تتوافق الأشعة تحت الحمراء مع مجموعة من الأطوال الموجية الكهرومغناطيسية. الأشعة تحت الحمراء: التأثير على جسم الإنسان، تأثير الأشعة، خصائصها، فوائدها وأضرارها، العواقب المحتملة

لاحظ ويليام هيرشل لأول مرة أنه خلف الحافة الحمراء لطيف الشمس المشتق من منشور الشمس، كان هناك إشعاع غير مرئي تسبب في ارتفاع درجة حرارة مقياس الحرارة. وقد سمي هذا الإشعاع فيما بعد بالحرارة أو الأشعة تحت الحمراء.

الأشعة تحت الحمراء القريبة تشبه إلى حد كبير الضوء المرئي ويتم اكتشافها بواسطة نفس الأجهزة. يستخدم الأشعة تحت الحمراء المتوسطة والبعيدة مقاييس البول للكشف عن التغييرات.

كوكب الأرض بأكمله وكل الأشياء الموجودة عليه، حتى الجليد، يلمع في نطاق الأشعة تحت الحمراء المتوسط. ونتيجة لذلك، لا ترتفع درجة حرارة الأرض بسبب حرارة الشمس. ولكن ليس كل الأشعة تحت الحمراء تمر عبر الغلاف الجوي. لا يوجد سوى عدد قليل من نوافذ الشفافية، أما بقية الإشعاع فيمتصه ثاني أكسيد الكربون وبخار الماء والميثان والأوزون وغيرها من الغازات الدفيئة التي تمنع الأرض من التبريد السريع.

بسبب امتصاص الغلاف الجوي والإشعاع الحراري من الأجسام، يتم أخذ تلسكوبات الأشعة تحت الحمراء المتوسطة والبعيدة إلى الفضاء وتبريدها إلى درجة حرارة النيتروجين السائل أو حتى الهيليوم.

يعد نطاق الأشعة تحت الحمراء أحد أكثر المجالات إثارة للاهتمام بالنسبة لعلماء الفلك. ويحتوي على غبار كوني مهم لتكوين النجوم وتطور المجرات. يمر الأشعة تحت الحمراء عبر سحب الغبار الكوني بشكل أفضل من الإشعاع المرئي ويسمح للمرء برؤية الأجسام التي لا يمكن مراقبتها في أجزاء أخرى من الطيف.

مصادر

جزء مما يسمى بحقول هابل العميقة. وفي عام 1995، قام تلسكوب فضائي بجمع الضوء القادم من جزء واحد من السماء لمدة 10 أيام. وهذا جعل من الممكن رؤية المجرات الخافتة للغاية على بعد يصل إلى 13 مليار سنة ضوئية (أقل من مليار سنة من الانفجار الكبير). يخضع الضوء المرئي من هذه الأجسام البعيدة لتحول أحمر كبير ويصبح تحت الأحمر.

تم إجراء عمليات الرصد في منطقة بعيدة عن مستوى المجرة، حيث لا يمكن رؤية سوى عدد قليل نسبيًا من النجوم. ولذلك، فإن معظم الأجسام المسجلة هي مجرات في مراحل مختلفة من التطور.

تقع المجرة الحلزونية العملاقة، والتي تسمى أيضًا M104، في مجموعة من المجرات في كوكبة العذراء وهي مرئية لنا تقريبًا من الحافة. ولها انتفاخ مركزي ضخم (سماكة كروية في وسط المجرة) وتحتوي على حوالي 800 مليار نجم - أي أكثر من 2-3 مرات من مجرة ​​درب التبانة.

يوجد في مركز المجرة ثقب أسود هائل تبلغ كتلته حوالي مليار كتلة شمسية. ويتم تحديد ذلك من خلال سرعة حركة النجوم القريبة من مركز المجرة. في الأشعة تحت الحمراء، يمكن رؤية حلقة من الغاز والغبار بوضوح في المجرة، حيث تولد النجوم بشكل نشط.

أجهزة الاستقبال

قطر المرآة الرئيسية 85 سممصنوعة من البريليوم وتبريدها إلى درجة حرارة 5.5 للتقليل الأشعة تحت الحمراء الخاصة بالمرآة.

تم إطلاق التلسكوب في أغسطس 2003 في إطار البرنامج مراصد ناسا الأربعة الكبرى، مشتمل:

• مرصد كومبتون لأشعة جاما (1991-2000، 20 كيلو فولت-30 جيف)، انظر السماء عند 100 ميغا إلكترون فولت من أشعة غاما،
• مرصد شاندرا للأشعة السينية (1999، 100 فولت-10 كيلو فولت),
• تلسكوب هابل الفضائي (1990، 100–2100 نانومتر),
• تلسكوب سبيتزر للأشعة تحت الحمراء (2003، 3–180 ميكرومتر).

ومن المتوقع أن يبلغ عمر تلسكوب سبيتزر حوالي 5 سنوات. حصل التلسكوب على اسمه تكريما لعالم الفيزياء الفلكية ليمان سبيتزر (1914-1997)، الذي نشر في عام 1946، قبل وقت طويل من إطلاق أول قمر صناعي، مقالة بعنوان "مزايا علم الفلك لمرصد خارج كوكب الأرض"، وبعد 30 عاما أقنع ناسا و الكونجرس الأمريكي للبدء في تطوير تلسكوب فضائي هابل."

تقييمات سكاي

السماء القريبة من الأشعة تحت الحمراء 1-4 ميكرومتروفي نطاق الأشعة تحت الحمراء المتوسطة 25 ميكرومتر(كوبي/ديربي)

في نطاق الأشعة تحت الحمراء القريبة، تكون المجرة مرئية بشكل أكثر وضوحًا مما هي عليه في المرئي.

