,064 микрометра. Вспомогательные устройства, которые могут быть как внутренними, так и внешними по отношению к резонатору, могут использоваться для преобразования выходного луча в видимый или ультрафиолетовый диапазон.

В газовых лазерах используется газ или смесь газов в трубке. В большинстве газовых лазеров используется смесь гелия и неона (HeNe), с первичным выходным сигналом в 632,8 нм (нм = 10-9 метра) видимого красного цвета. Впервые такой лазер был разработан в 1961 году и стал предвестником целого семейства газовых лазеров. Все газовые лазеры довольно похожи по конструкции и свойствам. Например, CO2 газовый лазер излучает длину волны 10,6 микрометров в дальней инфракрасной области спектра. Аргоновый и криптоновый газовые лазеры работают с кратной частотой, излучая преимущественно в видимой части спектра. Основные длины волн излучения аргонового лазера — это 488 и 514 нм.

В лазерах на красителе используется лазерная среда, которая обычно является сложным органическим красителем в жидком растворе или суспензии. Наиболее значительная особенность этих лазеров — это их «приспособляемость». Правильный выбор красителя и его концентрации позволяет генерировать лазерный свет в широком диапазоне длин волн в видимом спектре или около него. В лазерах на красителе обычно применяется система оптического возбуждения, хотя в некоторых типах таких лазеров используется возбуждение при помощи химических реакций. Наиболее часто используемый лазер на красителе — это Родами 6G, который обеспечивает настраиваемость в диапазоне частот шириной 200 нм в красной части спектра (620 нм).
Полупроводниковые лазеры (иногда называемые диодными лазерами) нельзя путать с твердотельными лазерами. Полупроводниковые лазеры состоят из двух слоев полупроводникового материала, сложенных вместе. Эти лазеры обычно очень маленького размера и очень умеренной мощности. Однако они могут объединяться в большие системы. Наиболее распространенным диодным лазером является диодный лазер на арсениде галлия с основным излучением на 840 нм.

Взаимодействие лазера с тканью

Воздействие лазерного излучения на биологические структуры зависит от длины волны излучаемой лазером энергии, плотности энергии луча и временных характеристик энергии луча. Процессы, которые могут при этом происходить — поглощение, передача, отражение и рассеивание.

Поглощение — атомы и молекулы, которые составляют ткань, преобразовывают лазерную световую энергию в высокую температуру, химическую, акустическую или нелазерную световую энергию. На поглощение влияют длина волны, содержание воды, пигментация и тип ткани.

Передача — лазерная энергия проходит через ткань неизмененной.

Отражение — отраженный лазерный свет не влияет на ткань.

Рассеивание — индивидуальные молекулы и атомы принимают лазерный луч и отклоняют силу луча в направлении, отличном от исходного. В конечном счете, лазерный свет поглощается в большом объеме с менее интенсивным тепловым эффектом. На рассеивание влияет длина волны.

— Познакомьтесь как применяется лазер в нашей стоматологии

— Познакомьтесь как происходит лечение пародонтита при помощи лазера

— Познакомьтесь как происходит отбеливание зубов при помощи лазера

Основные типы взаимодействия лазера с тканью

ФОТОТЕРМИЧЕСКОЕ

Под микроскопом фототермические процессы могут быть представлены как поглощение фотона органической молекулой, которая при этом переходит в состояние вибрационного вращения, с последовательным раздражением, полученным от анелестического удара о соседнюю молекулу, к которой, таким образом, перейдет ее кинетическая энергия. Этот процесс безизлучательных потерь происходит в пределах самого короткого промежутка (1 — 100 в сек.), а последующее быстрое нагревание повысит окружающую температуру. Макроскопические, биологические эффекты фототермического типа могут быть классифицированы согласно некоторым отличиям термодинамических процессов, главным гистологическим изменениям, отображенным в таблице ниже:

ФОТОХИМИЧЕСКОЕ

— Запуск химических реакций — фотополимеризация (например, активация системы лазерного отбеливания)

— Разрушение химических связей в молекулах, вызванное лазерным излучением

Фотодинамическая терапия: создание биохимических реактивных форм кислорода

БИОСТИМУЛЯЦИЯ

Обеспечивает избавление от боли

— Стимулирует заживление ран

— Видоизменяет биологический процесс

— Поглощение лазерной энергии биологическими тканями

Пример: поглощение лазерной энергии различных типов лазеров в коже

После возбуждения, источник лазера излучает электромагнитное излучение с очень высокой направленностью и большой спектральной чистотой, с возможностью концентрации очень высокой энергии на ограниченных поверхностях. Чтобы добиться желательного клинического эффекта, излучение лазера должно поглощаться целевой тканью. Взаимодействие ткани с лазером зависит от характеристик используемого лазера, длины его волны, его эффективной мощности, форм облучения, таких как интенсивность излучения и продолжительность обработки, и от характеристик целевой ткани, количества содержания в ткани воды, гемоглобина и пигментов. Использование лазера в медицине, в частности в стоматологии, базируется на точном поглощении лазерной радиации водой, содержавшейся в тканях, гемоглобином, содержавшимся в крови и пигментами, которые находятся в некоторых тканях. Вода поглощает инфракрасное излучение, с максимальным поглощением около 3000 нм; гемоглобин представляет спектр поглощения от ультрафиолетового до видимого (немного меньше чем 640 нм), пигменты и хромофоры представляют спектр поглощения, расширенный от ультрафиолетового до близкого к инфракрасному.

*Absorption — поглощение

Wavelength — длина волны (нм)

Когда лазерный луч направлен на ткани, то вода, что составляет высокий процент ткани, поглощает энергию, преобразовывая ее в высокую температуру. С интенсивностью в несколько Вт на квадратный миллиметр, вода, находящаяся в ткани, мгновенно закипает и испаряется. Если перемещать наконечник по ткани, то луч ведет себя как скальпель, формируя разрез, глубина которого зависит от интенсивности луча и скорости движения.

Система подачи лазерного луча

Лазерная энергия от источника может подаваться к ткани с помощью различных систем доставки. В медицинских стоматологических лазерах применяются оптоволоконная и шарнирная системы подачи лазерного луча. В стоматологических лазерах DOCTOR SMILE™ для передачи используется оптоволоконная система подачи, имеющая ряд преимуществ перед шарнирной:

— гибкость, возможность применения в труднодоступных участках, эргономичность

— полное сохранение качества лазерного излучения

— не требуется сложного технического обслуживания (например, выравнивания зеркал при ударе у лазеров с шарнирной системой подачи излучения)

Классификация лазеров и безопасность

Существуют четыре класса лазеров. Вся продукция компании Lambda Scientifica относится к четвертому классу лазеров.

Лазеры класса 1. Не представляют опасности при непрерывном наблюдении или разработаны так, чтобы предотвратить попадание биоткани под лазерное излучение (например, лазерные принтеры)

Видимые лазеры класса 2. (от 400 до 700 нм). Лазеры, излучающие видимый свет, который из-за естественной человеческой отрицательной реакции обычно не представляют опасности, но могут представлять, если смотреть прямо на лазерное излучение в течение продолжительного времени

Лазеры класс 3a. Лазеры, которые обычно не причиняют вред при кратковременном попадании в глаза, но могут представлять опасность при наблюдении с использованием собирающей оптики (волоконно-оптическая лупа или телескоп)

Лазеры класс 3b. Лазеры, которые представляют опасность для глаз и кожи при прямом попадании лазерного излучения. Лазеры класса 3b не генерируют опасное диффузное отражение, за исключением попадания с близкого расстояния

Лазеры класса 4. Лазеры, которые представляют опасность для глаз в результате прямого, зеркального и диффузионного отражений. Кроме того, такие лазеры могут быть пожароопасными и вызывать ожоги на коже

Необходимые меры безопасности:

— Персонал, уполномоченный работать должен носить предоставленные защитные очки

— Запрещается направлять лазер в глаза

— Запрещается смотреть непосредственно в отверстие, где находится оптический световод

— Отверстие световода оптического диодного соединителя должно всегда оставаться закрытым, световод должен быть или вставлен или на нем должен быть защитный колпачок

— Удалите с места работы все отражающие и металлические объекты, включая личные вещи, например часы и кольца, поскольку они могут отразить лазерное излучение

— Запрещается направлять лазер на одежду

— Рекомендуется использовать только абсолютно сухую одежду соответственного цвета

— Удалить все потенциально огнеопасные материалы

— Никогда не используйте огнеопасный газ во время лазерного излучения

Созданы излучающие инфракрасный свет квантовые точки

NTU Singapore

Российские исследователи вместе с зарубежными коллегами создали сверхкомпактные яркие источники инфракрасного излучения на квантовых точках из теллурида ртути. Они могут стать основой элементов квантовых компьютеров и передовых сенсорных устройств. Статья опубликована в журнале Light: Science and Applications.

Ближний и средний инфракрасный (ИК) диапазоны крайне перспективны для применения в оптических телекоммуникационных устройствах, детекторах и излучателях, а также в сенсорных и охранных системах. Одними из самых перспективных материалов для создания излучения в этом диапазоне сегодня считаются полупроводниковые квантовые точки. Они представляют собой наночастицы, которые из-за своего размера склонны к проявлению квантовых эффектов. Благодаря этому квантовые точки уже находят применение в создании дисплеев высокой четкости.

Но из-за фундаментальных физических ограничений интенсивность свечения квантовых точек резко снижается на больших длинах волн в ИК-диапазоне. Теперь исследователи из ДВФУ, Института автоматики и процессов управления ДВО РАН вместе с иностранными коллегами смогли преодолеть это ограничение, использовав специальную резонансную решетку из наноструктур.

Используя фемтосекундную лазерную печать, исследователи смогли создать на поверхности пленки наноантенны. Затем всю пленку ученые покрыли слоем квантовых точек из теллурида ртути. Полученная структура благодаря наличию антенн стала способна испускать свет исключительно в ИК-диапазоне.

