الأشعة تحت الحمراء. الخصائص الأساسية للأشعة تحت الحمراء

الأشعة تحت الحمراء (الأشعة تحت الحمراء، الأشعة تحت الحمراء)، الإشعاع الكهرومغناطيسي بأطوال موجية α من حوالي 0.74 ميكرومتر إلى حوالي 1-2 مم، أي الإشعاع الذي يشغل المنطقة الطيفية بين الطرف الأحمر للإشعاع المرئي وانبعاث الراديو قصير الموجة (تحت المليمتر) . تنتمي الأشعة تحت الحمراء إلى الإشعاع البصري، ولكن على عكس الأشعة المرئية، لا تراها العين البشرية. عند تفاعله مع أسطح الأجسام، فإنه يؤدي إلى تسخينها، ولهذا يطلق عليه غالبًا الإشعاع الحراري. تقليديا، تنقسم منطقة الأشعة تحت الحمراء إلى القريبة (= 0.74-2.5 ميكرومتر)، والمتوسطة (2.5-50 ميكرومتر) والبعيدة (50-2000 ميكرومتر). تم اكتشاف الأشعة تحت الحمراء بواسطة دبليو هيرشل (1800) وبشكل مستقل بواسطة دبليو ولاستون (1802).

يمكن أن تكون أطياف الأشعة تحت الحمراء مبطنة (الأطياف الذرية)، أو مستمرة (أطياف المادة المكثفة)، أو مخططة (الأطياف الجزيئية). تختلف الخصائص البصرية (النفاذية، والانعكاس، والانكسار، وما إلى ذلك) للمواد الموجودة في الأشعة تحت الحمراء، كقاعدة عامة، بشكل كبير عن الخصائص المقابلة في الإشعاع المرئي أو فوق البنفسجي. العديد من المواد الشفافة للضوء المرئي تكون معتمة للأشعة تحت الحمراء ذات أطوال موجية معينة، والعكس صحيح. وبالتالي، فإن طبقة من الماء يبلغ سمكها عدة سنتيمترات تكون معتمة للأشعة تحت الحمراء بقطر > 1 ميكرومتر، لذلك غالبًا ما يستخدم الماء كمرشح للحماية من الحرارة. الألواح المصنوعة من Ge وSi، غير شفافة للإشعاع المرئي، تكون شفافة للأشعة تحت الحمراء ذات أطوال موجية معينة، والورق الأسود شفاف في منطقة الأشعة تحت الحمراء البعيدة (تُستخدم هذه المواد كمرشحات ضوئية لعزل الأشعة تحت الحمراء).

إن انعكاسية معظم المعادن في الأشعة تحت الحمراء أعلى بكثير من الأشعة المرئية، وتزداد مع زيادة الطول الموجي (انظر بصريات المعادن). وبالتالي، فإن انعكاس الأشعة تحت الحمراء من أسطح Al وAu وAg وCu ذات 10 = 10 ميكرومتر يصل إلى 98%. تحتوي المواد غير المعدنية السائلة والصلبة على انعكاس انتقائي (يعتمد على الطول الموجي) للأشعة تحت الحمراء، ويعتمد موضع الحد الأقصى لها على تركيبها الكيميائي.

عند المرور عبر الغلاف الجوي للأرض، يتم تخفيف الأشعة تحت الحمراء بسبب التشتت والامتصاص بواسطة ذرات وجزيئات الهواء. لا يمتص النيتروجين والأكسجين الأشعة تحت الحمراء ويخففانها فقط نتيجة التشتت، وهو أقل بكثير بالنسبة للأشعة تحت الحمراء مقارنة بالضوء المرئي. تمتص جزيئات H 2 O و O 2 و O 3 وغيرها الموجودة في الغلاف الجوي بشكل انتقائي (انتقائي) الأشعة تحت الحمراء ، وتمتص الأشعة تحت الحمراء لبخار الماء بقوة خاصة. يتم ملاحظة نطاقات امتصاص H2O في منطقة الأشعة تحت الحمراء بأكملها من الطيف، ويتم ملاحظة نطاقات ثاني أكسيد الكربون في الجزء الأوسط منها. في الطبقات السطحية للغلاف الجوي لا يوجد سوى عدد صغير من "نوافذ الشفافية" للأشعة تحت الحمراء. إن وجود جزيئات الدخان والغبار وقطرات الماء الصغيرة في الغلاف الجوي يؤدي إلى توهين إضافي للأشعة تحت الحمراء نتيجة تشتتها بواسطة هذه الجزيئات. مع أحجام الجسيمات الصغيرة، يكون تشتت الأشعة تحت الحمراء أقل من الإشعاع المرئي، والذي يستخدم في التصوير بالأشعة تحت الحمراء.

مصادر الأشعة تحت الحمراء.المصدر الطبيعي القوي للأشعة تحت الحمراء هو الشمس، حوالي 50٪ من إشعاعها يقع في منطقة الأشعة تحت الحمراء. تمثل الأشعة تحت الحمراء ما بين 70 إلى 80% من الطاقة الإشعاعية للمصابيح المتوهجة؛ ينبعث من القوس الكهربائي ومصابيح تفريغ الغاز المختلفة وجميع أنواع السخانات الكهربائية. في البحث العلمي، مصادر الأشعة تحت الحمراء هي مصابيح شريط التنغستن، دبوس نيرنست، غلوبار، مصابيح الزئبق عالي الضغط، وما إلى ذلك. يقع إشعاع بعض أنواع الليزر أيضًا في منطقة الأشعة تحت الحمراء من الطيف (على سبيل المثال، الطول الموجي للنيوديميوم الليزر الزجاجي 1.06 ميكرومتر، ليزر الهيليوم النيون - 1.15 و 3.39 ميكرون، ليزر ثاني أكسيد الكربون - 10.6 ميكرون).

تعتمد مستقبلات الأشعة تحت الحمراء على تحويل الطاقة الإشعاعية إلى أنواع أخرى من الطاقة يمكن قياسها. في المستقبلات الحرارية، يؤدي امتصاص الأشعة تحت الحمراء إلى زيادة درجة حرارة العنصر الحساس للحرارة، والذي يتم تسجيله. في المستقبلات الكهروضوئية، يؤدي امتصاص الأشعة تحت الحمراء إلى ظهور أو تغير التيار الكهربائي أو الجهد الكهربائي. أجهزة الكشف الكهروضوئية (على عكس الحرارية) انتقائية، أي أنها حساسة فقط للإشعاع من منطقة معينة من الطيف. يتم إجراء التصوير الفوتوغرافي للأشعة تحت الحمراء باستخدام مستحلبات فوتوغرافية خاصة، ولكنها حساسة لها فقط لأطوال موجية تصل إلى 1.2 ميكرون.

تطبيق الأشعة تحت الحمراء.يستخدم الأشعة تحت الحمراء على نطاق واسع في البحث العلمي وحل المشاكل العملية المختلفة. يقع أطياف الانبعاث والامتصاص للجزيئات والمواد الصلبة في منطقة الأشعة تحت الحمراء، ويتم دراستها في التحليل الطيفي للأشعة تحت الحمراء، في المشاكل الهيكلية، وتستخدم أيضًا في التحليل الطيفي النوعي والكمي. في منطقة الأشعة تحت الحمراء البعيدة يكمن الإشعاع الذي ينشأ أثناء التحولات بين المستويات الفرعية لذرات زيمان، ويتيح أطياف الأشعة تحت الحمراء للذرات دراسة بنية أغلفةها الإلكترونية. قد تختلف الصور الفوتوغرافية لنفس الكائن الملتقطة في النطاقين المرئي والأشعة تحت الحمراء اختلافًا كبيرًا بسبب الاختلافات في معاملات الانعكاس والنقل والتشتت؛ في التصوير بالأشعة تحت الحمراء يمكنك رؤية تفاصيل غير مرئية في التصوير العادي.