ولكن في نطاق الأشعة تحت الحمراء المتوسط، تكون المجرة بالكاد مرئية. يعوق الغبار الموجود في النظام الشمسي عمليات الرصد بشكل كبير. وهي تقع على طول مستوى مسير الشمس، الذي يميل إلى مستوى المجرة بزاوية تبلغ حوالي 50 درجة.

تم الحصول على كلا الاستطلاعين بواسطة أداة DIRBE (تجربة الخلفية بالأشعة تحت الحمراء المنتشرة) الموجودة على متن القمر الصناعي COBE (مستكشف الخلفية الكونية). أنتجت هذه التجربة، التي بدأت عام 1989، خرائط كاملة لسطوع السماء بالأشعة تحت الحمراء يتراوح من 1.25 إلى 240 درجة. ميكرومتر.

التطبيق الأرضي

يعتمد الجهاز على محول إلكتروني بصري (EOC)، والذي يسمح لك بتضخيم الضوء المرئي أو الأشعة تحت الحمراء الضعيفة بشكل كبير (من 100 إلى 50 ألف مرة).

تقوم العدسة بإنشاء صورة على الكاثود الضوئي، والتي، كما هو الحال في PMT، يتم إخراج الإلكترونات. ثم يتم تسريعها بالجهد العالي (10-20 كيلو فولت) ، يتم تركيزها بواسطة البصريات الإلكترونية (مجال كهرومغناطيسي بتكوين محدد خصيصًا) وتقع على شاشة الفلورسنت المشابهة للتلفزيون. عليه يتم عرض الصورة من خلال العدسات.

إن تسريع الإلكترونات الضوئية يجعل من الممكن في ظروف الإضاءة المنخفضة استخدام كل كمية من الضوء حرفيًا للحصول على صورة، ولكن في الظلام الدامس يلزم وجود إضاءة خلفية. ولكي لا يكشفوا عن وجود مراقب، يستخدمون مصباحًا قريبًا من الأشعة تحت الحمراء (760-3000) نانومتر).

هناك أيضًا أجهزة تكتشف الإشعاع الحراري للأجسام في نطاق الأشعة تحت الحمراء المتوسط ​​(8-14 ميكرومتر). تسمى هذه الأجهزة أجهزة التصوير الحراري، فهي تسمح لك بملاحظة شخص أو حيوان أو محرك ساخن بسبب التباين الحراري مع الخلفية المحيطة.

كل الطاقة التي يستهلكها السخان الكهربائي تتحول في النهاية إلى حرارة. يتم نقل جزء كبير من الحرارة عن طريق الهواء، الذي يتلامس مع السطح الساخن، ويتوسع ويرتفع، بحيث يتم تسخين السقف بشكل أساسي.

ولتجنب ذلك، يتم تجهيز السخانات بمراوح تقوم بتوجيه الهواء الدافئ، على سبيل المثال، إلى قدم الشخص وتساعد على خلط الهواء في الغرفة. ولكن هناك طريقة أخرى لنقل الحرارة إلى الأجسام المحيطة: الأشعة تحت الحمراء من المدفأة. كلما كان السطح أكثر سخونة وكلما كانت مساحته أكبر، كلما كان أقوى.

لزيادة المساحة، يتم إجراء مشعات مسطحة. ومع ذلك، لا يمكن أن تكون درجة حرارة السطح مرتفعة. تستخدم نماذج السخانات الأخرى دوامة يتم تسخينها إلى عدة مئات من الدرجات (الحرارة الحمراء) وعاكس معدني مقعر يخلق تيارًا موجهًا من الأشعة تحت الحمراء.

وفي عام 1800، أعلن العالم ويليام هيرشل اكتشافه في اجتماع للجمعية الملكية في لندن. قام بقياس درجات الحرارة خارج الطيف واكتشف أشعة غير مرئية ذات قوة تسخين كبيرة. أجرى التجربة باستخدام مرشحات التلسكوب. ولاحظ أنها تمتص الضوء والحرارة من أشعة الشمس بدرجات متفاوتة.

وبعد 30 عامًا، تم إثبات وجود أشعة غير مرئية تقع خلف الجزء الأحمر من الطيف الشمسي المرئي بشكل لا يقبل الجدل. وقد أطلق الفرنسي بيكريل على هذا الإشعاع اسم الأشعة تحت الحمراء.

خصائص الأشعة تحت الحمراء

يتكون طيف الأشعة تحت الحمراء من خطوط ونطاقات فردية. ولكنها يمكن أن تكون مستمرة أيضًا. كل هذا يتوقف على مصدر الأشعة تحت الحمراء. بمعنى آخر، ما يهم هو الطاقة الحركية أو درجة حرارة الذرة أو الجزيء. أي عنصر في الجدول الدوري له خصائص مختلفة عند درجات حرارة مختلفة.

على سبيل المثال، فإن أطياف الأشعة تحت الحمراء للذرات المثارة، بسبب الحالة النسبية لبقية حزمة النواة، سيكون لها أطياف الأشعة تحت الحمراء ذات خط صارم. والجزيئات المثارة مخططة وموجودة بشكل عشوائي. كل شيء لا يعتمد فقط على آلية تراكب الأطياف الخطية لكل ذرة. ولكن أيضًا من تفاعل هذه الذرات مع بعضها البعض.

مع ارتفاع درجة الحرارة، تتغير الخصائص الطيفية للجسم. وبالتالي، فإن المواد الصلبة والسوائل الساخنة تنبعث منها طيف الأشعة تحت الحمراء المستمر. عند درجات حرارة أقل من 300 درجة مئوية، يكون إشعاع المادة الصلبة المسخنة بالكامل في منطقة الأشعة تحت الحمراء. تعتمد دراسة موجات الأشعة تحت الحمراء وتطبيق أهم خصائصها على نطاق درجة الحرارة.