«Созданная нами плазмонная решетка состоит из миллионов упорядоченных на поверхности золотой пленки наноструктур и изготавливается с помощью технологии прямой лазерной записи. В сравнении с методами литографии она довольно дешева и легко масштабируется. Это открывает перспективы для использования разработанного подхода в реальных приложениях, например для создания новых оптических телекоммуникационных устройств, детекторов и излучателей, в том числе первого ИК-микролазера на квантовых точках», — рассказал один из авторов работы, научный сотрудник Центра НТИ по виртуальной и дополненной реальности ДВФУ Александр Кучмижак.

Инфракрасный нагреватель Арктос ЛУЧ–20

Панельные инфракрасные нагреватели &laquo Луч&raquo предназначены для обогрева производственных, общественных и бытовых помещений, особенно с высокими потолками, а также для локального (точечного) обогрева отдельных производственных зон различного назначения или рабочих мест. Инфракрасное излучение от нагревателя не поглощается воздухом, поэтому вся энергия от прибора почти без потерь достигает предметов и людей в зоне его действия и греет именно их, а не воздух. Тепло от прибора передается, в первую очередь, твердым предметам (пол, стены, мебель и т.п.), а уже от них конвекцией — воздуху. Чем ближе к нагревателю, тем плотнее поток тепла и выше температура предметов. Тепловой поток от нагревателя распространяется только в зоне его непосредственного воздействия, то есть обогрев носит локальный характер.

Конструкция

Инфракрасный нагреватель &laquo Луч&raquo состоит из трубчатого электрического нагревательного элемента (ТЭН) из нержавеющей стали, излучающей панели из анодированного алюминия и блока электрики, размещенных в стальном корпусе с полимерным покрытием. Для подключения к электрической сети в корпусе имеется отверстие для ввода кабеля. Все элементы подсоединения питания закрыты крышкой, размещенной на корпусе. Для крепления нагревателя к потолку в комплектацию входят стандартные кронштейны.
Все обогреватели сертифицированы и имеют санитарно-эпидемиологическое заключение, подтверждающее соответствие обогревателей &laquo Луч&raquo существующим нормам безопасности и санитарным нормам.

Стандартный цвет светло-серый — RAL 7047. При изготовлении продукции на заказ возможно покрытие в любой цвет по каталогу RAL.

Требуемое количество инфракрасных нагревателей для обогрева помещения и их мощность определяются видом отопления (основное или дополнительное), общей площадью и высотой помещения, его назначением. Для основного обогрева помещения нагреватели при этом устанавливаются на высоте, не ниже указанной в таблице. При локальном обогреве определенных зон (рабочих мест) помещения количество, мощность и расположение нагревателей определяются заданными характеристиками для конкретной зоны (рабочего места), при этом следует учесть, что нагреватели следует располагать непосредственно над обслуживаемой зоной, соблюдая рекомендуемые высоты установки.

В случае зонального обогрева, нагреватели могут поддерживать разные температурные режимы в разных частях помещения, если рабочие места находятся на значительном удалении друг от друга, что обеспечивает снижение &quot выдувания&quot тепла при проветривании и ведет к экономии энергозатрат на обогрев.

Инфракрасный диапазон

Уильям Гершель впервые заметил, что за красным краем полученного с помощью призмы спектра Солнца есть невидимое излучение, вызывающее нагрев термометра. Это излучение стали позднее называть тепловым или инфракрасным.

Ближнее ИК-излучение очень похоже на видимый свет и регистрируется такими же инструментами. В среднем и дальнем ИК используются болометры, отмечающие изменения.

В среднем ИК-диапазоне светит вся планета Земля и все предметы на ней, даже лед. За счет этого Земля не перегревается солнечным теплом. Но не всё ИК-излучение проходит через атмосферу. Есть лишь несколько окон прозрачности, остальное излучение поглощается углекислым газом, водяным паром, метаном, озоном и другими парниковыми газами, которые препятствуют быстрому остыванию Земли.

Из-за поглощения в атмосфере и теплового излучения предметов телескопы для среднего и дальнего ИК выносят в космос и охлаждают до температуры жидкого азота или даже гелия.

ИК-диапазон — один из самых интересных для астрономов. В нем светит космическая пыль, важная для образования звезд и эволюции галактик. ИК-излучение лучше видимого проходит через облака космической пыли и позволяет видеть объекты, недоступные наблюдению в других участках спектра.

Источники

В инфракрасном диапазоне телескоп «Хаббл» может увидеть больше галактик, чем звезд

Фрагмент одного из так называемых Глубоких полей «Хаббла». В 1995 году космический телескоп в течение 10 суток накапливал свет, приходящий с одного участка неба. Это позволило увидеть чрезвычайно слабые галактики, расстояние до которых составляет до 13 млрд световых лет (менее одного миллиарда лет от Большого взрыва). Видимый свет от таких далеких объектов испытывает значительное красное смещение и становится инфракрасным.

Наблюдения велись в области, далекой от плоскости галактики, где видно относительно мало звезд. Поэтому большая часть зарегистрированных объектов — это галактики на разных стадиях эволюции.

Галактика Сомбреро в инфракрасном диапазоне

Гигантская спиральная галактика, обозначаемая также как M104, расположена в скоплении галактик в созвездии Девы и видна нам почти с ребра. Она обладает огромным центральным балджем (шарообразное утолщение в центре галактики) и содержит около 800 млрд звезд — в 2-3 раза больше, чем Млечный Путь.

В центре галактики находится сверхмассивная черная дыра с массой около миллиарда масс Солнца. Это определено по скоростям движения звезд вблизи центра галактики. В инфракрасном диапазоне в галактике отчетливо просматривается кольцо газа и пыли, в котором активно рождаются звезды.

Туманности и пылевые облака вблизи центра Галактики в ИК-диапазоне

Приемники

Инфракрасный космический телескоп «Спитцер»

Главное зеркало диаметром 85 см изготовлено из бериллия и охлаждается до температуры 5,5 К для снижения собственного инфракрасного излучения зеркала.

Телескоп был запущен в августе 2003 года по программе четырех великих обсерваторий NASA, включающей:

Ожидается, что срок службы телескопа «Спитцер» составит около 5 лет. Свое название телескоп получил в честь астрофизика Лаймана Спитцера (1914–97), который в 1946 году, задолго до запуска первого спутника, опубликовал статью «Преимущества для астрономии внеземной обсерватории», а спустя 30 лет убедил NASA и американский Конгресс начать разработку космического телескопа «Хаббл».

Обзоры неба

Небо в ближнем инфракрасном диапазоне 1–4

мкм и в среднем инфракрасном диапазоне 25 мкм (COBE/DIRBE)

В ближнем инфракрасном диапазоне Галактика просматривается еще более отчетливо, чем в видимом.

А вот в среднем ИК-диапазоне Галактика едва видна. Наблюдениям сильно мешает пыль, находящаяся в Солнечной системе. Она расположена вдоль плоскости эклиптики, которая наклонена к плоскости Галактики под углом около 50 градусов.

Оба обзора получены инструментом DIRBE (Diffuse Infrared Background Experiment) на борту спутника COBE (Cosmic Background Explorer). В ходе этого эксперимента, начатого в 1989 году, были получены полные карты инфракрасной яркости неба в диапазоне от 1,25 до 240 мкм.

Земное применение

Прибор ночного видения

В основе прибора лежит электронно-оптический преобразователь (ЭОП), позволяющий значительно (от 100 до 50 тысяч раз) усиливать слабый видимый или инфракрасный свет.

Объектив создает изображение на фотокатоде, из которого, как и в случае ФЭУ, выбиваются электроны. Далее они разгоняются высоким напряжением (10–20 кВ), фокусируются электронной оптикой (электромагнитным полем специально подобранной конфигурации) и падают на флуоресцентный экран, подобный телевизионному. На нем изображение рассматривают в окуляры.

Разгон фотоэлектронов дает возможность в условиях низкой освещенности использовать для получения изображения буквально каждый квант света, однако в полной темноте требуется подсветка. Чтобы не выдать присутствие наблюдателя, для этого пользуются прожектором ближнего ИК-диапазона (760–3000 нм).

Существуют также приборы, которые улавливают собственное тепловое излучение предметов в среднем ИК-диапазоне (8–14 мкм). Такие приборы называются тепловизорами, они позволяют заметить человека, животное или нагретый двигатель за счет их теплового контраста с окружающим фоном.

Радиатор

Вся энергия, потребляемая электрическим обогревателем, в конечном счете, переходит в тепло. Значительная часть тепла уносится воздухом, который соприкасается с горячей поверхностью, расширяется и поднимается вверх, так что обогревается в основном потолок.

Во избежание этого обогреватели снабжают вентиляторами, которые направляют теплый воздух, например, на ноги человека и способствуют перемешиванию воздуха в помещении. Но есть и другой способ передачи тепла окружающим предметам: инфракрасное излучение обогревателя. Оно тем сильнее, чем горячее поверхность и больше ее площадь.

Для увеличения площади радиаторы делают плоскими. Однако при этом температура поверхности не может быть высокой. В других моделях обогревателей используется спираль, разогреваемая до нескольких сотен градусов (красное каление), и вогнутый металлический рефлектор, который создает направленный поток инфракрасного излучения.