في الصناعة، يتم استخدام الأشعة تحت الحمراء لتجفيف وتسخين المواد والمنتجات، وفي الحياة اليومية - لتدفئة الغرف. استنادًا إلى الكاثودات الضوئية الحساسة للأشعة تحت الحمراء، تم إنشاء محولات إلكترونية بصرية يتم من خلالها تحويل صورة الأشعة تحت الحمراء لجسم غير مرئي للعين إلى صورة مرئية. بناءً على هذه المحولات، يتم إنشاء أجهزة رؤية ليلية مختلفة (مناظير ومشاهد وما إلى ذلك)، مما يسمح لها باكتشاف الأشياء في الظلام الدامس وإجراء المراقبة والهدف، وتشعيعها بالأشعة تحت الحمراء من مصادر خاصة. بمساعدة أجهزة استقبال الأشعة تحت الحمراء الحساسة للغاية، يقومون بتحديد الاتجاه الحراري للأشياء باستخدام الأشعة تحت الحمراء الخاصة بهم وإنشاء أنظمة صاروخ موجه لهدف القذائف والصواريخ. تتيح لك محددات الأشعة تحت الحمراء وأجهزة تحديد المدى بالأشعة تحت الحمراء اكتشاف الأجسام في الظلام التي تكون درجة حرارتها أعلى من درجة الحرارة المحيطة وقياس المسافات إليها. يُستخدم الإشعاع القوي لأشعة الليزر تحت الحمراء في البحث العلمي، وكذلك في الاتصالات الأرضية والفضائية، وفي سبر الغلاف الجوي بالليزر، وما إلى ذلك. وتُستخدم الأشعة تحت الحمراء لإعادة إنتاج مقياس القياس.

مضاءة: شريبر جي. الأشعة تحت الحمراء في الإلكترونيات. م.، 2003؛ Tarasov V.V.، Yakushenkov Yu.G. أنظمة الأشعة تحت الحمراء من النوع "المظهر". م، 2004.

الأشعة تحت الحمراء- الإشعاع الكهرومغناطيسي، الذي يشغل المنطقة الطيفية بين الطرف الأحمر للضوء المرئي (بطول موجة 0 = 0.74 ميكرومتر وتردد 430 تيراهيرتز) وإشعاع راديو الميكروويف (1 ~ 1-2 مم، تردد 300 جيجاهرتز).

ينقسم النطاق الكامل للأشعة تحت الحمراء بشكل تقليدي إلى ثلاثة مجالات:

يتم أحيانًا فصل حافة الطول الموجي الطويل لهذا النطاق إلى نطاق منفصل من الموجات الكهرومغناطيسية - إشعاع تيراهيرتز (الإشعاع دون المليمتري).

يُطلق على الأشعة تحت الحمراء أيضًا اسم "الإشعاع الحراري"، نظرًا لأن جلد الإنسان ينظر إلى الأشعة تحت الحمراء الصادرة عن الأجسام الساخنة على أنها إحساس بالحرارة. في هذه الحالة، تعتمد الأطوال الموجية المنبعثة من الجسم على درجة حرارة التسخين: كلما ارتفعت درجة الحرارة، قل الطول الموجي وارتفعت شدة الإشعاع. يقع الطيف الإشعاعي لجسم أسود مطلق عند درجات حرارة منخفضة نسبيًا (تصل إلى عدة آلاف من الكلفن) بشكل أساسي في هذا النطاق. تنبعث الأشعة تحت الحمراء من الذرات أو الأيونات المثارة.

يوتيوب الموسوعي

1 / 3

✪ 36 مقياس الموجات الكهرومغناطيسية للأشعة تحت الحمراء والأشعة فوق البنفسجية

✪ تجارب الفيزياء. انعكاس الأشعة تحت الحمراء

✪ التدفئة الكهربائية (التدفئة بالأشعة تحت الحمراء). أي نظام التدفئة للاختيار؟

ترجمات

تاريخ الاكتشاف والخصائص العامة

تم اكتشاف الأشعة تحت الحمراء في عام 1800 من قبل عالم الفلك الإنجليزي دبليو هيرشل. أثناء دراسة الشمس، كان هيرشل يبحث عن طريقة لتقليل حرارة الأداة التي تم من خلالها إجراء الملاحظات. وباستخدام موازين الحرارة لتحديد تأثيرات أجزاء مختلفة من الطيف المرئي، اكتشف هيرشل أن "الحد الأقصى للحرارة" يكمن خلف اللون الأحمر المشبع، وربما "وراء الانكسار المرئي". تمثل هذه الدراسة بداية دراسة الأشعة تحت الحمراء.

في السابق، كانت المصادر المختبرية للأشعة تحت الحمراء عبارة عن أجسام ساخنة أو تفريغ كهربائي في الغازات. في الوقت الحاضر، تم إنشاء مصادر حديثة للأشعة تحت الحمراء ذات تردد قابل للتعديل أو ثابت على أساس ليزر الحالة الصلبة والغاز الجزيئي. لتسجيل الإشعاع في المنطقة القريبة من الأشعة تحت الحمراء (حتى 1.3 ميكرومتر تقريبًا)، يتم استخدام لوحات فوتوغرافية خاصة. تتمتع أجهزة الكشف الكهروضوئية والمقاومات الضوئية بنطاق حساسية أوسع (يصل إلى 25 ميكرون تقريبًا). يتم تسجيل الإشعاع في منطقة الأشعة تحت الحمراء البعيدة بواسطة مقاييس البول - وهي أجهزة كشف حساسة للتدفئة بواسطة الأشعة تحت الحمراء.

تستخدم معدات الأشعة تحت الحمراء على نطاق واسع في كل من التكنولوجيا العسكرية (على سبيل المثال، لتوجيه الصواريخ) والتكنولوجيا المدنية (على سبيل المثال، في أنظمة اتصالات الألياف الضوئية). تستخدم مقاييس طيف الأشعة تحت الحمراء العدسات والمنشورات أو شبكات الحيود والمرايا كعناصر بصرية. وللتخلص من امتصاص الإشعاع في الهواء، يتم تصنيع أجهزة قياس الطيف لمنطقة الأشعة تحت الحمراء البعيدة في نسخة مفرغة.

نظرًا لأن أطياف الأشعة تحت الحمراء ترتبط بالحركات الدورانية والاهتزازية في الجزيء، وكذلك مع التحولات الإلكترونية في الذرات والجزيئات، فإن التحليل الطيفي للأشعة تحت الحمراء يسمح للمرء بالحصول على معلومات مهمة حول بنية الذرات والجزيئات، بالإضافة إلى بنية شريط البلورات.

نطاقات الأشعة تحت الحمراء

عادةً ما تبعث الأجسام الأشعة تحت الحمراء عبر كامل نطاق الأطوال الموجية، ولكن في بعض الأحيان تكون منطقة محدودة فقط من الطيف موضع اهتمام لأن أجهزة الاستشعار عادةً ما تجمع الإشعاع فقط ضمن نطاق ترددي معين. وبالتالي، غالبًا ما يتم تقسيم نطاق الأشعة تحت الحمراء إلى نطاقات أصغر.

مخطط التقسيم التقليدي

في أغلب الأحيان، يتم التقسيم إلى نطاقات أصغر على النحو التالي:

اختصار	الطول الموجي	طاقة الفوتون	صفة مميزة
الأشعة تحت الحمراء القريبة، NIR	0.75-1.4 ميكرون	0.9-1.7 فولت	الأشعة تحت الحمراء القريبة، محدودة من جهة بالضوء المرئي، ومن جهة أخرى بشفافية الماء، والتي تتدهور بشكل ملحوظ عند 1.45 ميكرومتر. تعمل مصابيح LED والليزر بالأشعة تحت الحمراء واسعة الانتشار لأنظمة الاتصالات الضوئية المحمولة جواً والألياف في هذا النطاق. تعتبر كاميرات الفيديو وأجهزة الرؤية الليلية المعتمدة على أنابيب تكثيف الصور حساسة أيضًا في هذا النطاق.
الأشعة تحت الحمراء ذات الطول الموجي القصير (SWIR).	1.4-3 ميكرون	0.4-0.9 فولت	يزداد امتصاص الماء للإشعاع الكهرومغناطيسي بشكل ملحوظ عند 1450 نانومتر. يسود النطاق 1530-1560 نانومتر في منطقة الاتصالات لمسافات طويلة.
الأشعة تحت الحمراء ذات الطول الموجي المتوسط ​​(MWIR).	3-8 ميكرون	150-400 ميلي فولت	في هذا النطاق، تبدأ الأجسام التي تم تسخينها إلى عدة مئات من الدرجات المئوية في الانبعاث. في هذا النطاق، تعتبر الرؤوس الحرارية لأنظمة الدفاع الجوي وأجهزة التصوير الحراري التقنية حساسة.
الأشعة تحت الحمراء ذات الطول الموجي الطويل، LWIR	8-15 ميكرون	80-150 ميلي فولت	في هذا النطاق، تبدأ الأجسام التي تبلغ درجة حرارتها حوالي صفر درجة مئوية في الإشعاع. تعتبر أجهزة التصوير الحراري لأجهزة الرؤية الليلية حساسة في هذا النطاق.
الأشعة تحت الحمراء البعيدة، منطقة معلومات الطيران	15 - 1000 ميكرومتر	1.2-80 ميلي فولت

