От чего отражается инфракрасное излучение

Инфракрасное излучение

Инфракра́сное излуче́ние (ИК-излучение, ИК-лучи), электромагнитное излучение с длинами волн λ \lambda λ от около 0,74 мкм до около 1–2 мм, т. е. излучение, занимающее спектральную область между красным концом видимого излучения и коротковолновым (субмиллиметровым) радиоизлучением. Инфракрасное излучение относится к оптическому излучению, однако в отличие от видимого излучения оно не воспринимается человеческим глазом. Взаимодействуя с поверхностью тел, оно нагревает их, поэтому часто его называют тепловым излучением . Условно область инфракрасного излучения разделяют на ближнюю ( λ \lambda λ =0,74–2,5 мкм), среднюю (2,5–50 мкм) и далёкую (50–2000 мкм). Инфракрасное излучение открыто У. Гершелем (1800) и независимо У. Х. Волластоном (1802).

Спектры инфракрасного излучения могут быть линейчатыми ( атомные спектры ), непрерывными (спектры конденсированных сред ) или полосатыми ( молекулярные спектры ). Оптические свойства (коэффициенты пропускания , отражения, преломления и т. п.) веществ в инфракрасном излучении, как правило, значительно отличаются от соответствующих свойств в видимом или ультрафиолетовом излучении. Многие вещества, прозрачные для видимого света, непрозрачны для инфракрасного излучения определённых длин волн, и наоборот. Так, слой воды толщиной в несколько сантиметров непрозрачен для инфракрасного излучения с λ > 1 \lambda>1 λ > 1 мкм, поэтому вода часто используется в качестве теплозащитного фильтра. Пластинки из Ge \text Ge и Si \text Si , непрозрачные для видимого излучения, прозрачны для инфракрасного излучения определённых длин волн, чёрная бумага прозрачна в далёкой ИК-области (такие вещества используют в качестве светофильтров при выделении инфракрасного излучения).

Источники инфракрасного излучения

Мощный естественный источник инфракрасного излучения – Солнце , около 50 % его излучения лежит в ИК-области. На инфракрасное излучение приходится от 70 до 80 % энергии излучения ламп накаливания ; его испускают электрическая дуга и различные газоразрядные лампы , все типы электрических обогревателей помещений. В научных исследованиях источниками ИК-излучения служат ленточные вольфрамовые лампы, штифт Нернста, глобар, ртутные лампы высокого давления и др. Излучение некоторых типов лазеров также лежит в ИК-области спектра (например, длина волны излучения лазеров на неодимовом стекле составляет 1,06 мкм, гелий-неоновых лазеров – 1,15 и 3,39 мкм, CO 2 \text_ <2>CO 2 ​ -лазеров – 10,6 мкм).

Приёмники инфракрасного излучения

Приёмники ИК-излучения основаны на преобразовании энергии излучения в другие виды энергии, доступные для измерения. В тепловых приёмниках поглощённое инфракрасное излучение вызывает повышение температуры термочувствительного элемента, которое и регистрируется. В фотоэлектрических приёмниках поглощение ИК-излучения приводит к появлению или изменению силы электрического тока или напряжения . Фотоэлектрические приёмники (в отличие от тепловых) селективны, т. е. чувствительны лишь к излучению определённой области спектра. Фоторегистрация инфракрасного излучения осуществляется с помощью специальных фотоэмульсий, однако они чувствительны к нему только для длин волн до 1,2 мкм.

Применение инфракрасного излучения

ИК-излучение широко применяют в научных исследованиях и для решения различных практических задач. Спектры испускания и поглощения молекул и твёрдых тел лежат в ИК-области, их изучают в инфракрасной спектроскопии , в структурных задачах, а также используют в качественном и количественном спектральном анализе . В далёкой ИК-области лежит излучение, возникающее при переходах между зеемановскими подуровнями атомов, а ИК-спектры атомов позволяют изучать структуру их электронных оболочек. Фотографии одного и того же объекта, полученные в видимом и инфракрасном диапазонах, вследствие различия коэффициентов отражения, пропускания и рассеяния могут значительно различаться; на ИК-фотографии можно увидеть детали, невидимые на обычной фотографии.