Далее: Радиоизлучение и микроволны

Обогреватель инфракрасный электрический Арктос ЛУЧ-13

Панельные инфракрасные нагреватели “Луч” предназначены для обогрева производственных, складских, общественных и бытовых помещений, особенно с высокими потолками (торговые залы магазинов, залы ожидания вокзалов, спортивные залы, рынки и др.), а также для локального (точечного) обогрева отдельных зон различного назначения (на открытых площадках, в зрелищных, спортивных, физкультурно-оздоровительных сооружениях, расположенных на открытом воздухе).
Инфракрасное излучение от нагревателя не поглощается воздухом, поэтому вся энергия от прибора почти без потерь достигает предметов и людей в зоне его действия и греет именно их, а не воздух. Тепло от прибора передается, в первую очередь, твердым предметам (пол, стены, мебель и т.п.), а уже от них конвекцией – воздуху.
Чем ближе к нагревателю, тем плотнее поток тепла и выше температура предметов. Тепловой поток от нагревателя распространяется только в зоне его непосредственного воздействия, то есть обогрев носит локальный характер.
• Современный дизайн хорошо сочетается с интерьером различных помещений коммерческого, технического или жилого назначения;
• В случае зонального обогрева, нагреватели могут поддерживать разные температурные режимы в разных частях помещения, если рабочие места находятся на значительном удалении друг от друга;
• Экономия энергозатрат на обогрев;
• Снижение «выдувания» тепла при проветривании;
• Отсутствие сквозняков и турбулентных потоков воздуха в рабочей зоне;
• Корпус изготовлен из стали с полимерным покрытием, что обеспечивает надежную защиту от коррозии;
• Оснащены нагревательными элементами из нержавеющей стали, имеющими длительный срок службы;
• Теплоизлучающая панель из анодированного алюминия;
• Нагреватели могут комплектоваться элементами автоматики, с помощью которой можно поддерживать требуемую температуру воздуха в помещении;
• Изготавливаются со степенью защиты IP 21;
• Стандартный цвет светло-серый – RAL 7047. При изготовлении продукции на заказ возможно покрытие в любой цвет по каталогу RAL;
• Нагреватели комплектуются стандартными кронштейнами для крепления к потолку;
• Могут комплектоваться специальными поворотными кронштейнами для их крепления на стене или потолке, позволяющие зафиксировать угол наклона корпуса нагревателя в пределах от 0° до 50° с шагом 10°;
• Инфракрасные нагреватели легко монтируются;
• Нагреватели не требуют технического обслуживания;
• Нагреватели надежны, долговечны и безопасны в эксплуатации.

Ученые нашли способ сделать видимым инфракрасное излучение — Российская газета

Исследовательская группа, в которую вошли ученые из России и Швейцарии, разработала универсальную мембрану, которая позволит сделать видимыми для человеческого глаза инфракрасные лучи. Никакого специального оборудования или особых условий для применения мембраны не требуется.

Научные исследования проводились силами Университета ИТМО, Алферовского университета, а также Швейцарской высшей технической школы Цюриха.

В пресс-службе ИТМО отмечают, что обычный лазерный луч человеческий глаз может увидеть, например, если навести этот луч на тетрадный лист. Инфракрасные волны длиннее, и увидеть их таким способом не получится, в какой-то момент луч просто прожжет бумагу.

Для инфракрасного диапазона несколько лет назад были изобретены специальные карточки из редких металлов. Они поглощают инфракрасное излучение и делают его видимым. Но эти карточки довольно дороги, у них ограниченный срок службы и подходят они не для всех приборов. А инфракрасное изучение применяется во множестве отраслей. В Университете ИТМО говорят, что только в вузе имеется более сотни установок с ИК-лучами.

И периодически возникают ситуации, когда приборы проверяются, а значит, луч надо увидеть. Устав от дорогих карточек с коротким сроком службы, международная научная группа создала специальный инфракрасный визуализатор.

В основе разработки — нитевидные нанокристаллы из фосфида галлия. Этот материал интересен тем, что из-за того, что его кристаллическая решетка не симметрична по центру, он может в два раза уменьшать длину волны. Благодаря этому свойству нанокристаллы фосфида галлия являются универсальными, они могут работать в самых разных спектрах.

Ученые вырастили кристаллы на подложке, залили их тонким слоем полимера. Затем кристаллы были аккуратно оторваны от подложки, и получилась тонкая полупрозрачная пленка: она свободно пропускает инфракрасные лучи, а за счет уменьшения длины волны, луч становится виден человеческому глазу.

Важно и то, что мембрана, в отличие от карточек, не преграждает дорогу лучу. Это упрощает применение нового материала и может позволить сделать диагностику сложного оборудования более точной.

Материалы исследования опубликованы в журнале ACS Nano.

Что такое инфракрасное излучение?

Что такое инфракрасное излучение?

Свет, который мы видим нашими глазами, на самом деле является очень маленькой частью того, что называется «электромагнитным спектром». Электромагнитный спектр включает все типы излучения — от рентгеновских лучей, используемых в больницах, до радиоволн, используемых для связи, и даже микроволн, с помощью которых вы готовите пищу.

Излучение в электромагнитном спектре часто классифицируется по длине волны.Коротковолновое излучение имеет самую высокую энергию и может быть очень опасным — гамма, рентгеновские лучи и ультрафиолет являются примерами коротковолнового излучения. Более длинноволновое излучение имеет меньшую энергию и обычно менее вредно — например, радио, микроволны и инфракрасное излучение. Радуга показывает оптическую (видимую) часть электромагнитного спектра, а инфракрасный (если бы вы могли его видеть) был бы расположен сразу за красной стороной радуги.

Хотя инфракрасное излучение не видно, люди могут ощущать его — как тепло.Если вы хотите «воочию ощутить инфракрасное излучение», положите руку рядом с горячей духовкой!

Зачем изучать инфракрасное излучение из космоса?

Астрономы обнаружили, что инфракрасное излучение особенно полезно при попытке исследовать области нашей Вселенной, окруженные облаками газа и пыли. Из-за большей длины волны инфракрасного излучения он может проходить сквозь эти облака и раскрывать детали, невидимые при наблюдении других типов излучения. Особенно интересны области, где формируются звезды и планеты, а также ядра галактик, где, как считается, могут находиться огромные черные дыры.

На изображении слева показан оптический вид звездообразования.
область, край. Та же самая область показана
справа в инфракрасном излучении.
Обратите внимание, как инфракрасные наблюдения проникают через затемняющее облако
и
раскрыть много новых деталей.

Как Близнецы лучше «видят» инфракрасное излучение?

Астрономы используют специальные датчики для обнаружения инфракрасного излучения из космоса, но это непросто. Поскольку тепло излучается многими объектами (включая телескоп и сами камеры), все должно быть тщательно спроектировано и / или охлаждено до очень низких температур.

Близнецы особенно хорошо работают при наблюдении за инфракрасным излучением. Это включает в себя выбор места для телескопов. Оба прицела расположены на высоких горах, где воздух очень сухой. Поскольку водяной пар атмосферы поглощает или «впитывает» инфракрасное излучение, это было очень важным соображением при выборе места для установки телескопов Gemini. Gemini также будет использовать специальное серебряное покрытие на своих зеркалах, чтобы отражать значительно больше инфракрасного излучения, чем металлы (обычно алюминий), используемые в большинстве других зеркал телескопов.

Вернуться на страницу общего доступа

Питер Мишо / [email protected] / 8 февраля 1999 г.

ICNIRP | Инфракрасный (780 нм — 1 мм)

Диапазон длин волн и источники

Инфракрасное излучение (ИК), также известное как тепловое излучение, представляет собой полосу в спектре электромагнитного излучения с длинами волн выше красного видимого света между 780 нм и 1 мм. ИК подразделяется на ИК-А (780 нм — 1,4 мкм), ИК-В (1,4–3 мкм) и ИК-С, также известный как дальний ИК (3 мкм — 1 мм).Обычные природные источники — солнечная радиация и огонь. К распространенным искусственным источникам относятся нагревательные устройства и инфракрасные лампы, используемые в домашних условиях и в инфракрасных саунах в медицинских целях. Промышленные источники тепла, такие как производство стали / чугуна, также относятся к инфракрасной области. Лазеры — это особый источник инфракрасного излучения, излучаемого в одном или нескольких чрезвычайно узких диапазонах длин волн.

Воздействие инфракрасного излучения на организм и его влияние на здоровье

IR проникает в кожу и глаза человека на различную глубину от нескольких миллиметров посредством IR-A до поверхностного поглощения IR-C.У людей есть врожденные защитные реакции отвращения к боли от высокой температуры и яркого света, который часто также присутствует, так что можно избежать потенциально опасного воздействия. Вредное воздействие ИР на здоровье происходит из-за термического повреждения тканей, в значительной степени опосредованного молекулами воды, а также изменениями в структуре белка.

Основное вредное воздействие на здоровье высокого ИК-излучения — это глаза. Роговица, радужная оболочка, хрусталик и сетчатка очень чувствительны к различной степени термического повреждения. Когда роговица поглощает ИК-излучение, превращаясь в тепло, оно передается к линзе. Агрегация белков хрусталика после многократного воздействия сильной жары может вызвать помутнение хрусталика или катаракту, что часто наблюдается у стекольщиков, металлургов.

Может произойти повреждение кожи из-за гипертермии, но это зависит от интенсивности и продолжительности инфракрасного излучения. Если температура кожи поддерживается на уровне 44 ° C, может пройти несколько часов, прежде чем произойдет необратимое повреждение. Для сравнения: при температуре поверхности 70 ° C меньше секунды.Длительное воздействие инфракрасного излучения на кожу без ожогов, например, после нескольких лет воздействия открытого огня на кожу, может вызвать появление красно-коричневых пятен на коже. Однако считается, что ИР не играет роли в возникновении рака кожи.

Если все тело подвергается воздействию высоких температур, это может привести к повышению температуры тела и физическому тепловому стрессу. Тепловой стресс необходимо оценивать с учетом всех факторов, включая движение воздуха, температуру и влажность, а также источник тепла.

Защита

Рекомендации по защите особенно нацелены на кожу и соответствующие части глаза, подверженные риску чрезмерного воздействия инфракрасного излучения.

Во избежание пагубного воздействия инфракрасного излучения на глаза и кожу, например термических травм, ICNIRP предоставляет инструкции и рекомендует пределы воздействия. В зависимости от диапазонов длин волн и спектров воздействия рекомендуются различные пределы. Пределы также зависят от продолжительности воздействия и размера источника.