مخطط CIE

لجنة الإضاءة الدولية الدولية اللجنة على الإضاءة ) توصي بتقسيم الأشعة تحت الحمراء إلى المجموعات الثلاث التالية:

• IR-A: 700 نانومتر – 1400 نانومتر (0.7 ميكرومتر – 1.4 ميكرومتر)
• IR-B: 1400 نانومتر – 3000 نانومتر (1.4 ميكرومتر – 3 ميكرومتر)
• IR-C: 3000 نانومتر – 1 مم (3 ميكرومتر – 1000 ميكرومتر)

مخطط ISO 20473

الإشعاع الحراري

الإشعاع الحراري أو الإشعاع هو نقل الطاقة من جسم إلى آخر على شكل موجات كهرومغناطيسية تنبعث من الأجسام بسبب طاقتها الداخلية. يقع الإشعاع الحراري بشكل رئيسي في منطقة الأشعة تحت الحمراء من الطيف من 0.74 ميكرون إلى 1000 ميكرون. من السمات المميزة للتبادل الحراري الإشعاعي أنه يمكن إجراؤه بين الأجسام الموجودة ليس فقط في أي وسط، ولكن أيضًا في الفراغ. مثال على الإشعاع الحراري هو الضوء الصادر من المصباح المتوهج. يتم وصف قوة الإشعاع الحراري لجسم يفي بمعايير الجسم الأسود المطلق بواسطة قانون ستيفان-بولتزمان. يتم وصف العلاقة بين القدرات الانبعاثية والامتصاصية للأجسام من خلال قانون كيرشوف للإشعاع. يعد الإشعاع الحراري أحد الأنواع الثلاثة الأساسية لنقل الطاقة الحرارية (بالإضافة إلى التوصيل الحراري والحمل الحراري). إشعاع التوازن هو الإشعاع الحراري الذي يكون في حالة توازن ديناميكي حراري مع المادة.

طلب

جهاز رؤية ليلية

هناك عدة طرق لتصور صورة غير مرئية بالأشعة تحت الحمراء:

• تعتبر كاميرات الفيديو شبه الموصلة الحديثة حساسة للأشعة تحت الحمراء القريبة. لتجنب أخطاء عرض الألوان، تم تجهيز كاميرات الفيديو المنزلية العادية بفلتر خاص يقطع صورة الأشعة تحت الحمراء. كاميرات أنظمة الأمن، كقاعدة عامة، لا تحتوي على مثل هذا المرشح. ومع ذلك، في الظلام لا توجد مصادر طبيعية للضوء القريب من الأشعة تحت الحمراء، لذلك بدون الإضاءة الاصطناعية (على سبيل المثال، مصابيح LED بالأشعة تحت الحمراء)، لن تظهر هذه الكاميرات أي شيء.
• المحول الإلكتروني البصري هو جهاز إلكتروني ضوئي فراغي يعمل على تضخيم الضوء في الطيف المرئي والأشعة تحت الحمراء القريبة. تتميز بحساسية عالية وقادرة على إنتاج الصور في ظروف الإضاءة المنخفضة جدًا. إنها أجهزة الرؤية الليلية الأولى تاريخيًا ولا تزال تستخدم على نطاق واسع اليوم في أجهزة الرؤية الليلية الرخيصة. وبما أنها تعمل فقط في مجال الأشعة تحت الحمراء القريبة، فهي، مثل كاميرات الفيديو شبه الموصلة، تتطلب الإضاءة.
• البولوميتر - جهاز استشعار حراري. تعد مقاييس البولومترات الخاصة بأنظمة الرؤية التقنية وأجهزة الرؤية الليلية حساسة في نطاق الطول الموجي 3..14 ميكرون (منتصف الأشعة تحت الحمراء)، والذي يتوافق مع الإشعاع الصادر من الأجسام التي يتم تسخينها من 500 إلى -50 درجة مئوية. وبالتالي، فإن الأجهزة البوليمرية لا تتطلب إضاءة خارجية، وتسجيل إشعاع الكائنات نفسها وإنشاء صورة لفرق درجة الحرارة.

التصوير الحراري

التصوير الحراري بالأشعة تحت الحمراء أو التصوير الحراري أو الفيديو الحراري هو طريقة علمية للحصول على مخطط حراري - صورة في الأشعة تحت الحمراء توضح نمط توزيع مجالات درجة الحرارة. تكتشف الكاميرات الحرارية أو أجهزة التصوير الحراري الإشعاع في نطاق الأشعة تحت الحمراء من الطيف الكهرومغناطيسي (حوالي 900-14000 نانومتر أو 0.9-14 ميكرومتر) وتستخدم هذا الإشعاع لإنشاء صور تساعد في تحديد المناطق شديدة الحرارة أو منخفضة التبريد. بما أن الأشعة تحت الحمراء تنبعث من جميع الأجسام التي لها درجة حرارة، وفقًا لصيغة بلانك لإشعاع الجسم الأسود، فإن التصوير الحراري يسمح للمرء "برؤية" البيئة مع أو بدون ضوء مرئي. تزداد كمية الإشعاع المنبعثة من جسم ما مع زيادة درجة حرارته، لذلك يسمح لنا التصوير الحراري برؤية الاختلافات في درجة الحرارة. عندما ننظر من خلال جهاز التصوير الحراري، تكون الأجسام الدافئة مرئية بشكل أفضل من تلك التي يتم تبريدها إلى درجة الحرارة المحيطة؛ يمكن رؤية البشر والحيوانات ذوات الدم الحار بسهولة أكبر في البيئة، ليلاً ونهارًا. ونتيجة لذلك، يمكن أن يعزى التقدم في استخدام التصوير الحراري إلى الأجهزة العسكرية والأمنية.

صاروخ موجه بالأشعة تحت الحمراء

رأس موجه بالأشعة تحت الحمراء - رأس موجه يعمل على مبدأ التقاط موجات الأشعة تحت الحمراء المنبعثة من الهدف الذي يتم التقاطه. هو جهاز بصري إلكتروني مصمم لتحديد الهدف على الخلفية المحيطة وإصدار إشارة قفل لجهاز التصويب الآلي (ADU)، بالإضافة إلى قياس وإصدار إشارة السرعة الزاوية لخط البصر إلى الطيار الآلي.

سخان الأشعة تحت الحمراء

نقل البيانات

لقد أتاح انتشار مصابيح LED التي تعمل بالأشعة تحت الحمراء والليزر والثنائيات الضوئية إنشاء طريقة بصرية لاسلكية لنقل البيانات بناءً عليها. في تكنولوجيا الكمبيوتر، يتم استخدامه عادةً لتوصيل أجهزة الكمبيوتر بالأجهزة الطرفية (واجهة IrDA)، وعلى عكس قناة الراديو، فإن قناة الأشعة تحت الحمراء غير حساسة للتداخل الكهرومغناطيسي، وهذا يسمح باستخدامها في البيئات الصناعية. تشمل عيوب قناة الأشعة تحت الحمراء الحاجة إلى نوافذ بصرية على المعدات، والتوجيه النسبي الصحيح للأجهزة، وسرعات نقل منخفضة (عادة لا تتجاوز 5-10 ميجابت/ثانية، ولكن عند استخدام ليزر الأشعة تحت الحمراء، من الممكن الحصول على سرعات أعلى بكثير). وبالإضافة إلى ذلك، لا يتم ضمان سرية نقل المعلومات. في ظل ظروف الرؤية المباشرة، يمكن لقناة الأشعة تحت الحمراء توفير الاتصال عبر مسافات تصل إلى عدة كيلومترات، ولكنها أكثر ملاءمة لتوصيل أجهزة الكمبيوتر الموجودة في نفس الغرفة، حيث توفر الانعكاسات من جدران الغرفة اتصالاً مستقرًا وموثوقًا. النوع الأكثر طبيعية للطوبولوجيا هنا هو "الحافلة" (أي أن جميع المشتركين يستقبلون الإشارة المرسلة في وقت واحد). لا يمكن لقناة الأشعة تحت الحمراء أن تنتشر على نطاق واسع، فقد حلت محلها قناة الراديو.