الخصائص الرئيسية للأشعة تحت الحمراء هي الامتصاص وزيادة تسخين الأجسام. يختلف مبدأ نقل الحرارة بواسطة سخانات الأشعة تحت الحمراء عن مبادئ الحمل الحراري أو التوصيل. أثناء وجوده في تدفق الغازات الساخنة، يفقد الجسم قدرًا ما من الحرارة طالما أن درجة حرارته أقل من درجة حرارة الغاز الساخن.

والعكس صحيح: إذا قامت بواعث الأشعة تحت الحمراء بإشعاع جسم ما، فهذا لا يعني أن سطحه يمتص هذا الإشعاع. ويمكنه أيضًا أن يعكس الأشعة أو يمتصها أو ينقلها دون خسارة. دائمًا تقريبًا، يمتص الجسم المشعع جزءًا من هذا الإشعاع، ويعكس جزءًا وينقل جزءًا منه.

لا تنبعث جميع الأجسام المضيئة أو الأجسام الساخنة من موجات الأشعة تحت الحمراء. على سبيل المثال، مصابيح الفلورسنت أو لهب موقد الغاز لا تحتوي على مثل هذا الإشعاع. يعتمد مبدأ تشغيل مصابيح الفلورسنت على التوهج (التألق الضوئي). طيفها هو الأقرب إلى طيف ضوء النهار، الضوء الأبيض. ولذلك، لا يوجد تقريبا أي إشعاع الأشعة تحت الحمراء فيه. وأعلى شدة للإشعاع الصادر عن لهب موقد الغاز تحدث عند الطول الموجي الأزرق. الأشعة تحت الحمراء للأجسام الساخنة المذكورة ضعيفة للغاية.

هناك أيضًا مواد شفافة للضوء المرئي، ولكنها غير قادرة على نقل الأشعة تحت الحمراء. على سبيل المثال، لن تنقل طبقة من الماء يبلغ سمكها عدة سنتيمترات الأشعة تحت الحمراء بطول موجي أكبر من 1 ميكرون. وفي هذه الحالة يستطيع الإنسان تمييز الأشياء الموجودة في الأسفل بالعين المجردة.

الأشعة تحت الحمراء. اكتشاف الأشعة تحت الحمراء

التعريف 1

تحت الأشعة تحت الحمراء(IR) يشير إلى شكل من أشكال الطاقة أو طريقة التدفئة التي يتم من خلالها نقل الحرارة من جسم إلى جسم آخر.

خلال حياته، يتعرض الشخص باستمرار للأشعة تحت الحمراء ويكون قادرًا على الشعور بهذه الطاقة كحرارة قادمة من جسم ما. يتم إدراك الأشعة تحت الحمراء جلد الإنسانفالعيون لا ترى في هذا الطيف.

مصدر طبيعيارتفاع درجة الحرارة هو نجمنا. ترتبط درجة حرارة التسخين بالطول الموجي للأشعة تحت الحمراء، وهي الموجات القصيرة، والموجات المتوسطة، والموجات الطويلة.

الطول الموجي القصيرلديه درجة حرارة عالية وإشعاع شديد. مرة أخرى في 1800 دولار، عالم فلك إنجليزي دبليو هيرشلأدلى بملاحظات للشمس. أثناء دراسة النجم، كان يبحث عن طريقة تقلل من تسخين الأداة التي أجريت بها هذه الدراسات. وفي إحدى مراحل عمله، اكتشف العالم أن وراء المشبعة بالأحمرتقع " أقصى قدر من الحرارة" وكانت الدراسة بداية الدراسة الأشعة تحت الحمراء.

إذا في وقت سابق مصادركانت الأشعة تحت الحمراء في المختبر بمثابة أجسام ساخنة أو تفريغ كهربائي في الغازات، في يومنا هذا تم إنشاء المصادر الحديثةالأشعة تحت الحمراء ذات تردد يمكن تعديله أو تثبيته. وهي تعتمد على ليزر الحالة الصلبة والغاز الجزيئي.

في بالقرب من الأشعة تحت الحمراء(حوالي 1.3$ ميكرون) لتسجيل الإشعاع الذي يستخدمونه بشكل خاص لوحات فوتوغرافية.

في الأشعة تحت الحمراء البعيدةيتم تسجيل الإشعاع مقاييس البول- وهي أجهزة كاشفة حساسة للتسخين بواسطة الأشعة تحت الحمراء.

موجات الأشعة تحت الحمراء لديها أطوال مختلفةلذا فإن قدرتها على الاختراق ستكون مختلفة أيضًا.

موجة طويلةالأشعة القادمة من الشمس، على سبيل المثال، بهدوء تمر عبر الغلاف الجوي للأرضوفي نفس الوقت دون تسخينه. من خلال اختراق الأجسام الصلبة، فإنها تزيد من درجة حرارتها، لذلك فهي ذات أهمية كبيرة لجميع أشكال الحياة على هذا الكوكب الإشعاع البعيد.

ومن المثير للاهتمام أن في مكياج تعويضي مستمرالتي تحتاجها جميع الكائنات الحية، والتي تنبعث منها أيضًا نفس طيف الحرارة. وفي حالة عدم وجود مثل هذه التغذية، تنخفض درجة حرارة الجسم الحي، مما يجعله عرضة لمختلف أنواع العدوى. هذا إعادة شحن إضافيةعلى شكل أشعة تحت حمراء، كما يقول العلماء، مفيدة إلى حد مامن الضارة.

ملاحظة 1

وقد أجرى الخبراء العديد من التجارب على الحيوانات، والتي أظهرت ذلك الأشعة تحت الحمراءقمع نمو الخلايا السرطانية، وتدمير عدد من الفيروسات، وتحييد الآثار المدمرة للموجات الكهرومغناطيسية. الأشعة تحت الحمراء طويلة الموجةزيادة كمية الأنسولين التي ينتجها الجسم وتحييد آثار التعرض للإشعاع.