Инфракрасное излучение — Energy Education

Рис. 1. Собака в инфракрасном спектре. ^[1]

Инфракрасное излучение (ИК) — это тип лучистой энергии с более длинными волнами, чем видимый людям видимый свет, но с более короткими длинами волн, чем радиоволны. Его диапазон простирается от довольно малых длин волн около красного цвета, 700×10 ^-9 м, до почти миллиметра, 3×10 ^-4 м. ^[2]

Эффект ИК

Хотя инфракрасное излучение не может быть замечено человеческим глазом, его определенно можно почувствовать.Инфракрасная энергия ощущается как тепло, потому что она взаимодействует с молекулами, возбуждая их, заставляя их двигаться быстрее, что увеличивает внутреннюю температуру объекта, поглощающего инфракрасную энергию. Хотя все длины волн лучистой энергии нагревают поверхности, которые их поглощают, инфракрасное излучение наиболее распространено в повседневной жизни из-за «обычных» объектов, которые излучают его как лучистое тепло (см. Излучение черного тела и закон Вина для получения дополнительной информации по этому поводу). ^[3] Например, люди при температуре 37 ° C ^[4] излучают большую часть своего лучистого тепла в инфракрасном диапазоне, как показано на Рисунке 1.

Рисунок 2. Двуокись углерода может взаимодействовать с инфракрасным излучением, что приводит к дисбалансу излучения, входящего и выходящего из атмосферы. ^[5]

Около 50% энергии Солнца, поступающей на Землю, находится в форме инфракрасного излучения, ^[6], поэтому баланс этого излучения в атмосфере имеет решающее значение для поддержания стабильной температуры и климата. Углекислый газ в атмосфере производит парниковый эффект, потому что CO ₂ способен поглощать и повторно излучать инфракрасное излучение, как показано на рисунке 2, в отличие от газов, составляющих большую часть атмосферы (молекулярный кислород, O ₂ около 21% и азот, N ₂, около 78%).^[7] Этот парниковый эффект необходим для приемлемых для жизни температур на Земле, однако возрастающий уровень парниковых газов способствует нестабильному потеплению на Земле, что вызывает серьезную обеспокоенность. Подробнее об этом дисбалансе читайте здесь.

Поскольку инфракрасный спектр имеет более низкую энергию, чем видимый свет, это ограничивает количество солнечной энергии, которое может быть использовано стандартными фотоэлектрическими элементами.

Использование IR

Рис. 3. Ночное видение преобразует инфракрасное излучение, излучаемое объектами, в видимый свет, который может видеть человеческий глаз.^[8]

Инфракрасное излучение имеет множество применений, в том числе:

Отопление (варочное, сауны, промышленное)
Ночное видение (очки, фотоаппараты) ^[9]
Изображения (биологические, минеральные, оборонные, астрономические)
Климатология и метеорология

Для дальнейшего чтения

Список литературы

↑ Wikimedia Commons [Online], Доступно: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/0/0c/Infrared_dog.jpg
↑ CRISP, Электромагнитные волны [Online], Доступно: http: // www.crisp.nus.edu.sg/~research/tutorial/em.htm
↑ Hyperphysics, Heat Radiation [Online], доступно: http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/thermo/stefan.html#c2
↑ Р. А. Хинрихс и М. Кляйнбах, «Тепло и работа», в Энергия: ее использование и окружающая среда , 4-е изд. Торонто, Онтарио. Канада: Томсон Брукс / Коул, 2006, глава 4, раздел E, стр. 111-114
↑ PhET Simulations, Molecules and Light [Online], Доступно: https: //phet.colorado.edu / en / имитация / молекулы и свет
↑ Руководство по пассивному нагреву и охлаждению, Введение в солнечную энергию [Документ], Доступно: http://www.azsolarcenter.com/design/documents/passive.DOC
↑ UCAR, Углекислый газ поглощает и повторно излучает инфракрасное излучение [Online], доступно: http://scied.ucar.edu/carbon-dioxide-absorbs-and-re-emits-infrared-radiation
↑ Wikimedia Commons [Online], доступно: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/5/52/Nightvision.jpg
↑ American Technologies Network Corporation, Как работает ночное видение [Online], Доступно: http://www.atncorp.com/HowNightVisionWorks

Гершель и загадка инфракрасного излучения

В большинстве энциклопедий и книг по физике упоминается великий британский астроном.
Сэр Уильям Гершель с открытием инфракрасного излучения в 1800 году. Это хорошая история, но не совсем правильная — она упрощает истинное значение того, что обнаружил Гершель.

Все мы обнаруживаем инфракрасное излучение в молодом возрасте, когда чувствуем тепло на расстоянии от горячего объекта, и мы знаем, что эти лучи невидимы — тепло можно почувствовать в полной темноте. То, что открыл Гершель, было более тонким, чем существование невидимого излучения. Он нашел первое твердое доказательство того, что свет и инфракрасное излучение — это то же количество, которое мы знаем сегодня как электромагнитное излучение. Путем серии простых экспериментов Гершель нашел первую часть одной из великих головоломок физики, на решение которой потребовалось еще столетие.

Лучшая информация об экспериментах Гершеля содержится в его оригинальных статьях.

Его записанные данные и многие из его комментариев, похоже, были взяты непосредственно из его лабораторных заметок, и их свежесть и достоверность проявляются даже сегодня. Самая большая проблема при чтении его работы — проследить его рассуждения через множество отступлений и страниц необработанных данных о температуре.

В статье, прочитанной перед Королевским обществом 27 марта 1800 года, Гершель назвал это тепло, ощущаемое на расстоянии, «лучистым теплом».«Это описание до сих пор является хорошим рабочим термином для инфракрасного излучения. Термин «инфракрасный порт» не входил в научный словарь до 1880-х годов.

Инфра

переводится с латыни как «внизу», но исследователи не смогли проследить источник того, кто изначально придумал это имя.

Гершель изначально не был ученым. Он поднялся из безвестности как немецкий иммигрант в военном оркестре, чтобы стать опытным музыкантом и композитором. В 1773 году, в возрасте 34 лет, через шесть лет после переезда в Бат, где он начал преподавать музыку и играть на концертах, он сделал то, что изменило его жизнь и судьбу.Он купил небольшой телескоп и книгу по астрономии.

К следующему году он шлифовал свои собственные зеркала, чтобы построить большие и более качественные телескопы, и проводил ночи, изучая небеса. Мастерство Гершеля быстро привело его хобби к общественному признанию как ведущего производителя телескопов своего времени. Его известность достигла пика после того, как в 1781 году он открыл планету Уран, что привело к его назначению королевским астрономом.

После своего назначения с годовым окладом в 200 фунтов Гершель смог посвятить все свое время астрономии.Он и его сестра Кэролайн поселились в городке Слау, недалеко от Виндзорского замка. Условием его назначения было то, что он будет доступен королю Георгу III и королевской семье в любое время, когда они захотят увидеть звезды.

Набег Гершеля от астрономии к инфракрасному излучению был случайным совпадением с его попытками найти лучший цвет для фильтра, который позволил бы ему безопасно видеть Солнце. Его предположения и выводы часто были противоречивыми: многие ошибались, но некоторые были чрезвычайно дальновидными.История экспериментов Гершеля — это история о роли человеческого восприятия в научных открытиях, а также о конфликте между общепринятыми верованиями и концепциями, с которыми раньше не сталкивались.

Обширный электромагнитный спектр простирается от гамма-излучения (длина волны которого может быть меньше ширины атома) до радиоволн (длина волны которого может достигать тысяч километров). Из этого диапазона люди могут непосредственно воспринимать излучение только в двух небольших диапазонах. Наши глаза видят свет, который занимает узкую полоску длин волн от 0.От 4 до 0,7 микрометра, примерно в центре, где мощность излучения Солнца максимальна. Наша кожа ощущает тепло в основном от инфракрасного излучения, которое охватывает диапазон длин волн между светом и микроволнами, примерно до 1000 микрометров.

Граница между светом и инфракрасным светом определяется длинноволновым пределом реакции человеческого глаза. Повседневный опыт не заставит нас поверить, что свет и инфракрасное излучение — это один и тот же вид энергии. В самом деле, два убедительных доказательства логически предполагают, что они не связаны.

Во-первых, мы по-разному воспринимаем свет и инфракрасное излучение разными органами чувств. Мы видим свет, воспринимая разные длины волн как разные цвета, но мы ощущаем инфракрасное излучение только как тепло. Во-вторых, свет и инфракрасный свет не всегда можно найти вместе. Большинство источников света также излучают инфракрасное излучение, но инфракрасное излучение часто встречается само по себе. Знакомый пример — электрический гриль, который недостаточно горячий, чтобы светиться: если в комнате совсем темно, мы все еще можем ощущать тепло от гриля, но не видим его.

Эти различия могут быть причиной того, что связь не устанавливалась на протяжении стольких столетий, несмотря на множество экспериментов.Возможно, эта нелогичная ассоциация является причиной того, что связь была обнаружена почти случайно человеком без формального научного образования.

Гершель наблюдал особенности на поверхности Солнца в течение нескольких лет, представив в 1794 году доклад о Солнце и неподвижных звездах Королевскому обществу. Возможность наблюдать солнечные пятна с помощью большого телескопа, не повредив глаза, долгое время была проблемой. В ходе экспериментов с различными комбинациями цветного и затемненного стекла Гершель заметил, как он отметил в этой статье:

Что показалось замечательным, так это то, что когда я использовал некоторые из них, я чувствовал ощущение тепла, хотя света было мало; в то время как другие давали мне много света, почти не ощущая тепла.

Это наблюдение привело к мысли, что разные цвета могут, по словам Гершеля, «иметь способность нагревать тела очень неравномерно, распределенную между ними». Гершель далее рассуждал, что если мощность нагрева распределяется неравномерно, то мощность освещения может быть такой же. Может быть один лучший цвет для просмотра и он может отличаться от цвета для максимального нагрева. Знание этих качеств поможет ему найти лучший фильтр для просмотра Солнца.

Опираясь на свой опыт создания телескопов, Гершель построил инструмент для проверки своей гипотезы.Он сделал то, что мы назвали бы спектрометром, или, точнее,

спектрорадиометр:

прибор для измерения мощности излучения на разных длинах волн.