ويستخدم الإشعاع الحراري أيضًا لاستقبال الإشارات التحذيرية.

جهاز التحكم

تستخدم الثنائيات والثنائيات الضوئية بالأشعة تحت الحمراء على نطاق واسع في لوحات التحكم عن بعد وأنظمة التشغيل الآلي وأنظمة الأمان وبعض الهواتف المحمولة (منفذ الأشعة تحت الحمراء) وما إلى ذلك. الأشعة تحت الحمراء لا تصرف انتباه الإنسان بسبب عدم رؤيتها.

ومن المثير للاهتمام أن الأشعة تحت الحمراء لجهاز التحكم عن بعد المنزلي يتم تسجيلها بسهولة باستخدام كاميرا رقمية.

الدواء

تم العثور على التطبيقات الأكثر شيوعًا للأشعة تحت الحمراء في الطب في أجهزة استشعار تدفق الدم المختلفة (PPGs).

تستخدم أجهزة قياس معدل ضربات القلب (HR - معدل ضربات القلب) المستخدمة على نطاق واسع ومقاييس تشبع الأكسجين في الدم (Sp02) مصابيح LED باللون الأخضر (للنبض) والأحمر والأشعة تحت الحمراء (لـ SpO2).

يتم استخدام أشعة الليزر تحت الحمراء في تقنية DLS (تشتت الضوء الرقمي) لتحديد معدل ضربات القلب وخصائص تدفق الدم.

تستخدم الأشعة تحت الحمراء في العلاج الطبيعي.

تأثير الأشعة تحت الحمراء طويلة الموجة:

• تحفيز وتحسين الدورة الدموية: عند التعرض للأشعة تحت الحمراء طويلة الموجة على الجلد، يتم تهيج مستقبلات الجلد، وبسبب رد فعل منطقة ما تحت المهاد، تسترخي العضلات الملساء للأوعية الدموية، ونتيجة لذلك تتوسع الأوعية .
• تحسين العمليات الأيضية. عند تعرضها للحرارة، تحفز الأشعة تحت الحمراء النشاط على المستوى الخلوي، مما يحسن عمليات التنظيم العصبي والتمثيل الغذائي.

تعقيم المواد الغذائية

يتم استخدام الأشعة تحت الحمراء لتعقيم المنتجات الغذائية لتطهيرها.

الصناعات الغذائية

من السمات الخاصة لاستخدام الأشعة تحت الحمراء في صناعة المواد الغذائية إمكانية اختراق الموجات الكهرومغناطيسية في المنتجات المسامية الشعرية مثل الحبوب والحبوب والدقيق وما إلى ذلك إلى عمق يصل إلى 7 مم. تعتمد هذه القيمة على طبيعة السطح والبنية وخصائص المواد وخصائص تردد الإشعاع. ليس للموجة الكهرومغناطيسية ذات نطاق تردد معين تأثير حراري فحسب، بل لها أيضًا تأثير بيولوجي على المنتج، مما يساعد على تسريع التحولات الكيميائية الحيوية في البوليمرات البيولوجية (

في المنطقة غير المرئية من الطيف الكهرومغناطيسي، والتي تبدأ خلف الضوء الأحمر المرئي وتنتهي قبل إشعاع الميكروويف بين الترددات 1012 و5∙1014 هرتز (أو في نطاق الطول الموجي 1-750 نانومتر). يأتي الاسم من الكلمة اللاتينية infra ويعني "تحت اللون الأحمر".

تتنوع استخدامات الأشعة تحت الحمراء. يتم استخدامها لتصوير الأجسام في الظلام أو الدخان، وتسخين حمامات البخار وتسخين أجنحة الطائرات لإزالة الجليد، والاتصالات قصيرة المدى والتحليل الطيفي للمركبات العضوية.

افتتاح

تم اكتشاف الأشعة تحت الحمراء في عام 1800 من قبل الموسيقي البريطاني الألماني المولد وعالم الفلك الهاوي ويليام هيرشل. وباستخدام المنشور، قام بتقسيم ضوء الشمس إلى مكوناته الأساسية، وباستخدام مقياس الحرارة، سجل زيادة في درجة الحرارة تتجاوز الجزء الأحمر من الطيف.

الأشعة تحت الحمراء والحرارة

غالبًا ما يطلق على الأشعة تحت الحمراء اسم الإشعاع الحراري. ولكن تجدر الإشارة إلى أن هذا ليس سوى نتيجة لذلك. الحرارة هي مقياس للطاقة الانتقالية (طاقة الحركة) لذرات وجزيئات المادة. أجهزة استشعار "درجة الحرارة" لا تقيس الحرارة فعليًا، ولكنها تقيس فقط الاختلافات في انبعاثات الأشعة تحت الحمراء للأجسام المختلفة.

يعزو العديد من معلمي الفيزياء تقليديًا كل الإشعاع الحراري للشمس إلى الأشعة تحت الحمراء. ولكنه ليس كذلك. يوفر ضوء الشمس المرئي 50٪ من إجمالي الحرارة، والموجات الكهرومغناطيسية من أي تردد بكثافة كافية يمكن أن تسبب التدفئة. ومع ذلك، فمن العدل أن نقول أنه في درجة حرارة الغرفة، تنتج الأجسام الحرارة في المقام الأول في المنطقة الوسطى من الأشعة تحت الحمراء.

يتم امتصاص الأشعة تحت الحمراء وتنبعث من خلال دوران واهتزازات الذرات أو مجموعات الذرات المترابطة كيميائيا، وبالتالي من خلال العديد من أنواع المواد. على سبيل المثال، زجاج النوافذ الشفاف للضوء المرئي يمتص الأشعة تحت الحمراء. يتم امتصاص الأشعة تحت الحمراء إلى حد كبير عن طريق الماء والجو. على الرغم من أنها غير مرئية للعين، إلا أنه يمكن الشعور بها على الجلد.

الأرض كمصدر للأشعة تحت الحمراء

يمتص سطح كوكبنا والسحب الطاقة الشمسية، ويتم إطلاق معظمها في الغلاف الجوي على شكل أشعة تحت الحمراء. يتم امتصاص بعض المواد الموجودة فيه، وخاصة البخار وقطرات الماء، وكذلك الميثان وثاني أكسيد الكربون وأكسيد النيتروجين ومركبات الكلوروفلوروكربون وسداسي فلوريد الكبريت، في منطقة الأشعة تحت الحمراء من الطيف وتعيد انبعاثها في جميع الاتجاهات، بما في ذلك إلى الأرض. لذلك، بسبب ظاهرة الاحتباس الحراري، يكون الغلاف الجوي للأرض وسطحها أكثر دفئًا مما لو لم تكن هناك مواد تمتص الأشعة تحت الحمراء في الهواء.

يلعب هذا الإشعاع دورًا مهمًا في نقل الحرارة وهو جزء لا يتجزأ مما يسمى بتأثير الاحتباس الحراري. على المستوى العالمي، يمتد تأثير الأشعة تحت الحمراء إلى التوازن الإشعاعي للأرض ويؤثر على جميع أنشطة المحيط الحيوي تقريبًا. يصدر كل جسم تقريبًا على سطح كوكبنا إشعاعًا كهرومغناطيسيًا بشكل رئيسي في هذا الجزء من الطيف.

مناطق الأشعة تحت الحمراء

غالبًا ما يتم تقسيم نطاق الأشعة تحت الحمراء إلى أقسام أضيق من الطيف. حدد معهد المعايير الألماني DIN نطاقات الطول الموجي التالية للأشعة تحت الحمراء:

• القريبة (0.75-1.4 ميكرومتر)، شائعة الاستخدام في اتصالات الألياف الضوئية؛
• الموجة القصيرة (1.4-3 ميكرون)، والتي يبدأ منها امتصاص الماء للأشعة تحت الحمراء بشكل ملحوظ؛
• موجة متوسطة، وتسمى أيضًا متوسطة (3-8 ميكرون)؛
• موجة طويلة (8-15 ميكرون)؛
• بعيدة المدى (15-1000 ميكرومتر).

ومع ذلك، لا يتم استخدام نظام التصنيف هذا عالميًا. على سبيل المثال، تشير بعض الدراسات إلى النطاقات التالية: القريب (0.75-5 ميكرومتر)، المتوسط ​​(5-30 ميكرومتر) والطويل (30-1000 ميكرومتر). يتم تصنيف الأطوال الموجية المستخدمة في الاتصالات إلى نطاقات منفصلة بسبب القيود المفروضة على أجهزة الكشف ومكبرات الصوت والمصادر.