تطبيقات الأشعة تحت الحمراء

يستخدم الأشعة تحت الحمراء على نطاق واسع في الحياة اليومية وفي مختلف مجالات النشاط البشري.

مجالات تطبيقها الرئيسية هي:

التصوير الحراري. يسمح لك الأشعة تحت الحمراء بتحديد درجة حرارة الأجسام الموجودة على مسافة ما. ويستخدم التصوير الحراري على نطاق واسع في التطبيقات الصناعية والعسكرية، ويمكن لكاميراته اكتشاف الأشعة تحت الحمراء وإنتاج صورة لهذا الإشعاع. باستخدام الكاميرات الحرارية، يمكنك "رؤية" كل شيء قريب دون أي إضاءة لأن جميع الأجسام الساخنة تنبعث منها الأشعة تحت الحمراء.

تتبع. يستخدم التتبع بالأشعة تحت الحمراء عند توجيه الصواريخ، حيث يتم إدخال جهاز يسمى “ الباحثين عن الحرارة" نتيجة لحقيقة أن محركات الآلات والآليات، والشخص نفسه، تنبعث منها الحرارة، ستكون مرئية بوضوح في نطاق الأشعة تحت الحمراء، ومن هنا يمكن للصواريخ العثور بسهولة على اتجاه الرحلة.

التدفئة.كمصدر للحرارة، تعمل الأشعة تحت الحمراء على زيادة درجة الحرارة ولها آثار مفيدة على صحة الإنسان، على سبيل المثال. حمامات البخار بالأشعة تحت الحمراء، والذي يوجد الكثير من الحديث عنه اليوم. يتم استخدامها في علاج ارتفاع ضغط الدم وفشل القلب والتهاب المفاصل الروماتويدي.

علم الارصاد الجوية. يتم تحديد ارتفاع السحب ودرجة حرارة سطح الماء واليابسة من خلال الأقمار الصناعية التي تلتقط صورًا بالأشعة تحت الحمراء. وفي مثل هذه الصور، يتم تلوين السحب الباردة باللون الأبيض، بينما يتم تلوين السحب الدافئة باللون الرمادي. السطح الساخن للأرض مطلي باللون الأسود أو الرمادي.

الفلك.عند مراقبة الأجرام السماوية، يستخدم علماء الفلك تلسكوبات خاصة تعمل بالأشعة تحت الحمراء. وبفضل هذه التلسكوبات، تمكن العلماء من التعرف على النجوم الأولية قبل أن ينبعث منها الضوء المرئي، ويميزون الأجسام الباردة، ويراقبون نوى المجرات.

فن. وهنا وجدت الأشعة تحت الحمراء التطبيق. نقاد الفن بفضل الأشعة تحت الحمراء انعكاسات، انظر الطبقات السفلية من اللوحات، اسكتشات الفنان. يساعد هذا الجهاز على تمييز الأصل عن النسخة، والأخطاء في أعمال الترميم. وبمساعدتها، تتم دراسة الوثائق المكتوبة القديمة.

الدواء.الخصائص العلاجية للعلاج بالأشعة تحت الحمراء معروفة على نطاق واسع. يعتبر الطين الساخن والرمل والملح منذ فترة طويلة علاجًا وله تأثير مفيد على جسم الإنسان. يساعد الأشعة تحت الحمراء في علاج الكسور وتحسين التمثيل الغذائي في الجسم ومحاربة السمنة وتعزيز التئام الجروح وتحسين الدورة الدموية ويكون له تأثير مفيد على المفاصل والعضلات.

بالإضافة إلى ذلك، يتم استخدام التأثيرات العلاجية للأمراض:

1. التهاب الشعب الهوائية المزمن والربو القصبي.
2. التهاب رئوي؛
3. التهاب المرارة المزمن وتفاقمه.
4. التهاب البروستاتا مع ضعف الفاعلية.
5. التهاب المفصل الروماتويدي؛
6. لأمراض المسالك البولية وغيرها.

من أجل استخدام الأشعة تحت الحمراء للأغراض الطبية، من الضروري أن تأخذ في الاعتبار موانع.

يمكن أن تسبب ضررًا كبيرًا:

1. عندما يصاب الشخص بأمراض قيحية؛
2. نزيف خفي
3. أمراض الدم؛
4. الأورام، وقبل كل شيء، الأورام الخبيثة؛
5. الأمراض الالتهابية، في أغلب الأحيان حادة.

الأشعة تحت الحمراء على الموجة القصيرةتؤثر سلباً على أنسجة المخ البشري، مما يؤدي إلى “ ضربة شمس" الضرر في هذه الحالة واضح. يعاني الشخص من الصداع، ويصبح النبض والتنفس سريعين، وتصبح الرؤية مظلمة، ومن الممكن فقدان الوعي. مع مزيد من التشعيع، لا يستطيع الجسم تحمله - يحدث تورم في أنسجة وأغشية الدماغ، وتظهر أعراض التهاب الدماغ والتهاب السحايا. موجات قصيرةيحدث ضرر شديد بشكل خاص للعيون البشرية ونظام القلب والأوعية الدموية.

ملاحظة 2

وهكذا يتبين أن فوائد الأشعة تحت الحمراء على الجسم، رغم سلبياتها، كبيرة.

حماية من الأشعة تحت الحمراء

وللحد من الضرر الناجم عن الأشعة تحت الحمراء والحماية منها، تم وضع معايير للأشعة تحت الحمراء الآمنة للبشر.

تدابير الحماية الأساسية:

1. يجب استبدال التقنيات القديمة بتقنيات حديثة، مما سيقلل من شدة مصدر الإشعاع؛
2. استخدام الحواجز المصنوعة من الشبكات والسلاسل المعدنية، وتبطين فتحات الأفران المفتوحة بمادة الأسبستوس؛
3. الحماية الشخصية الإلزامية، وقبل كل شيء، حماية العين باستخدام نظارات مزودة بمرشحات للضوء؛
4. حماية الجسم بملابس عمل من الكتان أو نصف الكتان؛
5. النظام العقلاني للعمل والراحة؛
6. التدابير الطبية والوقائية الإلزامية للموظفين.