Его первый инструмент состоял из трех компонентов: призмы, установленной в окне с южной стороны, чтобы ловить солнечный свет и направлять и рассеивать цвета на столе; небольшая панель из картона с прорезью, достаточной для пропускания только одного цвета; и три стеклянных ртутных термометра (из которых он использовал два) с черными лампочками, чтобы лучше поглощать свет.В 1800 году термометры не были обычным предметом домашнего обихода, но у Гершеля был один из них, а еще два он позаимствовал у коллеги.

Он поместил один градусник на свет, а два других держал в темноте, чтобы измерить температуру в комнате. Гершель понимал, что существуют, как он выразился, «причины, действующие по-разному» (другими словами, проводимость и конвекция), которые влияют на температуру стабилизации термометров, и он хотел количественно оценить нагрев, вызываемый одним светом.

Сегодняшние спектрометры имеют гораздо более высокое разрешение, большую чувствительность и более быстрый отклик, но основные функциональные элементы такие же, как у Herschel. Призмы все еще используются, но лучшее разрешение обычно достигается за счет

волновая интерференция

— длины волн разделены

конструктивный

и

деструктивное вмешательство,

где их волны либо складываются, либо уравновешиваются. Сегодняшний детектор представляет собой полупроводник с криогенным охлаждением — намного меньше, быстрее и чувствительнее, чем ртутный термометр.Но инструмент Гершеля в руках осторожного экспериментатора, которым он был, давал удивительно точные измерения.

Установив свое устройство в солнечный день, Гершель методично проводил измерения температуры, сначала сравнивая показания термометров при окружающих условиях, чтобы обеспечить соответствие исходным данным. В комнате было холодно. Его стартовая температура составляла в среднем 43,5 градуса по Фаренгейту. После некоторых экспериментов он остановился на своем собственном термометре с лампочкой диаметром в полдюйма, освещенной светом, и использовал больший из заимствованных в качестве эталона окружающей среды.

Гершель поместил измерительный термометр в полосу цветного света для каждого показания. В каждой цветной позиции он давал термометру стабилизироваться в течение 10 минут перед снятием показаний. Он провел серию измерений, начиная с красного, что дало среднее значение на 67/8 градусов выше окружающей среды. Зеленый дает 31/4, а фиолетовый дает среднее увеличение на 2 градуса.

На основании этих данных Гершель почувствовал, что он доказал свою гипотезу о неравномерном распределении тепла и может перейти к эксперименту с освещением.Как он заявил в своем первоначальном заключении:

Это только доказывает, что мощность нагрева призматических цветов очень далеко не одинакова, и что красные лучи в основном выдаются в этом отношении.

Чтобы найти максимальное освещение, он направил цвета на множество мелких объектов, которые он рассматривал в 27-кратный микроскоп. По яркости и четкости увиденного он судил об относительной освещенности.

Эксперимент с освещением также прошел хорошо. Он провел 10 отдельных экспериментов с объектами, рассматриваемыми в разных цветах. Он попытался различить цвет, имеющий максимальную освещенность, и цвет с самым резким разрешением или «отчетливостью». Он не смог прийти к выводу о разрешении, но в отношении освещения он смог заявить:

Максимум освещения приходится на самый яркий желтый или самый бледно-зеленый цвет. Сам зеленый цвет почти одинаково яркий с желтым; но от полностью темно-зеленого цвета мощность освещения уменьшается очень заметно.

Это примечательное наблюдение: желто-зеленый цвет приближается к длине волны, на которой мощность излучения Солнца максимальна, и именно на этой длине наиболее чувствительна глаза.

Чувствуя, что он доказал, что лучистое тепло и свет неравномерно распределяются по цветам, и с результатами измерений, показывающими их различия, Гершель должен был быть готов перейти к применению этих результатов к своей проблеме наблюдения за Солнцем. Но сделал это не сразу. Вместо этого он вернулся к данным о температуре.

Что-то в показаниях температуры его явно беспокоило. Он ожидал, как он обнаружил, что показания будут разными для разных цветов. Но измерения также показали то, чего он не ожидал: скорее тенденцию, чем пик.

Нагревание было самым сильным в красном цвете, но кривая, похоже, не достигла максимума в видимом спектре. Вместо этого показания, казалось, указывали где-то в темной области за пределами красного. Он чувствовал себя обязанным следовать этой тенденции.

Если максимум лежал за пределами видимого спектра, то нагрев происходил не от света, а от чего-то другого. Гершель использовал выражение «невидимый свет», осторожно сформулировав его таким образом, чтобы указать, что он знал, что это оксюморон. (Если лучи невидимы, значит, они не свет.) Как он выразился:

Я также прихожу к выводу, что полный красный цвет все еще не дотягивает до максимума тепла; что, возможно, лежит даже немного за пределами видимого преломления. В этом случае лучистое тепло будет, по крайней мере частично, если не главным образом, состоять, если можно так выразиться, из невидимого света; то есть лучей, исходящих от Солнца, которые имеют такой импульс, что не подходят для зрения.

Описывая лучи с точки зрения количества движения, Гершель не ожидал открытий квантовой физики, которые будут происходить через столетие вперед. Фотоны инфракрасного диапазона действительно обладают меньшей энергией, чем фотоны видимого диапазона. В результате у них действительно «такой импульс, что они становятся непригодными для видения». Он смотрел не на столетие вперед, а на столетие назад — на эксперименты Исаака Ньютона со светом в конце 1600-х годов.

Гершель безоговорочно принял верование Ньютона о «корпускулярной» природе света.Современник Ньютона, Христиан Гюйгенс, привел веские доводы в пользу того, что свет — это волна, но теория света как потоков мельчайших частиц доминировала в науке того времени, особенно в Великобритании. Эта точка зрения изменилась в течение следующих 15 лет, но в тот момент Гершель думал о свете как о частицах, которые имеют более или менее «эффективность» в своем воздействии на материю.

Гершеля так интересовала не концепция невидимых лучей. Его пленили

характеристики

этих лучей.Ему было ясно, что лучистое тепло имеет те же оптические свойства «преломляемости» («преломление» в современном использовании) и рассеивания, что и свет.

Преломление — это изменение направления луча, когда он входит в прозрачную среду или выходит из нее, что вызывает изменение скорости, например, между воздухом и стеклом. Дисперсия — это эффект преломления на нескольких длинах волн, в результате которого разные лучи преломляются под разными углами. Мы видим эффекты рассеивания света чаще всего от радуг и призм.Гершель не думал о свете с точки зрения длины волны, но как производитель линз он был хорошо знаком с эффектами дисперсии и с тем, как ее исправить, чтобы получить линзы, минимизирующие то, что сегодня известно как

хроматическая аберрация , когда разные цвета сходятся в фокусе на разном расстоянии от объектива. Как он писал:

Теперь я должен отметить, что мои предыдущие эксперименты вне всякого сомнения устанавливают, что лучистое тепло, а также свет, независимо от того, являются ли они одними и теми же или разными агентами, не только преломляемы, но также подчиняются законам дисперсии, возникающим из-за их различий. преломляемость.

Разработчик телескопа из Гершеля сразу уловил значение: если свет и лучистое тепло имеют одинаковые оптические свойства, если они демонстрируют одинаковое поведение при взаимодействии с веществом, может ли это указывать на то, что они являются одной и той же величиной? Он отмечает: «

Не может ли это привести нас к предположению, что лучистое тепло состоит из частиц света с определенным диапазоном импульсов, и какой диапазон импульсов может простираться немного дальше по обе стороны от преломляемости, чем от света?

Этот вопрос доминировал в мыслях и усилиях Гершеля большую часть остального года. Он, должно быть, работал быстро, потому что всего через 9 дней после написания своей первой статьи и за 10 дней до того, как он официально представил ее, он написал вторую, более короткую статью для Королевского общества под названием «Эксперименты по преломляемости невидимых лучей Солнца».

В названии этой статьи есть интригующее эхо Ньютона. У Ньютона

Opticks

(1730 г.) его предложение II, теорема II озаглавлено «Свет Солнца состоит из лучей, по-разному преломляемых».

Ньютон явно имел большое влияние на Гершеля.Подход последнего был почти идентичен экспериментам Ньютона с использованием призмы, помещенной в окно, для проецирования цветов на стену. Гершель взял базовый качественный метод Ньютона для просмотра спектра и превратил его в количественный инструмент. Возможно, он чувствовал — и это было оправданно — что он продолжает работу, которую Ньютон начал с цветов света, расширяя концепцию «различной преломляемости» на солнечные лучи, лежащие за пределами видимых цветов.

Гершель начал свой второй эксперимент с небольшой модификации своего спектрометра, чтобы измерять температуру в темной области на его доске, за пределами красного.Его единственная ссылка была на то, где цвета упали на столе. Он провел пять параллельных линий на расстоянии полдюйма друг от друга на листе белой бумаги, причем первая линия находилась на краю полосы красного света. Так привязанный к краю видимого, Гершель рискнул войти в темноту за его пределами.

Он снял показания с помощью термометра, следуя восходящей тенденции к максимуму и выше, пока нагрев не начал уменьшаться. Тон второй статьи Гершеля полон энтузиазма и уверенности в своих открытиях.В ходе своих экспериментов он высказывает несколько мнений, не подтвержденных твердыми данными, но завершает эту статью аргументом, основанным на философии:

В заключение, если мы называем светом те лучи, которые освещают объекты, и лучистым теплом, те лучи, которые нагревают тела, можно спросить, отличается ли свет по существу от лучистого тепла? В ответ на это я хотел бы предположить, что правила философствования не позволяют нам допускать две разные причины для объяснения определенных эффектов, если они могут быть объяснены одним.

Репутация Гершеля как астронома, вероятно, способствовала тому, что его статьи были положительно восприняты большинством ученых, но не всеми. Его третья статья начинается с явно оборонительной ноты. Похоже, на него напал человек, которого он называет «знаменитым писателем», который обиделся на фразу «лучистое тепло». Этим недоброжелателем, возможно, был Джон Лесли, которого считали знатоком тепла и явно возмущало вторжение любителя в его владения. В письме, опубликованном в

Журнал естественной философии, химии и искусств Уильяма Николсона Лесли писал:

Похоже, этот способный астроном, приступив к новому направлению исследований, не использовал ни аппаратуры, подходящей для тонкости предмета, ни достаточной защиты от многочисленных и скрытых источников ошибок.Я считаю себя вправе говорить с большей уверенностью, потому что я долгое время руководил своими исследованиями в том же русле … Поэтому я без колебаний утверждаю, что главное предложение доктора Гершеля происходит из ошибочных наблюдений . .. И какие бы мои чувства ни уважали обоснованность выводов, я решил спокойно и беспристрастно подвергнуть мнимые факты проверке эксперимента. Когда фотометр помещался за пределы спектра,… никакого эффекта не наблюдалось.