يتم تبرير نظام التدوين العام من خلال ردود فعل الإنسان على الأشعة تحت الحمراء. المنطقة القريبة من الأشعة تحت الحمراء هي الأقرب إلى الطول الموجي المرئي للعين البشرية. يتحرك إشعاع الأشعة تحت الحمراء المتوسطة والبعيدة تدريجيًا بعيدًا عن الجزء المرئي من الطيف. وتتبع التعريفات الأخرى آليات فيزيائية مختلفة (مثل قمم الانبعاث وامتصاص الماء)، وتعتمد أحدث التعريفات على حساسية أجهزة الكشف المستخدمة. على سبيل المثال، تكون مستشعرات السيليكون التقليدية حساسة في المنطقة حوالي 1050 نانومتر، وزرنيخيد الغاليوم الإنديوم حساس في النطاق من 950 نانومتر إلى 1700 و2200 نانومتر.

لا توجد حدود واضحة بين الأشعة تحت الحمراء والضوء المرئي. العين البشرية أقل حساسية للضوء الأحمر فوق 700 نانومتر، ولكن يمكن رؤية الضوء الشديد (من الليزر) حتى حوالي 780 نانومتر. يتم تعريف بداية نطاق الأشعة تحت الحمراء بشكل مختلف بمعايير مختلفة - في مكان ما بين هذه القيم. عادة هذا هو 750 نانومتر. ولذلك، فإن الأشعة تحت الحمراء المرئية ممكنة في نطاق 750-780 نانومتر.

الرموز في أنظمة الاتصالات

تنقسم الاتصالات الضوئية القريبة من الأشعة تحت الحمراء من الناحية الفنية إلى عدد من نطاقات التردد. ويرجع ذلك إلى اختلاف المواد الممتصة والناقلة (الألياف) والكاشفات. وتشمل هذه:

• النطاق O 1,260-1,360 نانومتر.
• النطاق الإلكتروني 1,360-1,460 نانومتر.
• النطاق S 1,460-1,530 نانومتر.
• النطاق C 1,530-1,565 نانومتر.
• النطاق L 1.565-1.625 نانومتر.
• النطاق U 1.625-1.675 نانومتر.

التصوير الحراري

التصوير الحراري، أو التصوير الحراري، هو نوع من صور الأجسام بالأشعة تحت الحمراء. وبما أن جميع الأجسام تنبعث منها الأشعة تحت الحمراء، وتزداد شدة الإشعاع مع ارتفاع درجة الحرارة، فيمكن استخدام كاميرات متخصصة مزودة بحساسات للأشعة تحت الحمراء لكشفها والتقاط الصور. في حالة الأجسام الساخنة جدًا في المنطقة القريبة من الأشعة تحت الحمراء أو المرئية، تسمى هذه الطريقة قياس الحرارة.

التصوير الحراري مستقل عن إضاءة الضوء المرئي. لذلك، من الممكن "رؤية" البيئة حتى في الظلام. وعلى وجه الخصوص، تبرز الأجسام الدافئة، بما في ذلك الأشخاص والحيوانات ذوات الدم الحار، بشكل جيد على خلفية أكثر برودة. يعمل تصوير المناظر الطبيعية بالأشعة تحت الحمراء على تحسين عرض الأشياء بناءً على ناتجها الحراري، مما يجعل السماء الزرقاء والمياه تبدو سوداء تقريبًا، بينما تظهر أوراق الشجر الخضراء والجلد بشكل واضح.

تاريخيًا، تم استخدام التصوير الحراري على نطاق واسع من قبل الأجهزة العسكرية والأمنية. بالإضافة إلى ذلك، له العديد من الاستخدامات الأخرى. على سبيل المثال، يستخدمه رجال الإطفاء لرؤية الدخان والعثور على الأشخاص وتحديد النقاط الساخنة أثناء الحريق. يمكن أن يكشف التصوير الحراري عن نمو غير طبيعي للأنسجة وعيوب في الأنظمة والدوائر الإلكترونية بسبب زيادة توليد الحرارة. يمكن للكهربائيين الذين يقومون بصيانة خطوط الكهرباء اكتشاف التوصيلات والأجزاء المحمومة التي تشير إلى وجود مشكلة والقضاء على المخاطر المحتملة. عندما يفشل العزل، يمكن لمحترفي البناء رؤية تسرب الحرارة وتحسين كفاءة أنظمة التبريد أو التدفئة. في بعض السيارات الراقية، يتم تركيب أجهزة تصوير حرارية لمساعدة السائق. يمكن للتصوير الحراري مراقبة العديد من التفاعلات الفسيولوجية لدى البشر والحيوانات ذوات الدم الحار.

لا يختلف مظهر وطريقة تشغيل الكاميرا الحرارية الحديثة عن تلك الموجودة في كاميرا الفيديو التقليدية. تعد القدرة على الرؤية في طيف الأشعة تحت الحمراء ميزة مفيدة لدرجة أن القدرة على تسجيل الصور غالبًا ما تكون اختيارية ولا تتوفر وحدة التسجيل دائمًا.

صور أخرى

في التصوير الفوتوغرافي بالأشعة تحت الحمراء، يتم التقاط المنطقة القريبة من الأشعة تحت الحمراء باستخدام مرشحات خاصة. تميل الكاميرات الرقمية إلى حجب الأشعة تحت الحمراء. ومع ذلك، يمكن للكاميرات الرخيصة التي لا تحتوي على مرشحات مناسبة أن "ترى" في نطاق الأشعة تحت الحمراء القريب. في هذه الحالة، عادة ما يظهر الضوء غير المرئي باللون الأبيض الساطع. يكون هذا ملحوظًا بشكل خاص عند التصوير بالقرب من كائنات مضاءة تعمل بالأشعة تحت الحمراء (على سبيل المثال، مصباح)، حيث يؤدي التداخل الناتج إلى تلاشي الصورة.

ومن الجدير بالذكر أيضًا التصوير بشعاع T، والذي يتم التصوير في نطاق تيراهيرتز البعيد. إن عدم وجود مصادر ساطعة يجعل مثل هذه الصور أكثر صعوبة من الناحية الفنية من معظم تقنيات التصوير بالأشعة تحت الحمراء الأخرى.

المصابيح والليزر

تشمل المصادر الاصطناعية للأشعة تحت الحمراء، بالإضافة إلى الأجسام الساخنة، مصابيح LED وأشعة الليزر. الأول عبارة عن أجهزة إلكترونية ضوئية صغيرة وغير مكلفة مصنوعة من مواد شبه موصلة مثل زرنيخيد الغاليوم. يتم استخدامها كعوازل بصرية وكمصادر للضوء في بعض أنظمة اتصالات الألياف الضوئية. تعمل أشعة الليزر تحت الحمراء عالية الطاقة التي يتم ضخها ضوئيًا على أساس ثاني أكسيد الكربون وأول أكسيد الكربون. يتم استخدامها لبدء وتعديل التفاعلات الكيميائية والنظائر المنفصلة. بالإضافة إلى ذلك، يتم استخدامها في أنظمة الليدار لتحديد المسافة إلى الجسم. تُستخدم مصادر الأشعة تحت الحمراء أيضًا في أجهزة تحديد المدى للكاميرات ذاتية التركيز وأجهزة الإنذار الأمنية وأجهزة الرؤية الليلية البصرية.

أجهزة استقبال الأشعة تحت الحمراء

تشتمل أدوات الكشف عن الأشعة تحت الحمراء على أجهزة حساسة لدرجة الحرارة مثل كاشفات المزدوجات الحرارية، ومقاييس البولوميتر (يتم تبريد بعضها إلى درجات حرارة قريبة من الصفر المطلق لتقليل التداخل من الكاشف نفسه)، والخلايا الكهروضوئية، والموصلات الضوئية. هذه الأخيرة مصنوعة من مواد أشباه الموصلات (على سبيل المثال، السيليكون وكبريتيد الرصاص)، والتي تزداد الموصلية الكهربائية عند تعرضها للأشعة تحت الحمراء.

التدفئة

تُستخدم الأشعة تحت الحمراء للتدفئة - على سبيل المثال، لتسخين حمامات البخار وإزالة الجليد من أجنحة الطائرات. كما يتم استخدامه بشكل متزايد لإذابة الأسفلت عند إنشاء طرق جديدة أو إصلاح المناطق المتضررة. يمكن استخدام الأشعة تحت الحمراء في طهي وتسخين الطعام.