من أجل فهم مبدأ تشغيل بواعث الأشعة تحت الحمراء، فمن الضروري أن نتخيل جوهر هذه الظاهرة الفيزيائية مثل الأشعة تحت الحمراء.

نطاق الأشعة تحت الحمراء والطول الموجي

الأشعة تحت الحمراء هي نوع من الإشعاع الكهرومغناطيسي الذي يشغل النطاق من 0.77 إلى 340 ميكرون في طيف الموجات الكهرومغناطيسية. في هذه الحالة، يعتبر النطاق من 0.77 إلى 15 ميكرون موجة قصيرة، ومن 15 إلى 100 ميكرون - موجة متوسطة، ومن 100 إلى 340 - موجة طويلة.

الجزء القصير الموجة من الطيف مجاور للضوء المرئي، والجزء الطويل الموجة يندمج مع منطقة موجات الراديو فائقة القصر. ولذلك، فإن الأشعة تحت الحمراء لها خصائص الضوء المرئي (تنتشر في خط مستقيم، وتنعكس، وتنكسر مثل الضوء المرئي) وخصائص موجات الراديو (يمكن أن تمر عبر بعض المواد غير الشفافة للإشعاع المرئي).

بواعث الأشعة تحت الحمراء مع درجة حرارة سطحية من 700 درجة مئوية إلى 2500 درجة مئوية لها طول موجي يتراوح بين 1.55-2.55 ميكرون وتسمى "الضوء" - في الطول الموجي فهي أقرب إلى الضوء المرئي، والبواعث ذات درجة حرارة السطح المنخفضة لها طول موجي أطول وتسمى " مظلم".

مصادر الأشعة تحت الحمراء

بشكل عام، أي جسم يتم تسخينه إلى درجة حرارة معينة يبعث طاقة حرارية في نطاق الأشعة تحت الحمراء لطيف الموجات الكهرومغناطيسية ويمكنه نقل هذه الطاقة من خلال التبادل الحراري الإشعاعي إلى أجسام أخرى. يحدث نقل الطاقة من جسم درجة حرارته أعلى إلى جسم درجة حرارته أقل، في حين أن الأجسام المختلفة لها قدرات انبعاثية وامتصاصية مختلفة، والتي تعتمد على طبيعة الجسمين وحالة سطحهما وما إلى ذلك.

الإشعاع الكهرومغناطيسي له طابع الكم الضوئي. عند التفاعل مع المادة، تمتص ذرات المادة الفوتون، وتنقل طاقتها إليها. وفي نفس الوقت تزداد طاقة الاهتزازات الحرارية للذرات في جزيئات المادة أي. تتحول طاقة الإشعاع إلى حرارة.

جوهر التسخين الإشعاعي هو أن الموقد، كونه مصدرًا للإشعاع، يولد ويتشكل في الفضاء ويوجه الإشعاع الحراري إلى منطقة التسخين. يقع على الهياكل المحيطة (الأرضيات والجدران)، والمعدات التكنولوجية، والأشخاص في منطقة التشعيع، ويتم امتصاصهم من قبلهم وتسخينهم. يخلق تدفق الإشعاع، الذي تمتصه الأسطح والملابس وجلد الإنسان، راحة حرارية دون زيادة درجة الحرارة المحيطة. الهواء في الغرف الساخنة، مع بقائه شفافًا تقريبًا للأشعة تحت الحمراء، يتم تسخينه بسبب "الحرارة الثانوية"، أي. الحمل الحراري من الهياكل والأشياء التي يتم تسخينها بواسطة الإشعاع.

خصائص وتطبيقات الأشعة تحت الحمراء

لقد ثبت أن التعرض لتسخين الأشعة تحت الحمراء له تأثير مفيد على البشر. إذا تم إدراك الإشعاع الحراري بطول موجي أكبر من 2 ميكرون بشكل أساسي عن طريق الجلد مع توصيل الطاقة الحرارية الناتجة إلى الداخل، فإن الإشعاع بطول موجي يصل إلى 1.5 ميكرون يخترق سطح الجلد، ويسخنه جزئيًا، ويصل إلى شبكة الجلد. الأوعية الدموية ويرفع درجة حرارة الدم بشكل مباشر. عند كثافة معينة من تدفق الحرارة، فإن تأثيرها يسبب إحساسًا حراريًا لطيفًا. في عملية التسخين الإشعاعي، يطلق جسم الإنسان معظم حرارته الزائدة عن طريق الحمل الحراري إلى الهواء المحيط، الذي تكون درجة حرارته أقل. هذا النوع من نقل الحرارة له تأثير منعش وله تأثير مفيد على الصحة.

في بلدنا، تم إجراء دراسة تكنولوجيا التدفئة بالأشعة تحت الحمراء منذ الثلاثينيات، سواء فيما يتعلق بالزراعة أو الصناعة.

لقد مكنت الدراسات الطبية والبيولوجية التي تم إجراؤها من إثبات أن أنظمة التدفئة بالأشعة تحت الحمراء تلبي بشكل كامل تفاصيل مباني الماشية مقارنة بأنظمة التدفئة المركزية أو الهواء بالحمل الحراري. بادئ ذي بدء، يرجع ذلك إلى حقيقة أنه مع تسخين الأشعة تحت الحمراء، فإن درجة حرارة الأسطح الداخلية للأسوار، وخاصة الأرضية، تتجاوز درجة حرارة الهواء في الغرفة. هذا العامل له تأثير مفيد على التوازن الحراري للحيوانات، والقضاء على فقدان الحرارة الشديد.