Если дифференциальный термометр Лесли (он называл его «фотометром») не обнаруживал нагрева сверх видимого, как он утверждал, то это была серьезная ошибка. Позднее это было убедительно доказано независимыми экспериментами, проведенными Королевским обществом. Чтобы отклонить критику, Гершель переключился с термина «лучистое тепло» на «лучи, вызывающие тепло».

Свет тоже был спорным вопросом. Дерзкие утверждения Гершеля о лучистом тепле и свете пошли на пятки общепринятым представлениям.Со светом он снова занял осторожную позицию, но на этот раз он ответил вызовом, рассчитанным на то, чтобы заставить его критиков замолчать:

Я должен также отметить, что, употребляя слово «лучи», я не имею в виду противодействовать, а тем более поддерживать мнение тех философов, которые все еще верят, что сам свет приходит к нам от солнца не лучами, а предполагаемыми колебания упругого эфира, повсюду разнесенные по пространству; Я заявляю только о той же привилегии для лучей, вызывающих тепло, которые они готовы предоставить тем, которые освещают объекты.

Критика, которую он получил, не замедлила его эксперименты, но эти атаки, возможно, оказали влияние. Ко второй части его заключительной статьи его акцент сместился с поиска доказательств, подтверждающих сходство между светом и лучистым теплом, на доказательства, подтверждающие их различие.

В третьей статье Гершеля было предложено семь сравнений света и лучистого тепла. Первый касается двух человеческих чувств. Следующие пять — это взаимодействия с веществом, которые были известны в 1800 году: отражение, преломление, «разная преломляемость» (дисперсия), пропускание через «прозрачные тела» (прозрачные среды) и рассеяние от шероховатых поверхностей.

Последнее предложение статьи спрашивает, может ли излучаемое тепло, если оно достаточно сильное, стимулировать зрение. Этот вопрос важен, потому что полный ответ объясняет, почему свет и инфракрасный свет обычно вместе, но инфракрасный может присутствовать без света. В своем 18-м эксперименте Гершель без сомнения определил, что увеличение его мощности не может сделать инфракрасное излучение видимым.

Herschel приступил к обширной программе создания приборов для изучения и измерения каждого свойства.К оригинальным призматическим и ртутным термометрам он добавил множество линз и зеркал в дюжине различных конфигураций и обширный набор прозрачных материалов для сравнения пропускания.

В более чем 200 экспериментах он записывал страницу за страницей показаний, используя каждый доступный источник освещения, просматриваемый через различные комбинации зеркал, призм и линз. Он снова и снова подтверждал всеми доступными ему способами, что свет и лучистое тепло обладают одинаковыми оптическими свойствами.

Бешеный темп его более поздних экспериментов мог заставить его упускать или неверно истолковывать связи, особенно после того, как он начал искать различия вместо сходства. Он провел подробный эксперимент, показывающий, что фокусное расстояние преломляющей собирающей линзы больше для тепла, чем для света, не понимая, что разница в фокусном расстоянии вызвана той же дисперсией, что и призма.

Он измерил эффекты рассеяния и правильно обнаружил, что свет рассеивает больше, чем инфракрасный.Гершель приписал разницу скорее тому, что свет и тепло имеют разную природу, а не как доказательство аналогичного поведения при другом взаимодействии с веществом (поскольку рассеяние зависит от длины волны).

У Гершеля не было ученого понимания причин этих явлений, и он имел ограниченные возможности формулировать математические описания своих открытий. Его сильными сторонами были его практические знания в области оптики в сочетании с мастерством изготовления инструментов и его наблюдательность.

Его заключительный доклад, представленный 6 ноября 1800 г., содержал первый график, показывающий спектральные распределения видимого света и инфракрасного излучения. Он назвал эти кривые «спектром освещения» и «спектром тепла». По вертикальной оси Гершель отложил измеренную температуру и воспринимаемую яркость. Он установил их максимумы равными (формат, названный

пиковая нормализация ) для сравнения относительной протяженности и формы распределений и расположения их максимумов. Для горизонтальной оси, не имея понятия длины волны, он использовал расстояние в зависимости от того, где падают видимые цвета. Горизонтальная ось перевернута по сравнению с сегодняшним соглашением об увеличении длины волны слева направо.

График Гершеля был плодом воображения, проницательности и месяцев кропотливой работы, но он вводил в заблуждение. Его появление, вероятно, стало решающим фактором в его заключении о том, что свет и лучистое тепло в конечном итоге принципиально разные. Как он писал (с областью «ASQA», охватывающей спектр тепла, и «GRQG» — спектром освещения):

Простой просмотр двух фигур…. позволит нам теперь увидеть, насколько по-разному призма рассеивает тепловые лучи и те, которые вызывают засветку, в областях ASQA и GRQG двух наших спектров! Эти лучи не совпадают ни в их средней преломляемости, ни в положении их максимумов. В точке R, где у нас больше всего света, мало тепла; а в точке S, где у нас больше всего тепла, мы вообще не находим света!

Представление данных может сильно повлиять на их интерпретацию. Даже сегодня трудно смотреть на график Гершеля без впечатления, что свет и лучистое тепло — это два разных типа лучей.Обе кривые Гершеля точны, но имеют разные, почти не связанные между собой величины, и их не следует отображать вместе. Его ошибка заключалась не в его основных данных, а в его предположении, что кривые сопоставимы.

Чтобы оценить спектры Гершеля, нам нужно увидеть, как Солнце появилось из деревни Слау во время его измерений. Гершель не записал дату и время, но анализ формы кривой показывает, что данные, вероятно, были получены из его первых экспериментов и, следовательно, были получены где-то в конце февраля или начале марта.Слау находится на 51,5 градусе северной широты, что соответствует зениту Солнца около 61 градуса (29 градусов над горизонтом) в местный полдень.

Если бы измерения Гершеля проводились летом, когда Солнце находится выше в небе, обнаруженный им максимум был бы ближе к центру видимого спектра. Но зимой при более длинном атмосферном пути максимум спектральной освещенности (плотность падающей мощности как функция от длины волны) смещается в сторону красного цвета из-за атмосферного рассеяния более коротких волн.

Компьютерная модель атмосферы использовалась для расчета распределения солнечного излучения, которое освещало призму Гершеля, и кривая была нормализована для сравнения. Гершель скрупулезно записывал свои температуры, но, хотя у него было несколько призм из коронного и бесцветного стекла с разными углами, он не записал, что использовалось в его первых экспериментах. Показанная кривая предполагает, что его призма была короной, которая была распространена в 1800 году, и имела угол 60 градусов.

Сравнение его теплового спектра со спектром Солнца показывает, что Гершель провел удивительно хорошие измерения, учитывая ограничения его инструмента, и что он понятия не имел, как должен выглядеть солнечный спектр.Его кривая смещена в сторону более длинных волн из-за дисперсионной кривой стекла.

Связав показатель преломления с длиной волны, дисперсионная кривая заставляет преломление неравномерно распределять длины волн по целевой доске. В каждом положении, двигаясь в сторону более длинных волн, спектральная ширина или полоса длин волн, которые принимает термометр, постепенно расширяются. Более широкая спектральная ширина содержит больше мощности, что увеличивает показания. Результат дает показания на более длинных волнах, которые имеют больший вес, чем показания на более коротких длинах волн.

Сегодня неоднородный отклик спектрометра можно исправить. Но такая калибровка требует знания длины волны и источника известной мощности излучения, что не было концепцией во времена Гершеля. Смещение его тепловой кривой само по себе не является ошибочным; На самом деле это было счастливой случайностью, потому что она создала температурный тренд, который привел его к инфракрасному свету.

Несмотря на смещение, форма кривой Гершеля подтверждает его первую гипотезу о том, что мощность нагрева солнечного света неравномерно распределена по спектру.Тот факт, что его кривая непрерывна при переходе в инфракрасное излучение, подтверждает его вторую гипотезу о том, что свет и лучистое тепло — это одно и то же.

Что касается спектра освещения, Гершелю должно было казаться логичным изобразить его на том же графике, потому что его первоначальной целью было найти фильтр, который бы максимизировал свет при минимизации тепла. Его кривая была точной, но не отражала то, что он думал.

Гершелю не хватало концепции, неизвестной в 1800 году, но фундаментальной для сегодняшней радиометрии: эффекта отклика сенсора.Показания, полученные с помощью любого прибора или датчика, включая человеческий глаз, являются результатом произведения двух кривых: распределения принятой мощности и кривой отклика прибора, которая включает спектральную передачу всех оптических элементов.

Если прибор реагирует неравномерно, как это делает большинство, то форма отклика отражается на принимаемом излучении таким образом, что его невозможно определить без независимого знания того, как распределяется излучение и как реагирует прибор.Не имея этой концепции, Гершель предположил, что измеренные им спектры точно отражают распределение излучения.

Любой спектр, созданный из того, что видит глаз, будет нулевым за пределами возможностей глаза. В его пределах мощность, получаемая на любой длине волны, будет зависеть от чувствительности глаза к этому цвету. Наибольшая чувствительность, как правильно определил Гершель, — желто-зеленый на длине волны 0,555 мкм.

Цветовое зрение человека сложнее, чем показано, но кривая Международной комиссии по освещению для адаптированных к свету (или

photopic )
глаз иллюстрирует концепцию

(см. рисунок 10).
Ощущение зрения настолько богато информацией, что мы не часто задумываемся о том, насколько узок участок электромагнитного спектра, который мы видим. Из-за его узости форма кривой отклика и ее произведения на солнечный спектр почти идентичны.