اتصال

تُستخدم أطوال موجات الأشعة تحت الحمراء لنقل البيانات عبر مسافات قصيرة، مثل الأجهزة الطرفية للكمبيوتر والمساعدات الرقمية الشخصية. تتوافق هذه الأجهزة عادةً مع معايير IrDA.

يُستخدم اتصال الأشعة تحت الحمراء عادةً في الداخل في المناطق ذات الكثافة السكانية العالية. هذه هي الطريقة الأكثر شيوعًا للتحكم في الأجهزة عن بعد. خصائص الأشعة تحت الحمراء لا تسمح لها باختراق الجدران، وبالتالي لا تتفاعل مع المعدات الموجودة في الغرف المجاورة. بالإضافة إلى ذلك، يتم استخدام أشعة الليزر تحت الحمراء كمصادر للضوء في أنظمة اتصالات الألياف الضوئية.

التحليل الطيفي

التحليل الطيفي للأشعة تحت الحمراء هو تقنية تستخدم لتحديد هياكل وتركيبات المركبات العضوية (بشكل أساسي) من خلال دراسة انتقال الأشعة تحت الحمراء عبر العينات. ويعتمد على خواص المواد في امتصاص ترددات معينة، والتي تعتمد على التمدد والانحناء داخل جزيئات العينة.

توفر خصائص امتصاص وانبعاث الأشعة تحت الحمراء للجزيئات والمواد معلومات مهمة حول الحجم والشكل والترابط الكيميائي للجزيئات والذرات والأيونات في المواد الصلبة. يتم قياس طاقات الدوران والاهتزاز في جميع الأنظمة. الأشعة تحت الحمراء للطاقة hν المنبعثة أو الممتصة بواسطة جزيء أو مادة معينة هي مقياس للاختلاف في بعض حالات الطاقة الداخلية. وهي، بدورها، يتم تحديدها من خلال الوزن الذري والروابط الجزيئية. لهذا السبب، يعد التحليل الطيفي للأشعة تحت الحمراء أداة قوية لتحديد البنية الداخلية للجزيئات والمواد، أو كمياتها عندما تكون هذه المعلومات معروفة ومجدولة بالفعل. غالبًا ما تُستخدم تقنيات التحليل الطيفي للأشعة تحت الحمراء لتحديد تكوين العينات الأثرية وبالتالي أصلها وعمرها، وكذلك للكشف عن الأعمال الفنية المزورة والأشياء الأخرى التي تشبه النسخ الأصلية عند فحصها تحت الضوء المرئي.

فوائد ومضار الأشعة تحت الحمراء

تُستخدم الأشعة تحت الحمراء طويلة الموجة في الطب للأغراض التالية:

• تطبيع ضغط الدم عن طريق تحفيز الدورة الدموية.
• تطهير الجسم من الأملاح المعدنية الثقيلة والسموم.
• يحسن الدورة الدموية في الدماغ والذاكرة.
• تطبيع المستويات الهرمونية.
• الحفاظ على توازن الماء والملح.
• الحد من انتشار الفطريات والميكروبات.
• مزيل للالم؛
• تخفيف الالتهاب.
• تقوية جهاز المناعة.

في الوقت نفسه، يمكن أن يسبب الأشعة تحت الحمراء ضررا في الأمراض القيحية الحادة والنزيف والالتهابات الحادة وأمراض الدم والأورام الخبيثة. يؤدي التعرض الطويل غير المنضبط إلى احمرار الجلد والحروق والتهاب الجلد وضربة الشمس. تشكل الأشعة تحت الحمراء ذات الموجة القصيرة خطراً على العيون - فقد تتطور رهاب الضوء وإعتام عدسة العين وضعف البصر. ولذلك، ينبغي استخدام مصادر الإشعاع طويلة الموجة فقط للتدفئة.

> موجات تحت الحمراء

ماذا حدث موجات الأشعة تحت الحمراء: الطول الموجي للأشعة تحت الحمراء، نطاق موجة الأشعة تحت الحمراء وترددها. دراسة أنماط ومصادر طيف الأشعة تحت الحمراء.

ضوء الأشعة تحت الحمراء(IR) - الأشعة الكهرومغناطيسية، والتي تتجاوز أطوالها الموجية المرئية (0.74-1 ملم).

هدف التعلم

• فهم النطاقات الثلاثة لطيف الأشعة تحت الحمراء ووصف عمليات الامتصاص والانبعاث بواسطة الجزيئات.

لحظات أساسية

• يستوعب ضوء الأشعة تحت الحمراء معظم الإشعاع الحراري الذي تنتجه الأجسام عند درجة حرارة الغرفة تقريبًا. ينبعث ويمتص إذا حدثت تغيرات في دوران واهتزاز الجزيئات.
• يمكن تقسيم جزء الأشعة تحت الحمراء من الطيف إلى ثلاث مناطق وفقًا لطول الموجة: الأشعة تحت الحمراء البعيدة (300-30 هرتز)، والأشعة تحت الحمراء المتوسطة (30-120 هرتز) والأشعة تحت الحمراء القريبة (120-400 هرتز).
• ويسمى الأشعة تحت الحمراء أيضًا بالإشعاع الحراري.
• من المهم أن نفهم مفهوم الابتعاثية لفهم الأشعة تحت الحمراء.
• يمكن استخدام الأشعة تحت الحمراء لتحديد درجة حرارة الأجسام عن بعد (التصوير الحراري).

شروط

• التصوير الحراري هو الحساب عن بعد للتغيرات في درجة حرارة الجسم.
• الإشعاع الحراري هو الإشعاع الكهرومغناطيسي الناتج عن الجسم بسبب درجة الحرارة.
• الابتعاثية هي قدرة السطح على انبعاث الإشعاع.

موجات الأشعة تحت الحمراء

ضوء الأشعة تحت الحمراء (IR) هو أشعة كهرومغناطيسية تتجاوز أطوالها الموجية الضوء المرئي (0.74-1 مم). يتقارب نطاق الطول الموجي للأشعة تحت الحمراء مع نطاق التردد 300-400 هرتز ويستوعب كميات هائلة من الإشعاع الحراري. تمتص الجزيئات ضوء الأشعة تحت الحمراء وتنبعث منه أثناء تغيرها في الدوران والاهتزاز.

فيما يلي الفئات الرئيسية للموجات الكهرومغناطيسية. تختلف الخطوط الفاصلة في بعض الأماكن، وقد تتداخل فئات أخرى. تحتل أجهزة الميكروويف الجزء عالي التردد من قسم الراديو من الطيف الكهرومغناطيسي

الفئات الفرعية لموجات الأشعة تحت الحمراء

يشغل جزء الأشعة تحت الحمراء من الطيف الكهرومغناطيسي النطاق من 300 جيجا هرتز (1 مم) إلى 400 هرتز (750 نانومتر). هناك ثلاثة أنواع من موجات الأشعة تحت الحمراء:

• الأشعة تحت الحمراء البعيدة: 300 جيجا هرتز (1 ملم) إلى 30 هرتز (10 ميكرومتر). يمكن تسمية الجزء السفلي بأفران الميكروويف. يتم امتصاص هذه الأشعة بسبب دوران جزيئات الطور الغازي، والحركات الجزيئية في السوائل، والفوتونات في المواد الصلبة. يتم امتصاص الماء الموجود في الغلاف الجوي للأرض بقوة بحيث يصبح معتمًا. ولكن هناك أطوال موجية معينة (نوافذ) تستخدم للإرسال.
• نطاق الأشعة تحت الحمراء المتوسطة: 30 إلى 120 هرتز (10 إلى 2.5 ميكرومتر). المصادر هي كائنات ساخنة. تمتصها الاهتزازات الجزيئية (تهتز الذرات المختلفة في مواقع التوازن). يُطلق على هذا النطاق أحيانًا اسم بصمة الإصبع لأنها ظاهرة محددة.
• أقرب نطاق للأشعة تحت الحمراء: 120 إلى 400 هرتز (2500-750 نانومتر). تشبه هذه العمليات الفيزيائية تلك التي تحدث في الضوء المرئي. يمكن العثور على أعلى الترددات مع نوع معين من أفلام التصوير الفوتوغرافي وأجهزة استشعار للأشعة تحت الحمراء والتصوير الفوتوغرافي والفيديو.