تعمل أنظمة الأشعة تحت الحمراء، جنبًا إلى جنب مع أنظمة التهوية الطبيعية، على ضمان انخفاض رطوبة الهواء النسبية إلى القيم القياسية (في مزارع الخنازير وحظائر العجول إلى 70-75٪ أو أقل).

ونتيجة لتشغيل هذه الأنظمة، تصل ظروف درجة الحرارة والرطوبة في المبنى إلى معايير مناسبة.

إن استخدام أنظمة التدفئة الإشعاعية للمباني الزراعية لا يسمح فقط بخلق الظروف المناخية المحلية اللازمة، بل يسمح أيضًا بتكثيف الإنتاج. في العديد من المزارع في باشكيريا (المزرعة الجماعية التي تحمل اسم لينين، المزرعة الجماعية التي تحمل اسم نوريمانوف)، زاد إنتاج النسل بشكل ملحوظ بعد إدخال التدفئة بالأشعة تحت الحمراء (زيادة الترعيف في الشتاء بمقدار 4 مرات)، وزادت سلامة الحيوانات الصغيرة (من 72.8% إلى 97.6%.

حاليًا، تم تركيب نظام التدفئة بالأشعة تحت الحمراء وتشغيله لموسم واحد في مؤسسة Chuvash Broiler في ضواحي تشيبوكساري. وفقًا لمراجعات مديري المزارع، خلال فترة درجات الحرارة الدنيا في فصل الشتاء -34-36 درجة مئوية، عمل النظام دون انقطاع ووفر الحرارة اللازمة لتربية الدواجن من أجل اللحوم (مسكن الأرضية) لمدة 48 يومًا. ويدرسون حاليًا مسألة تجهيز بيوت الدواجن المتبقية بأنظمة الأشعة تحت الحمراء.

الأشعة تحت الحمراء هي نوع طبيعي من الإشعاع. ويتعرض لها كل إنسان كل يوم. يصل جزء كبير من طاقة الشمس إلى كوكبنا على شكل أشعة تحت حمراء. ومع ذلك، في العالم الحديث هناك العديد من الأجهزة التي تستخدم الأشعة تحت الحمراء. ويمكن أن تؤثر على جسم الإنسان بطرق مختلفة. هذا يعتمد إلى حد كبير على نوع والغرض من استخدام هذه الأجهزة نفسها.

ما هو عليه

الأشعة تحت الحمراء، أو الأشعة تحت الحمراء، هي نوع من الإشعاع الكهرومغناطيسي الذي يشغل المنطقة الطيفية من الضوء المرئي الأحمر (الذي يبلغ طوله الموجي 0.74 ميكرون) إلى الإشعاع الراديوي قصير الموجة (الذي يبلغ طوله الموجي 1-2 ملم). هذه منطقة واسعة إلى حد ما من الطيف، لذا فهي مقسمة إلى ثلاث مناطق:

• قريب (0.74 - 2.5 ميكرومتر)؛
• متوسطة (2.5 - 50 ميكرون)؛
• طويلة المدى (50-2000 ميكرون).

تاريخ الاكتشاف

في عام 1800، لاحظ عالم من إنجلترا دبليو هيرشل أنه في الجزء غير المرئي من الطيف الشمسي (ما وراء الضوء الأحمر) تزداد درجة حرارة مقياس الحرارة. وبعد ذلك تم إثبات خضوع الأشعة تحت الحمراء لقوانين البصريات وتم التوصل إلى استنتاج حول علاقتها بالضوء المرئي.

بفضل أعمال الفيزيائي السوفيتي A. A. Glagoleva-Arkadyeva، الذي تلقى في عام 1923 موجات الراديو مع 80 = 80 ميكرون (نطاق الأشعة تحت الحمراء)، تم إثبات وجود انتقال مستمر من الإشعاع المرئي إلى الأشعة تحت الحمراء وموجات الراديو تجريبيا. وهكذا، تم التوصل إلى نتيجة حول طبيعتها الكهرومغناطيسية المشتركة.

كل شيء في الطبيعة تقريبًا قادر على إصدار أطوال موجية تتوافق مع طيف الأشعة تحت الحمراء، مما يعني أن جسم الإنسان ليس استثناءً. نعلم جميعًا أن كل شيء حولنا يتكون من ذرات وأيونات، حتى البشر. وهذه الجسيمات المثارة قادرة على الانبعاث، ويمكن أن تدخل في حالة مثارة تحت تأثير عوامل مختلفة، على سبيل المثال، التفريغ الكهربائي أو عند تسخينها. وبالتالي، في طيف الانبعاث لهب موقد الغاز، يوجد نطاق به 2.7 = μm من جزيئات الماء و 4.2 = μm من ثاني أكسيد الكربون.

موجات الأشعة تحت الحمراء في الحياة اليومية والعلوم والصناعة

باستخدام أجهزة معينة في المنزل والعمل، نادرًا ما نسأل أنفسنا عن تأثير الأشعة تحت الحمراء على جسم الإنسان. وفي الوقت نفسه، سخانات الأشعة تحت الحمراء تحظى بشعبية كبيرة اليوم. ما يميزها بشكل أساسي عن مشعات الزيت والمسخنات الحرارية هو قدرتها على تسخين ليس الهواء نفسه مباشرة، ولكن جميع الأشياء الموجودة في الغرفة. أي أن الأثاث والأرضيات والجدران تسخن أولاً، ثم تطلق حرارتها إلى الغلاف الجوي. وفي الوقت نفسه، تؤثر الأشعة تحت الحمراء أيضًا على الكائنات الحية - البشر وحيواناتهم الأليفة.