В результате спектр освещения Гершеля — это больше карта того, как человеческий глаз реагирует на цвета, чем то, как на самом деле распространяется свет. Он видел форму своей кривой как свидетельство того, что свет неравномерно распределяется по спектру.Его гипотеза была верна, но его данные этого не подтверждали. Он получил бы почти идентичную кривую, даже если бы распределение было равномерным.

К ноябрю 1800 года Гершель приближался к концу того, чего можно было достичь, учитывая знания и технологии его времени. Он также почти наверняка чувствовал необходимость вернуться в астрономию.

В конце концов, вводящий в заблуждение вид его графика и различные ощущения от видения света и ощущения тепла победили все его тщательно собранные доказательства, что привело его к выводу, что эти две энергии в конце концов не одинаковы.Фактически, он так и не пришел к твердому выводу. Ближе всего Гершель снова обратился к философии, на этот раз для того, чтобы возразить против своей первоначальной мысли:

Не похоже, что природа имеет обыкновение использовать один и тот же механизм с любыми двумя нашими чувствами … Неужели мы, напротив, предполагаем, что один и тот же механизм должен быть причиной таких разных ощущений, как тонкое восприятие зрения и самые грубые из всех чувств, которые являются общими для самых грубых частей нашего тела при воздействии тепла?

Этот аргумент не был бы правдоподобным сегодня и, вероятно, казался слабым даже в 1800 году, но это был способ завершить его поиски. Гершель, несомненно, был разочарован, но он достиг большего, чем он или кто-либо из современников предполагал.

Он обнаружил, что лучистое тепло имеет те же оптические свойства, что и свет. Он подтвердил свою гипотезу о том, что мощность нагрева неравномерно распределяется по спектру. Он выполнил первое радиометрическое измерение спектральной мощности излучения в видимом и инфракрасном диапазоне и обнаружил, что это плавная непрерывная кривая.

Наше нынешнее понимание электромагнитного излучения выросло от простых измерений температуры солнечного света Гершелем до математического объединения спектра Джеймсом Клерком Максвеллом в 1861 году и, в конечном итоге, до формулировки квантовой теории Максом Планком в 1900 году.Гершель не смог окончательно доказать, что свет и лучистое тепло — это одно и то же, но его эксперименты предоставили очень веские доказательства и были первым фрагментом головоломки, над которой позже построили другие.

Барр, Э. С. 1960. Исторический обзор раннего развития инфракрасной области спектра.

Американский журнал физики

28:42.
Честер, Т. 1999.

Согласование эксперимента Гершеля.

http://tchester.org/znet/calculations/herschel/index.html
Энглфилд, Х. 1802. Эксперименты по разделению света и тепла посредством преломления. В письме сэра Х. К. Энглфилда, Bart. F.R.S. Томасу Яну, доктору медицины

Журнал естественной философии, химии и искусств: Уильям Николсон.

Лондон: Дж. Дж. И Дж. Робинсон. Vol. III с. 125–130.
http://books.google.com/books?id=6iTPAAAAMAAJ
- Herschel, W. 1800. Исследование способности призматических цветов нагревать и освещать объекты; С замечаниями, доказывающими различную преломляемость лучистого тепла.К этому добавляется исследование метода наблюдения Солнца с помощью телескопов с большой апертурой и большим увеличением.
  
  Философские труды Королевского общества
  
  90: 255–283.
- Гершель, В. 1800. Эксперименты по преломляемости невидимых лучей Солнца.
  
  Философские труды Королевского общества
  
  90: 284–292.
- Гершель В. 1800. Эксперименты с солнечными и земными лучами, вызывающими жару; Со сравнительным обзором законов, которым они подчиняются, чтобы определить, одинаковы они или разные.Часть I и Часть II.
  
  Философские труды Королевского общества
  
  90: 293–326 и 437–538.
- Herschel, W., and J. L.E.Dreyer. 1912 г.
  
  Научные статьи сэра Уильяма Гершеля, том I.
  
  Лондон: Королевское общество и Королевское астрономическое общество, а также Dulau & Co., Ltd.
- Холден, Э. С. 1881.
  
  Сэр Уильям Гершель, его жизнь и творчество
  
  . Лондон: У. Х. Аллен.
  http://books.google.com/books?id=GIwBAAAAQAAJ
- Лесли, Дж.1801. Наблюдения и эксперименты со светом и теплом, с некоторыми замечаниями по поводу запросов доктора Гершеля, касающегося этих объектов.
  
  Журнал естественной философии, химии и искусств: Уильям Николсон.
  
  Лондон: Дж. Дж. И Дж. Робинсон. Vol. IV с. 345.
  http://books.google.com/books?id=tItEAAAAcAAJ
- Ловелл, Д. Дж. 1968. Дилемма Гершеля в интерпретации теплового излучения.
  
  Исида
  
  59: 196.
- Ньютон, I. 1730.
  
  Opticks: или трактат об отражении, преломлении, изгибах и цветах света
  
  .Лондон: Уильям Иннис.
  http://books.google.com/books?id=GnAFAAAAQAAJ
- Янг, Т. 1802. Бейкерская лекция: по теории света и цвета.
  
  Философские труды Королевского общества
  
  92: 12–48.

Что такое инфракрасный порт? | FLIR Systems

Термография и инфракрасный свет

Обычно наше зрение ограничено очень небольшой частью электромагнитного спектра. Тепловая энергия имеет гораздо большую длину волны, чем видимый свет.Фактически, до тех пор, пока человеческий глаз не может этого даже увидеть, как мы не можем видеть радиоволны.

При использовании тепловидения часть воспринимаемого нами спектра значительно расширяется, помогая нам «видеть» и «измерять» тепловую энергию, излучаемую объектом. В отличие от видимого света, в инфракрасном мире все, что имеет температуру выше абсолютного нуля, излучает тепло. Даже очень холодные объекты, например кубики льда, излучают инфракрасное излучение. И видимый свет не влияет на тепловой мир, поэтому вы можете одинаково хорошо видеть как в ярко освещенных, так и в полностью темных условиях.

Электромагнитный спектр

Чем выше температура объекта, тем сильнее излучается ИК-излучение. Инфракрасное излучение позволяет нам видеть то, что не могут видеть наши глаза. Инфракрасные термографические камеры создают изображения невидимого инфракрасного или «теплового» излучения и обеспечивают возможность точного бесконтактного измерения температуры. Почти все нагревается до того, как выйдет из строя, что делает инфракрасные камеры чрезвычайно экономичными и ценными диагностическими инструментами во многих различных областях. А поскольку промышленность стремится повысить эффективность производства, управлять энергопотреблением, улучшить качество продукции и повысить безопасность работников, постоянно появляются новые приложения для инфракрасных камер.

Как работает ИК-камера?

Инфракрасное обнаружение энергии

Инфракрасная камера — это бесконтактное устройство, которое обнаруживает инфракрасную энергию (тепло) и преобразует ее в электронный сигнал, который затем обрабатывается для получения теплового изображения или видео, на котором вы можете выполнять расчет температуры. Тепло, воспринимаемое инфракрасной камерой, может быть очень точно определено количественно или измерено, что позволяет не только контролировать тепловые характеристики, но также определять и оценивать относительную серьезность проблем, связанных с нагревом.

Последние инфракрасные инновации

Последние инновации, в частности технология детекторов, включение встроенной системы визуализации, автоматические функции и разработка программного обеспечения для инфракрасного излучения, обеспечивают более экономичные решения для термического анализа, чем когда-либо прежде.

Инфракрасное излучение — Инфракрасная спектроскопия

Выберите страну / regionUnited StatesCanadaAfghanistanAlbaniaAlgeriaAmerican SamoaAndorraAngolaAnguillaAntarcticaAntigua и BarbudaArgentinaArmeniaArubaAustraliaAustriaAzerbaijanBahamasBahrainBangladeshBarbadosBelarusBelgiumBelizeBeninBermudaBhutanBoliviaBosnia и HerzegovinaBotswanaBouvet IslandBrazilBritish Индийского океана TerritoryBrunei DarussalamBulgariaBurkina FasoBurundiCambodiaCameroonCape VerdeCayman IslandsCentral африканского RepublicChadChileChinaChristmas IslandCocos (Килинг) IslandsColombiaComorosCongoCongo, Демократической Республика ofCook IslandsCosta RicaCote D’IvoireCroatiaCubaCyprusCzech RepublicDenmarkDjiboutiDominicaDominican RepublicEast TimorEcuadorEgyptEl SalvadorEquatorial GuineaEritreaEstoniaEthiopiaFalkland Острова (Мальвинские) Фарерские острова ФиджиФинляндияГермания Югославской Республики МакедонияФранцияФранцузская ГвианаФранцузская ПолинезияФранцузские Южные территорииГабонГамбияГрузияГерманияГанаГибралтарГрецияГренландияГренада eloupeGuamGuatemalaGuineaGuinea-BissauGuyanaHaitiHeard и McDonald IslandsHoly Престол (Ватикан) HondurasHong KongHungaryIcelandIndiaIndonesiaIran (Исламская Республика) IraqIrelandIsraelItalyJamaicaJapanJordanKazakstanKenyaKiribatiKorea, Корейские Народно-Демократической RepKorea, Республика ofKuwaitKyrgyzstanLao Народный Демократической RepLatviaLebanonLesothoLiberiaLibyan Arab JamahiriyaLiechtensteinLithuaniaLuxembourgMacauMadagascarMalawiMalaysiaMaldivesMaliMaltaMarshall IslandsMartiniqueMauritaniaMauritiusMayotteMexicoMicronesia, Федеративные StatesMoldova, Республика ofMonacoMongoliaMontserratMoroccoMozambiqueMyanmarNamibiaNauruNepalNetherlandsNetherlands AntillesNew CaledoniaNew ZealandNicaraguaNigerNigeriaNiueNorfolk IslandNorthern Mariana IslandsNorwayOmanPakistanPalauPanamaPapua Нового GuineaParaguayPeruPhilippinesPitcairnPolandPortugalPuerto RicoQatarReunionRomaniaRussian FederationRwandaSaint HelenaSaint Китс и НевисСент-ЛюсияСент-Пьер и МикелонСамоаСан-МариноСао-Томе и ПринсипиСаудовская Аравия rabiaSenegalSeychellesSierra LeoneSingaporeSlovakiaSloveniaSolomon IslandsSomaliaSouth AfricaSpainSri LankaSth Georgia & Sth Sandwich Институт социальных Винсент и GrenadinesSudanSurinameSvalbard и Ян MayenSwazilandSwedenSwitzerlandSyrian Arab RepublicTaiwan, провинция ChinaTajikistanTanzania, Объединенная Республика ofThailandTogoTokelauTongaTrinidad и TobagoTunisiaTurkeyTurkmenistanTurks и Кайкос IslandsTuvaluUgandaUkraineUnited Арабские EmiratesUnited KingdomUruguayUS Малые отдаленные IslandsUzbekistanVanuatuVenezuelaVietnamVirgin острова (Британские) Виргинские острова (U. S.) Острова Уоллис и ФутунаЗападная СахараЙеменЮгославияЗамбияЗимбабве