الحرارة والإشعاع الحراري

يُطلق على الأشعة تحت الحمراء أيضًا اسم الإشعاع الحراري. يلتقط ضوء الأشعة تحت الحمراء القادم من الشمس 49% فقط من حرارة الأرض، والباقي عبارة عن ضوء مرئي (يتم امتصاصه وإعادة عكسه بأطوال موجية أطول).

الحرارة هي طاقة في شكل انتقالي تتدفق بسبب الاختلافات في درجات الحرارة. إذا تم نقل الحرارة عن طريق التوصيل أو الحمل الحراري، فإن الإشعاع يمكن أن ينتشر في الفراغ.

لفهم الأشعة تحت الحمراء، علينا أن نلقي نظرة فاحصة على مفهوم الابتعاثية.

مصادر موجة الأشعة تحت الحمراء

ينتج البشر ومعظم بيئة الكواكب أشعة حرارية بحجم 10 ميكرون. هذه هي الحدود التي تفصل بين مناطق الأشعة تحت الحمراء المتوسطة والبعيدة. تبعث العديد من الأجسام الفلكية كميات يمكن اكتشافها من الأشعة تحت الحمراء بأطوال موجية غير حرارية.

يمكن استخدام الأشعة تحت الحمراء لحساب درجة حرارة الأجسام عن بعد. تسمى هذه العملية بالتصوير الحراري وهي الأكثر استخدامًا في التطبيقات العسكرية والصناعية.

صورة حرارية لكلب وقطة

تُستخدم موجات الأشعة تحت الحمراء أيضًا في التدفئة والاتصالات والأرصاد الجوية والتحليل الطيفي وعلم الفلك وعلم الأحياء والطب والتحليل الفني.

يتعرض الإنسان كل يوم للأشعة تحت الحمراء ومصدرها الطبيعي هو الشمس. تصنف العناصر المتوهجة وأجهزة التسخين الكهربائية المختلفة على أنها مشتقات غير طبيعية. ويستخدم هذا الإشعاع في أنظمة التدفئة، ومصابيح الأشعة تحت الحمراء، وأجهزة التدفئة، وأجهزة التحكم عن بعد في التلفزيون، والمعدات الطبية. لذلك، من الضروري دائمًا معرفة فوائد وأضرار الأشعة تحت الحمراء للإنسان.

الأشعة تحت الحمراء: ما هو؟

في عام 1800، اكتشف عالم فيزياء إنجليزي حرارة الأشعة تحت الحمراء عن طريق تقسيم ضوء الشمس إلى طيف باستخدام المنشور.. استخدم ويليام هيرشل مقياس حرارة لكل لون حتى لاحظ ارتفاعًا في درجة الحرارة مع تغير اللون من البنفسجي إلى الأحمر. وبذلك تم فتح منطقة استشعار الحرارة ولكنها غير مرئية بالعين البشرية. يتميز الإشعاع بمعلمتين رئيسيتين: التردد (الشدة) وطول الحزمة. في الوقت نفسه، ينقسم الطول الموجي إلى ثلاثة أنواع: قريب (من 0.75 إلى 1.5 ميكرون)، متوسط ​​(من 1.5 إلى 5.6 ميكرون)، بعيد (من 5.6 إلى 100 ميكرون).

وهي طاقة طويلة الموجة لها خصائص إيجابية تتوافق مع الإشعاع الطبيعي لجسم الإنسان حيث يبلغ أطول طول موجي لها 9.6 ميكرون. لذلك، ينظر الجسم إلى كل تأثير خارجي على أنه "أصلي". أفضل مثال على الأشعة تحت الحمراء هو حرارة الشمس. يتميز هذا الشعاع بأنه يسخن الجسم وليس المساحة المحيطة به. الأشعة تحت الحمراء هي خيار توزيع الحرارة.

فوائد الأشعة تحت الحمراء

تؤثر الأجهزة التي تستخدم الإشعاع الحراري طويل الموجة على جسم الإنسان بطريقتين مختلفتين. الطريقة الأولى لها خاصية تقوية، وزيادة وظائف الحماية ومنع الشيخوخة المبكرة. يتيح لك هذا النوع التعامل مع الأمراض المختلفة، مما يزيد من دفاعات الجسم الطبيعية ضد الأمراض. وهو شكل من أشكال العلاج الصحي ومناسب للاستخدام في المنزل وفي البيئات الطبية.

النوع الثاني من تأثير الأشعة تحت الحمراء هو العلاج المباشر للأمراض والعلل العامة. يواجه الإنسان كل يوم اضطرابات متعلقة بالصحة. ولذلك، فإن الباعثات الطويلة لها خصائص علاجية. تستخدم العديد من المؤسسات الطبية في أمريكا وكندا واليابان ودول رابطة الدول المستقلة وأوروبا مثل هذه الإشعاعات. الموجات قادرة على اختراق الجسم بعمق، مما يؤدي إلى تدفئة الأعضاء الداخلية والهيكل العظمي. تساعد هذه التأثيرات على تحسين الدورة الدموية وتسريع تدفق السوائل في الجسم.

زيادة الدورة الدموية لها تأثير مفيد على عملية التمثيل الغذائي البشري، والأنسجة مشبعة بالأكسجين، والجهاز العضلي يتلقى التغذية. يمكن القضاء على العديد من الأمراض عن طريق التعرض المنتظم للإشعاع الذي يتغلغل في عمق جسم الإنسان. هذا الطول الموجي سوف يخفف من أمراض مثل:

• ارتفاع أو انخفاض ضغط الدم.
• ألم في الظهر؛
• زيادة الوزن والسمنة.
• أمراض القلب والأوعية الدموية.
• الاكتئاب والإجهاد.
• اضطرابات الجهاز الهضمي.
• التهاب المفاصل والروماتيزم والألم العصبي.
• التهاب المفاصل والتهاب المفاصل والنوبات.
• الشعور بالضيق والضعف والإرهاق.
• التهاب الشعب الهوائية والربو والالتهاب الرئوي.
• اضطراب النوم والأرق.
• آلام العضلات والقطني.
• مشاكل في إمدادات الدم والدورة الدموية.
• أمراض الأنف والأذن والحنجرة دون رواسب قيحية.
• الأمراض الجلدية والحروق والسيلوليت.
• الفشل الكلوي؛
• نزلات البرد والأمراض الفيروسية.
• انخفاض وظيفة الحماية للجسم.
• تسمم؛
• التهاب المثانة الحاد والتهاب البروستاتا.
• التهاب المرارة دون تشكيل الحجر، التهاب المعدة والأمعاء.

يعتمد التأثير الإيجابي للإشعاع على حقيقة أنه عندما تضرب الموجة الجلد فإنها تعمل على نهايات الأعصاب ويحدث شعور بالدفء. يتم تدمير أكثر من 90% من الإشعاع عن طريق الرطوبة الموجودة في الطبقة العليا من الجلد، ولا يسبب أي شيء أكثر من ارتفاع درجة حرارة الجسم. إن طيف التعرض الذي يبلغ طوله 9.6 ميكرون آمن تمامًا للبشر.

قصص من قرائنا

فلاديمير
61 سنة

يحفز الإشعاع الدورة الدموية ويعيد ضغط الدم وعمليات التمثيل الغذائي إلى طبيعتها. ومن خلال تزويد أنسجة المخ بالأكسجين، يتم تقليل خطر الدوخة وتحسين الذاكرة. يمكن للأشعة تحت الحمراء إزالة أملاح المعادن الثقيلة والكوليسترول والسموم. أثناء العلاج، تزداد مناعة المريض، وتعود المستويات الهرمونية إلى طبيعتها، ويتم استعادة توازن الماء والملح. تقلل الموجات من تأثير المواد الكيميائية السامة المختلفة، ولها خصائص مضادة للالتهابات، وتمنع تكوين الفطريات، بما في ذلك العفن.