كما تستخدم الأشعة تحت الحمراء على نطاق واسع في نقل البيانات والتحكم عن بعد. تحتوي العديد من الهواتف المحمولة على منافذ للأشعة تحت الحمراء لمشاركة الملفات فيما بينها. وجميع أجهزة التحكم عن بعد الخاصة بمكيفات الهواء وأنظمة الاستريو والتلفزيونات وبعض ألعاب الأطفال التي يتم التحكم فيها تستخدم أيضًا الأشعة الكهرومغناطيسية في نطاق الأشعة تحت الحمراء.

استخدام الأشعة تحت الحمراء في الجيش والملاحة الفضائية

الأشعة تحت الحمراء هي الأكثر أهمية بالنسبة للصناعات الفضائية والعسكرية. يتم إنشاء مناظير ومشاهد مختلفة وما إلى ذلك على أساس الكاثودات الضوئية ذات الحساسية للأشعة تحت الحمراء (حتى 1.3 ميكرون). إنها تسمح، مع تشعيع الأجسام بالأشعة تحت الحمراء في نفس الوقت، بالتصويب أو المراقبة في الظلام المطلق.

بفضل أجهزة الاستقبال الحساسة للغاية للأشعة تحت الحمراء، أصبح إنتاج الصواريخ الموجهة ممكنا. تتفاعل المستشعرات الموجودة في رؤوسهم مع الأشعة تحت الحمراء للهدف، الذي تكون درجة حرارته عادة أعلى من البيئة المحيطة، وتوجه الصاروخ نحو الهدف. يعتمد اكتشاف الأجزاء الساخنة من السفن والطائرات والدبابات باستخدام أجهزة تحديد اتجاه الحرارة على نفس المبدأ.

يمكن لأجهزة تحديد المواقع بالأشعة تحت الحمراء وأجهزة تحديد المدى اكتشاف كائنات مختلفة في الظلام الدامس وقياس المسافة إليها. تُستخدم الأجهزة الخاصة التي تنبعث في منطقة الأشعة تحت الحمراء للاتصالات الفضائية والأرضية لمسافات طويلة.

الأشعة تحت الحمراء في الأنشطة العلمية

واحدة من أكثرها شيوعا هي دراسة أطياف الانبعاث والامتصاص في منطقة الأشعة تحت الحمراء. يتم استخدامه في دراسة خصائص الأغلفة الإلكترونية للذرات، لتحديد هياكل جميع أنواع الجزيئات، وبالإضافة إلى ذلك، في التحليل النوعي والكمي لمخاليط المواد المختلفة.

نظرًا للاختلافات في معاملات التشتت والنفاذية والانعكاس للأجسام في الأشعة المرئية والأشعة تحت الحمراء، تختلف الصور الملتقطة في ظروف مختلفة قليلاً. غالبًا ما تُظهر الصور الملتقطة بالأشعة تحت الحمراء مزيدًا من التفاصيل. وتستخدم هذه الصور على نطاق واسع في علم الفلك.

دراسة تأثير الأشعة تحت الحمراء على الجسم

تعود البيانات العلمية الأولى عن تأثيرات الأشعة تحت الحمراء على جسم الإنسان إلى الستينيات. مؤلف البحث هو الطبيب الياباني تاداشي إيشيكاوا. خلال تجاربه، تمكن من إثبات أن الأشعة تحت الحمراء تميل إلى اختراق أعماق جسم الإنسان. في هذه الحالة، تحدث عمليات التنظيم الحراري، على غرار رد الفعل في الساونا. ومع ذلك، يبدأ التعرق عند درجة حرارة محيطة أقل (حوالي 50 درجة مئوية)، ويحدث تسخين الأعضاء الداخلية بشكل أعمق بكثير.

خلال هذا الاحترار، تزداد الدورة الدموية، وأوعية أعضاء الجهاز التنفسي، والأنسجة تحت الجلد والجلد تتوسع. ومع ذلك، فإن تعرض الشخص للأشعة تحت الحمراء لفترة طويلة يمكن أن يسبب ضربة شمس، كما تؤدي الأشعة تحت الحمراء القوية إلى حروق بدرجات متفاوتة.

حماية الأشعة تحت الحمراء

هناك قائمة صغيرة من التدابير التي تهدف إلى تقليل خطر التعرض للأشعة تحت الحمراء على جسم الإنسان:

1. تقليل شدة الإشعاع.ويتم تحقيق ذلك من خلال اختيار المعدات التكنولوجية المناسبة، واستبدال المعدات القديمة في الوقت المناسب، فضلاً عن تصميمها العقلاني.
2. إبعاد العمال عن مصدر الإشعاع.إذا كان خط الإنتاج يسمح بذلك، فيفضل التحكم به عن بعد.
3. تركيب سواتر الحماية في المصدر أو مكان العمل.يمكن ترتيب هذه الأسوار بطريقتين لتقليل تأثير الأشعة تحت الحمراء على جسم الإنسان. ففي الحالة الأولى يجب أن تعكس الموجات الكهرومغناطيسية، وفي الثانية يجب تأخيرها وتحويل الطاقة الإشعاعية إلى طاقة حرارية ومن ثم إزالتها. ونظرًا لحقيقة أن الشاشات الواقية لا ينبغي أن تحرم المتخصصين من فرصة مراقبة العمليات التي تحدث في الإنتاج، فيمكن جعلها شفافة أو نصف شفافة. ولهذا الغرض، فإن المواد المختارة هي زجاج السيليكات أو الكوارتز، بالإضافة إلى الشبكات والسلاسل المعدنية.
4. العزل الحراري أو تبريد الأسطح الساخنة.الغرض الرئيسي من العزل الحراري هو تقليل خطر تعرض العمال للحروق المختلفة.
5. وسائل الحماية الفردية(ملابس خاصة متنوعة، نظارات بمرشحات مدمجة، دروع).
6. إجراءات إحتياطيه.إذا ظل مستوى التعرض للأشعة تحت الحمراء على الجسم مرتفعًا بدرجة كافية أثناء الإجراءات المذكورة أعلاه، فيجب اختيار نظام العمل والراحة المناسب.