Какая польза для здоровья от дальних инфракрасных лучей? — ReKovery MD

Директива Доктора

Несколько исследований показали, что терапия в дальнем инфракрасном диапазоне является безопасным приложением для лечения различных травм и заболеваний с небольшими побочными эффектами. Попробуйте его как дополнение к текущим процедурам. Вы можете использовать мой код скидки TRMDFREEGIFT для бесплатной доставки и бесплатного подарка с любым из этих инфракрасных продуктов!

Что такое дальние инфракрасные лучи?

Солнечный свет, дающий нам свет, также становится энергией, которую живые существа используют для процветания и роста.Мы поглощаем солнечные лучи кожей и глазами, а солнце помогает стимулировать обмен веществ.

Без света наш организм не может усваивать некоторые питательные вещества. Усталость, депрессия, нарушения сна и подавленная функция иммунной системы могут быть результатом недостаточного пребывания на солнце.

Помимо того, что мы видим (видимый свет), большая часть солнечной энергии находится в невидимой части спектра. Инфракрасный свет (или инфракрасная энергия) является одним из них.

В переводе с латыни «инфра» означает «ниже».Красный цвет ассоциируется с самыми длинными волнами и самой низкой частотой видимого света. Инфракрасный свет имеет еще большую длину волны и более низкую частоту, чем красный свет. Он обозначен как «красный ниже».

В пределах инфракрасных частот есть подкатегории: ближний инфракрасный, средний инфракрасный и дальний инфракрасный. Дальние инфракрасные лучи применяются в технологиях здравоохранения.

В отличие от других лучей, дальние инфракрасные лучи не повреждают кожу. Дальний инфракрасный диапазон может помочь нам получить некоторые из преимуществ солнечного света даже без регулярного доступа к нему.

Полоса света согревает предметы, в том числе человеческое тело, не нагревая окружающий воздух. Энергия дальнего инфракрасного диапазона может проникать глубоко в тело. Его воздействие распространяется на кожу и мышцы, сухожилия и связки под поверхностью.

Как дальние инфракрасные лучи используются в лечении?

Одним из распространенных способов использования инфракрасных технологий в больницах являются инфракрасные нагревательные элементы в кроватях для новорожденных, которые используются для согрева новорожденных.

Некоторые из недугов, которые, как было показано, улучшаются с применением терапии дальним инфракрасным излучением (FIR), включают артрит, боль в спине и шее, жесткость суставов, синдром запястного канала и боль в височно-нижнечелюстном суставе (ВНЧС).

Дальний инфракрасный диапазон может улучшить кровообращение в коже и внутренних органах, а также поддерживает здоровье сердечно-сосудистой системы. Дальний инфракрасный свет также был связан с общим улучшением здоровья.

Как работают дальние инфракрасные лучи?

Медицинское обозрение 2012 г. исследовало использование FIR в качестве многообещающего метода лечения определенных заболеваний.

В диапазонах инфракрасного излучения только FIR передает энергию исключительно в виде тепла, которое может восприниматься терморецепторами (специализированными нервными клетками, которые могут определять разницу температур) в коже человека как лучистое тепло.FIR поглощается телом, а также излучается телом в виде излучения черного тела.

«Черное тело» было впервые использовано Густавом Кирхгофом в 1860 году. Вся материя в той или иной степени поглощает электромагнитное излучение. Объект, который поглощает все падающее на него излучение (на всех длинах волн и частот), называется черным телом или идеальным поглотителем. Когда черное тело имеет нормальную температуру, оно излучает эту энергию обратно и называется «излучением черного тела». Оно имеет непрерывную частоту / интенсивность, которая зависит только от температуры черного тела.Вид спектра, который он генерирует, называется спектром Планка.

Длина волны FIR слишком велика, чтобы ее могли заметить глаза. Тело воспринимает свою энергию в виде мягкого лучистого тепла, которое может проникать под кожу на глубину до 1,5 дюймов.

Когда керамика или ткани, излучающие FIR, используются в качестве терапевтических устройств, энергия тела передается этим керамическим частицам, которые действуют как «идеальные поглотители», поддерживают их температуру на достаточно высоком уровне, а затем излучают FIR обратно в тело.Материал, излучающий FIR, предотвращает потерю FIR, которая могла бы выйти через обычную одежду.

Какие продукты используются для лечения дальним инфракрасным излучением?

Благодаря более совершенной технологии для доставки чистого дальнего инфракрасного излучения (FIR), преимущества от его эффектов расширились. Некоторые из продуктов в дальнем инфракрасном диапазоне, которые доступны для лечения травм или улучшения общего состояния здоровья, включают:

Сауны в дальнем инфракрасном диапазоне

Эти специализированные сауны используют свет для создания тепла. Традиционные сауны используют тепло для обогрева воздуха, который согревает ваше тело.Инфракрасные сауны нагревают ваше тело напрямую, не нагревая воздух вокруг. Инфракрасная сауна вызывает реакции, аналогичные реакциям, вызываемым умеренными упражнениями, такими как обильное потоотделение и учащенное сердцебиение, но при более низких температурах, чем традиционная сауна, что делает ее доступной для людей, которые не переносят жару. В некоторых исследованиях, посвященных использованию инфракрасных саун при хронических проблемах со здоровьем, были обнаружены определенные преимущества. Но необходимы более обширные исследования. О побочных эффектах не сообщалось.

Одеяла и маты

Волокна, пропитанные керамическими наночастицами, испускающими FIR, и вплетенные в ткани, используются в качестве одежды и оберток для генерации FIR-излучения.

Одеяла с дальним инфракрасным диапазоном не кажутся очень теплыми на ощупь, но согреют ваше тело изнутри, увеличивая выработку вашим собственным телом энергии в дальнем инфракрасном диапазоне. Он может принести пользу для здоровья, аналогичный пользе для здоровья сауны в дальнем инфракрасном диапазоне или других методов инфракрасной терапии, но при этом более компактный и портативный. Одеяло можно использовать в постели, на полу или в кресле. Это доступный вариант для тех, у кого нет места для установки полноценной инфракрасной сауны. Сообщается, что одеяла и коврики, содержащие диски FIR, улучшают качество сна.

Постельное белье и одежда для сна

Компания Under Armour создала линию одежды для сна и постельного белья, чтобы помочь таким спортсменам, как Том Брэди, восстанавливаться быстрее и эффективнее. Продукция имеет биокерамический рисунок, напечатанный на ткани, который поглощает инфракрасные волны, излучаемые телом, и отправляет обратно к нему энергию в дальней инфракрасной области.

Бинты для суставов в дальнем инфракрасном диапазоне

Бинты на колени, лодыжки, запястья и локти также можно улучшить с помощью технологии дальнего инфракрасного диапазона. FIR добавляет дополнительный заживляющий компонент к опоре, обеспечиваемой скобами для суставов или компрессионной муфтой.

Применение FIR

Одинарные диски FIR применялись к груди женщин, у которых возникли трудности с выработкой грудного молока во время лактации.

Перчатки изготовлены из тканей, излучающих FIR, которые могут использоваться для лечения артрита рук и синдрома Рейно.

Ремни из этих тканей были использованы для снижения веса. В одном исследовании изучали, приводит ли использование одежды из синтетических волокон с порошковой керамикой к уменьшению размеров тела. Данные показали уменьшение размеров тела, и эти изменения могут способствовать улучшению общего состояния здоровья. Другое исследование предполагает, что пояс, излучающий в дальнем инфракрасном диапазоне, может быть использован в качестве эффективного и безопасного немедикаментозного лечения женщин с менструальными спазмами с пролонгированным эффектом после лечения.

Были изучены предметы одежды из неопрена с биокерамическим покрытием в сочетании с кремом для местного применения для лечения целлюлита ног. Шорты надевали на ночь, чтобы улучшить проникновение местных агентов. Было обнаружено, что комбинация одежды FIR и активного местного агента эффективна в уменьшении проявления целлюлита без каких-либо побочных эффектов.

Носки с длинным ворсом показали эффективность при лечении хронической боли в стопе, вызванной диабетической невропатией или другими заболеваниями.

В настоящее время проводятся многочисленные исследования для оценки эффективности FIR-терапии для лечения множества проблем со здоровьем, включая рак, миому матки, заболевания почек, остеоартрит, болезнь Паркинсона, биполярное расстройство, болезнь Хантингтона, деменцию, рассеянный склероз, реабилитацию после инсульта и многое другое.

Есть ли опасность или побочные эффекты для дальних инфракрасных лучей?

Не сообщалось о серьезных побочных эффектах при использовании энергии в дальней инфракрасной области. В целом это безопасно и эффективно.Но если вы беременны или страдаете от острой травмы или болезни, лучше проконсультироваться с врачом, прежде чем включать терапию в дальней инфракрасной области.

Итог

Несмотря на все эти различные медицинские применения FIR, точные механизмы воздействия FIR-излучения все еще плохо изучены.