Инфракрасные излучения - основные понятия и определения с примерами

Инфракрасные излучения:

В 1800 году У. Гершель провел исследования по уменьшению нагревания солнечными лучами приборов, используемых для исследования Солнца. С помощью чувствительных приборов он измерял температуру, соответствующую разным цветам в разных частях спектра, полученного от Солнца. Тогда он заметил, что максимальный прогрев приходится на невидимую область после насыщенного красного цвета. Эти невидимые лучи названы инфракрасными лучами. Тогда приступили к изучению инфракрасного излучения.

Изначально для создания инфракрасного излучения в лабораторных условиях использовали нагретые тела или газовые разряды, в дальнейшем - специальные лазеры.

Международная комиссия по освещению рекомендовала разделить инфракрасное излучение на три группы:

1. Близкий инфракрасный диапазон (NIR): 700 нм - 1400 нм;
2. Средний инфракрасный диапазон (MIR): 1400 нм - 3000 нм;
3. Дальний инфракрасный диапазон (FIR): 3000 нм - 1 мм.

Для регистрации близкого инфракрасного диапазона используют специальные фотопластинки. При их исследовании применяют фотоэлектрические детекторы и фоторезисторы с широкими диапазонами чувствительности. Для регистрации излучения на дальних инфракрасных диапазонах используют болометр - чувствительный к инфракрасному излучению прибор.

Человеческий глаз не видит инфракрасного излучения, а некоторые животные способны видеть в этом диапазоне излучения. Например, некоторые змеи обладают способностями видеть в инфракрасном диапазоне. Из рыб: пиранья и золотая рыбка также могут видеть в инфракрасном диапазоне. Комары также обладают инфракрасным зрением и находят на теле наиболее насыщенные кровеносными сосудами участки.

Инфракрасные лучи широко применяют в технике и в быту. Приборы и камеры ночного видения, съемка тепловой термографии организма человека, нахождение мишени по тепловому излучению, инфракрасные нагреватели, сушка крашеных поверхностей, исследования дальних космических объектов, излучение спектров молекул, дистанционное управление устройствами (пульт телевизора, магнитофона, кондиционера) - в этих и других устройствах используется инфракрасное излучение.

В медицине при физиотерапевтическом лечении, при стерилизации продуктов питания, а также проверке подлинности денежных купюр тоже используют эти лучи.

Инфракрасные лучи имеют также отрицательные стороны. Если вы будете смотреть на источник с высокой температурой, то это приведет к слезоточивости и сухости глазного дна.

После открытия инфракрасных лучей немецкий физик И.В. Риттер начал изучать части спектра видимой области с маленькой длиной волны. В 1801 году наблюдали ускорение расщепления хлорида серебра под воздействием ультрафиолетовой части спектра излучения. Исходя из этого, Риттер и другие ученые пришли к выводу, что свет состоит из трех отдельных компонентов: инфракрасной, видимой и ультрафиолетовой частей.

Ультрафиолетовые излучения также рекомендовано условно делить на четыре группы:

1. Близкий ультрафиолетовый диапазон (NUV): 400 нм - 315 нм;
2. Средний ультрафиолетовый диапазон (MUV): 300 нм - 200 нм;
3. Дальний ультрафиолетовый диапазон (FUV): 200 нм - 122 нм;
4. Экстремальный ультрафиолетовый диапазон (EUV): 121 нм -10 нм.

Основным источником ультрафиолетового излучения на Земле

считается Солнце. Количество ультрафиолетового излучения, достигающего поверхности Земли, зависит от концентрации озона в атмосфере, высоты Солнца от горизонта, высоты над уровнем моря, рассеивания в атмосфере и облачности воздуха.

Ультрафиолетовые лучи действуют на кожу человека и образуют загар. Множество полимеров тускнеют, трескаются, иногда полностью расщепляются под действием ультрафиолетового излучения.

Ультрафиолетовые лучи широко применяются в быту и технике. Их используют для дезинфекции комнат, определения фальшивых документов и банкнот, обеззараживания от различных бактерий воды, воздуха и разных поверхностей, избавления от насекомых, ускорения химических реакций, анализа минералов и др.

Ультрафиолетовое излучение создастся с помощью специальных ламп. Существуют также лазеры, работающие в этом диапазоне.

• Заказать решение задач по физике

Рентгеновские лучи:

8 ноября 1895 года Вилгельм Конрад Рентген, изучая катодные лучи, наблюдал излучение в темноте на картоне, стоявшем возле катодно-лучевой трубки, верхний слой которого был покрыт солью бария. Рентген назвал эти лучи Х-лучами и в течение нескольких последующих недель изучал их свойства. Свои результаты он опубликовал 28 декабря 1895 года в статье под названием «Новый вид луча». Хотя еще за 8 лет до этого Н. Тесла регистрировал рентгеновские лучи, но ни он, ни его коллеги серьезного значения этому не придали.

Использованная Рентгеном катодно-лучевая трубка была изготовлена Ю. Хитторфом и В. Круксом. В процессе ее использования появились рентгеновские лучи. При проведении экспериментов Г. Герц и его ученики заметили это благодаря затемнению фотопластинки. Однако никто из них также на это не обратил внимания и не опубликовал свои наблюдения. Поэтому Рентген, не зная их работу, самостоятельно в течение года занимался исследованием и опубликовал результаты в трех научных статьях. В 1901 году Рентген стал первым лауреатом Нобелевской премии по физике.

Рентгеновские лучи появляются при резком торможении ускоренных заряженных частиц (рис. 4.27). Нагревая катод К, благодаря термоэлектронной эмиссии, он начинает испускать электроны. Под воздействием напряжения на аноде А они с ускорением двигаются в сторону анода. При столкновении с анодом электроны резко тормозят и анод излучает рентгеновские лучи. Во время столкновения 1% кинетической энергии электронов превращается в рентгеновские лучи, а 99% энергии превращается в тепло. Поэтому анод охлаждается.

Рентгеновские лучи тоже являются электромагнитными волнами и их частотный диапазон лежит в промежутке: от

Рентгеновские лучи легко проходят через тело человека. Благодаря тому, что разные органы по-разному поглощают лучи, можно получить их снимки (рис. 4.28). На компьютерных томографиях получают объемные изображения органов. Определение дефектов в различной готовой продукции (рельсы, сварка и др.) называется рентгеновской дефектоскопией. В материаловедении, кристаллографии, химии и биологии с помощью рентгеновских лучей изучается структура вещества на атомном уровне. Примером этого может служить изучение структуры ДНК. На

службе безопасности аэропорта и таможенном контроле используют рентгеновские лучи для выявления запрещенных и опасных предметов.

В медицине, кроме диагностики, рентгеновские лучи используют при лечении.