فوائد لجسم الإنسان

تؤدي الأشعة تحت الحمراء التي تؤثر على جسم الإنسان إلى تحسين الدورة الدموية بسبب تمدد الأوعية الدموية وتشبع الأعضاء والأنسجة بشكل أفضل بالأكسجين. بالإضافة إلى ذلك فإن ارتفاع درجة حرارة الجسم له تأثير مسكن بسبب تأثير الأشعة على النهايات العصبية في الجلد.

وقد لوحظ أن العمليات الجراحية التي تتم تحت تأثير الأشعة تحت الحمراء لها عدد من المزايا:

• يكون تحمل الألم بعد الجراحة أسهل إلى حد ما؛
• يحدث تجديد الخلايا بشكل أسرع.
• إن تأثير الأشعة تحت الحمراء على الشخص يسمح له بتجنب تبريد الأعضاء الداخلية عند إجراء عملية جراحية على تجاويف مفتوحة، مما يقلل من خطر الإصابة بالصدمة.

في المرضى الذين يعانون من الحروق، فإن الأشعة تحت الحمراء تجعل من الممكن إزالة النخر، وكذلك إجراء عملية رأب تلقائي في مرحلة مبكرة. بالإضافة إلى ذلك، يتم تقليل مدة الحمى، ويكون فقر الدم ونقص بروتينات الدم أقل وضوحًا، كما يتم تقليل تكرار المضاعفات.

لقد ثبت أن الأشعة تحت الحمراء يمكن أن تضعف تأثير بعض المبيدات الحشرية عن طريق زيادة المناعة غير النوعية. يعرف الكثير منا عن علاج التهاب الأنف وبعض المظاهر الأخرى لنزلات البرد بمصابيح الأشعة تحت الحمراء الزرقاء.

ضرر للإنسان

ومن الجدير بالذكر أن الضرر الناجم عن الأشعة تحت الحمراء لجسم الإنسان يمكن أن يكون كبيرًا جدًا أيضًا. الحالات الأكثر وضوحا وشائعة هي حروق الجلد والتهاب الجلد. يمكن أن تحدث إما عند التعرض لموجات ضعيفة من طيف الأشعة تحت الحمراء لفترة طويلة جدًا، أو أثناء التشعيع المكثف. إذا تحدثنا عن الإجراءات الطبية، فهي نادرة، ولكن لا تزال هناك ضربات حرارية ووهن وتفاقم الألم إذا لم يتم علاجها بشكل صحيح.

واحدة من المشاكل الحديثة هي حروق العين. والأخطر بالنسبة لهم هي الأشعة تحت الحمراء ذات الأطوال الموجية في حدود 0.76-1.5 ميكرون. تحت تأثيرها، يتم تسخين العدسة والخلط المائي، مما قد يؤدي إلى اضطرابات مختلفة. واحدة من العواقب الأكثر شيوعا هو رهاب الضوء. يجب على الأطفال الذين يلعبون بمؤشرات الليزر واللحامين الذين يهملون معدات الحماية الشخصية أن يتذكروا ذلك.

الأشعة تحت الحمراء في الطب

يمكن أن يكون العلاج بالأشعة تحت الحمراء موضعيًا أو عامًا. في الحالة الأولى يتم تنفيذ تأثير موضعي على منطقة معينة من الجسم، وفي الحالة الثانية يتم تعريض الجسم بالكامل للأشعة. يعتمد مسار العلاج على المرض ويمكن أن يتراوح من 5 إلى 20 جلسة، مدة كل منها 15-30 دقيقة. عند تنفيذ الإجراءات، يعد استخدام معدات الحماية إلزاميًا. للحفاظ على صحة العين، يتم استخدام أغطية أو نظارات خاصة من الورق المقوى.

بعد الإجراء الأول، يظهر احمرار بحدود غير واضحة على سطح الجلد، ويختفي بعد حوالي ساعة.

عمل بواعث الأشعة تحت الحمراء

مع توفر العديد من الأجهزة الطبية، يقوم الناس بشرائها للاستخدام الفردي. ومع ذلك، يجب أن نتذكر أن هذه الأجهزة يجب أن تلبي متطلبات خاصة وأن يتم استخدامها وفقًا للوائح السلامة. ولكن الشيء الرئيسي هو أنه من المهم أن نفهم أنه، مثل أي جهاز طبي، لا يمكن استخدام بواعث موجة الأشعة تحت الحمراء لعدد من الأمراض.

تأثير الأشعة تحت الحمراء على جسم الإنسان

الطول الموجي، ميكرون	عمل مفيد
9.5 ميكرومتر	التأثير المصحح المناعي في حالات نقص المناعة الناتجة عن الصيام والتسمم برابع كلوريد الكربون واستخدام مثبطات المناعة. يؤدي إلى استعادة المستويات الطبيعية للمناعة الخلوية.
16.25 ميكرومتر	عمل مضاد للأكسدة. يتم ذلك بسبب تكوين الجذور الحرة من الأكاسيد الفائقة والبيروكسيدات المائية وإعادة تركيبها.
8.2 و 6.4 ميكرومتر	تأثير مضاد للجراثيم وتطبيع البكتيريا المعوية بسبب التأثير على عملية تخليق هرمونات البروستاجلاندين، مما يؤدي إلى تأثير النمذجة المناعية.
22.5 ميكرومتر	يؤدي إلى نقل العديد من المركبات غير القابلة للذوبان، مثل جلطات الدم ولويحات تصلب الشرايين، إلى حالة قابلة للذوبان، مما يسمح بإزالتها من الجسم.

لذلك، يجب على أخصائي مؤهل، طبيب ذو خبرة، اختيار مسار العلاج. اعتمادًا على طول موجات الأشعة تحت الحمراء المنبعثة، يمكن استخدام الأجهزة لأغراض مختلفة.