تطبيقات الأشعة تحت الحمراء

تستخدم طاقة الأشعة تحت الحمراء في مجالات مختلفة، مما يؤثر بشكل إيجابي على الإنسان:

1. التصوير الحراري. باستخدام الأشعة تحت الحمراء، يتم تحديد درجة حرارة الأجسام الموجودة على مسافة. وتستخدم موجات الحرارة بشكل رئيسي في التطبيقات العسكرية والصناعية. يمكن رؤية الأجسام الساخنة بمثل هذا الجهاز بدون إضاءة.
2. التدفئة. تساهم الأشعة تحت الحمراء في زيادة درجة الحرارة، ولها تأثير مفيد على صحة الإنسان. بالإضافة إلى كونها حمامات ساونا بالأشعة تحت الحمراء مفيدة، فإنها تستخدم في اللحام وتليين الأشياء البلاستيكية ومعالجة الأسطح في المجالات الصناعية والطبية.
3. تتبع. تهدف هذه الطريقة لاستخدام الطاقة الحرارية إلى توجيه الصواريخ بشكل سلبي. تحتوي هذه العناصر الطائرة على آلية بداخلها تسمى "الباحث عن الحرارة". تبعث السيارات والطائرات والمركبات الأخرى، وكذلك الأشخاص، حرارة لمساعدة الصواريخ في العثور على الاتجاه الصحيح للطيران.
4. علم الارصاد الجوية. يساعد الإشعاع الأقمار الصناعية على تحديد المسافة التي توجد بها السحب، وتحديد درجة حرارتها ونوعها. وتظهر السحب الدافئة باللون الرمادي، والسحب الباردة باللون الأبيض. تتم دراسة البيانات دون تدخل ليلا ونهارا. سيتم الإشارة إلى المستوى الساخن للأرض باللون الرمادي أو الأسود.
5. الفلك. تم تجهيز علماء الفلك بأدوات فريدة من نوعها - تلسكوبات الأشعة تحت الحمراء، والتي تسمح لهم بمراقبة الأجسام المختلفة في السماء. وبفضلهم، تمكن العلماء من العثور على النجوم الأولية قبل أن تبدأ في إصدار الضوء المرئي للعين البشرية. سيتمكن مثل هذا التلسكوب من التعرف بسهولة على الأجسام الباردة، لكن لا يمكن رؤية الكواكب في طيف الأشعة تحت الحمراء الذي يتم مشاهدته بسبب الضوء الخافت الصادر عن النجوم. ويستخدم الجهاز أيضًا لرصد نوى المجرات التي يحجبها الغاز والغبار.
6. فن. تساعد الصور الانعكاسية، التي تعمل على أساس الأشعة تحت الحمراء، المتخصصين في هذا المجال على فحص الطبقات السفلية لجسم ما أو رسومات الفنان بمزيد من التفصيل. تتيح لك هذه الطريقة مقارنة رسومات الرسم وجزءه المرئي لتحديد صحة اللوحة وما إذا كان قد تم ترميمها أم لا. في السابق، تم تكييف الجهاز لدراسة المستندات المكتوبة القديمة وصنع الحبر.

هذه ليست سوى الطرق الأساسية لاستخدام الطاقة الحرارية في العلوم، ولكن تظهر معدات جديدة تعمل على أساسها كل عام.

ضرر من الأشعة تحت الحمراء

لا يكون لضوء الأشعة تحت الحمراء تأثير إيجابي على جسم الإنسان فحسب، بل يجدر بنا أن نتذكر الضرر الذي يمكن أن يسببه إذا تم استخدامه بشكل غير صحيح ويكون خطيرًا على الآخرين. إن نطاقات الأشعة تحت الحمراء ذات الطول الموجي القصير هي التي تؤثر سلبًا. يتجلى التأثير السيئ للأشعة تحت الحمراء على جسم الإنسان في شكل التهاب الطبقات السفلى من الجلد والشعيرات الدموية المتوسعة والتقرحات.

يجب التوقف فوراً عن استخدام الأشعة تحت الحمراء في حالة ظهور الأمراض والأعراض التالية:

• أمراض الدورة الدموية والنزيف.
• شكل مزمن أو حاد من العمليات القيحية.
• الحمل والرضاعة؛
• الأورام الخبيثة؛
• فشل الرئة والقلب.
• التهاب حاد؛
• الصرع.
• مع التعرض لفترات طويلة للأشعة تحت الحمراء، يزداد خطر الإصابة برهاب الضوء وإعتام عدسة العين وأمراض العيون الأخرى.

التعرض القوي للأشعة تحت الحمراء يؤدي إلى احمرار الجلد والحروق. يصاب العاملون في صناعة المعادن أحيانًا بضربة الشمس والتهاب الجلد. كلما كانت مسافة المستخدم عن عنصر التسخين أقصر، قل الوقت الذي يجب أن يقضيه بالقرب من الجهاز. ارتفاع درجة حرارة أنسجة المخ بدرجة واحدة وضربة الشمس تكون مصحوبة بأعراض مثل الغثيان والدوخة وعدم انتظام دقات القلب وتغميق العينين. عندما ترتفع درجة الحرارة بمقدار درجتين أو أكثر، يكون هناك خطر الإصابة بالتهاب السحايا.

إذا حدثت ضربة الشمس تحت تأثير الأشعة تحت الحمراء، فيجب عليك وضع الضحية على الفور في غرفة باردة وإزالة جميع الملابس التي تقيد الحركة أو تقيدها. يتم وضع ضمادات مبللة بالماء البارد أو أكياس الثلج على الصدر والرقبة والفخذ والجبهة والعمود الفقري والإبطين.

إذا لم يكن لديك كيس ثلج، يمكنك استخدام أي قماش أو قطعة ملابس لهذا الغرض. يتم عمل الكمادات فقط بالماء البارد جدًا، مع ترطيب الضمادات فيه بشكل دوري.

إذا أمكن، يتم لف الشخص بالكامل بملاءة باردة. بالإضافة إلى ذلك، يمكنك نفخ تيار من الهواء البارد على المريض باستخدام المروحة. شرب الكثير من الماء البارد سيساعد على تخفيف حالة الضحية. في حالات التعرض الشديدة من الضروري استدعاء سيارة إسعاف وإجراء التنفس الاصطناعي.

كيفية تجنب الآثار الضارة لموجات الأشعة تحت الحمراء

ولحماية نفسك من التأثيرات السلبية لموجات الحر عليك اتباع بعض القواعد:

1. إذا كان العمل مرتبطًا بشكل مباشر بسخانات درجة الحرارة المرتفعة، إذن مطلوب استخدام الملابس الواقية لحماية الجسم والعينين.
2. يتم استخدام السخانات المنزلية ذات عناصر التسخين المكشوفة بحذر شديد. لا يجب أن تكون قريبًا منهم ومن الأفضل تقليل وقت تأثيرهم إلى الحد الأدنى.
3. يجب أن تحتوي المباني على أجهزة ذات تأثير أقل على الأشخاص وصحتهم.
4. لا تبقى في الشمس لفترات طويلة من الزمن. إذا لم يكن من الممكن تغيير ذلك، فأنت بحاجة إلى ارتداء قبعة وملابس تغطي المناطق المفتوحة من الجسم باستمرار. وينطبق هذا بشكل خاص على الأطفال، الذين لا يستطيعون دائمًا اكتشاف ارتفاع درجة حرارة الجسم.

باتباع هذه القواعد، سيكون الشخص قادرا على حماية نفسه من العواقب غير السارة للتأثير الحراري المفرط. يمكن أن تسبب الأشعة تحت الحمراء ضررًا ونفعًا عند استخدامها بطرق معينة.

طرق العلاج

ينقسم العلاج بالأشعة تحت الحمراء إلى نوعين: موضعي وعامة. في النوع الأول يكون هناك تأثير موضعي على منطقة معينة، وفي العلاج العام تعالج الموجات جسم الإنسان بأكمله. يتم تنفيذ الإجراء مرتين يوميًا لمدة 15-30 دقيقة. تتراوح مدة العلاج من 5 إلى 20 جلسة. من الضروري ارتداء معدات الحماية عند التشعيع. وتستخدم أغطية من الورق المقوى أو نظارات خاصة للعيون. بعد الإجراء يظهر احمرار مع حدود غير واضحة على الجلد، يختفي بعد ساعة من التعرض للأشعة. الأشعة تحت الحمراء ذات قيمة عالية في الطب.

كثافة الإشعاع العالية يمكن أن تسبب ضررا للصحة، لذلك يجب عليك اتباع جميع موانع الاستعمال.

ترافق الطاقة الحرارية الإنسان كل يوم في حياته اليومية. الأشعة تحت الحمراء لا تجلب فوائد فحسب، بل تضر أيضًا. ولذلك، فمن الضروري التعامل مع ضوء الأشعة تحت الحمراء بحذر. ويجب استخدام الأجهزة التي تنبعث منها هذه الموجات بشكل آمن. لا يعرف الكثير من الأشخاص ما إذا كان التعرض الحراري ضارًا، ولكن مع الاستخدام الصحيح للأجهزة، من الممكن تحسين صحة الإنسان والتخلص من بعض الأمراض.