В промышленности ИК-излучение используют для сушки и нагрева материалов и изделий, в быту – для обогрева помещений. На основе фотокатодов , чувствительных к инфракрасному излучению, созданы электронно-оптические преобразователи , в которых невидимое глазом ИК-изображение объекта преобразуется в видимое. На основе таких преобразователей построены различные приборы ночного видения ( бинокли , прицелы и т. п.), позволяющие в полной темноте обнаруживать объекты, вести наблюдение и прицеливание, облучая их инфракрасным излучением от специальных источников. При помощи высокочувствительных приёмников ИК-излучения осуществляют теплопеленгацию объектов по их собственному инфракрасному излучению и создают системы самонаведения на цель снарядов и ракет. ИК-локаторы и ИК-дальномеры позволяют обнаруживать в темноте предметы, температура которых выше температуры окружающей среды, и измерять расстояния до них. Мощное излучение ИК-лазеров используют в научных исследованиях, а также для осуществления наземной и космической связи, для лазерного зондирования атмосферы и т. д. Инфракрасное излучение используется для воспроизведения эталона метра.

От чего отражается инфракрасное излучение

Инфракрасное излучение. Отражение и поглощение световых лучей

У большинства тел на земной поверхности в спектре излучения максимум энергии заключается в инфракрасной части. Максимальное количество тепла дают лучи инфракрасные, красные, оранжевые, и все менее — в нисходящем порядке остальные — до фиолетовых.

Поэтому-то в практических целях лучи левой части спектра и называют тепловыми. Их химическое действие выражено слабо и практически не принимается в расчет. Лучи правой части спектра (с ярко выраженным химическим действием при очень слабом тепловом) называет химическими. И хотя мы различаем три вида лучей: световые, тепловые и химические, существует только одна лучистая энергия. Все виды ее способны в различной степени нагревать, в различной степени оказывать химическое действие и только в ограниченной своей части (в пределах от 760 до 460 mu) оказывать раздражающее действие на сетчатку глаза и вызывать в нем сложное физиологическое ощущение света и различных цветов.

Согласно физическим законам, световые электромагнитные лучи, падая на различные тела, могут отражаться, преломляться, поглощаться, рассеиваться, люминисцировать, флюоресцировать.

Отражение и поглощение световых лучей

Существующие законы отражения, по которым падающий и отраженный лучи лежат в одной плоскости, а угол падения равен углу отражения, свойственны в одинаковой степени всем видам лучистой энергии, причем процент отражения всецело зависит от вещества отражающего тела, от его формы, материала, из которого он сделан, и от длины волны луча. Наибольшим коэффициентом отражения от гладких поверхностей обладают инфракрасные лучи — до 98%’ для падающих лучей длиной 1,5 мм. Коэффициент отражения видимых лучей от воды равен 2%. Ультрафиолетовые лучи в отношении количества отражения уступают инфракрасным лучам. (В значительных размерах ультрафиолетовые лучи диффузно рассеиваются от мельчайших частиц облаков, снега, песка.

Обнаженная почва, почти совершенно поглощая световые и ультрафиолетовые лучи, отражает и излучает затем главным образом инфракрасные лучи. Водная поверхность, снежный и ледовый покровы отражают от себя световые, т. е. оптические и ультрафиолетовые, лучи.

В ряде руководств по гелиотерапии рекомендуется принимающим солнечные ванны на пляже располагаться как можно ближе к воде, с целью получения дополнительного количества ультрафиолетовой радиации солнца, отраженной от поверхности воды. Проф. Н. Н. Калитиным были проведены специальные исследования, чтобы определить, насколько значительнее отражается ультрафиолетовая радиация от поверхности воды непосредственно на берегу моря при разных метеорологических условиях и при различном состоянии моря.
Обработав 53 спектрограммы, содержащие несколько сот спектров, и отобрав из них 18 наилучших, проф. Калитин обобщил результаты своих опытов в следующей таблице.

Таким образом можно сделать вывод, что с ультрафиолетовой стороны спектр, отраженный от поверхности моря, всегда короче, чем спектр, падающий на воду солнечной радиации, и чем мутнее вода, тем происходит большее (поглощение ультрафиолетовой радиации.
Исследования, сделанные Калитиным, таким образом, показали, что солнечная ультрафиолетовая радиация (биологически: активная) от поверхности моря не отражается.

Количество лучистой энергии, отра женной от определенной поверхности, выраженное в процентах к падающей энергии, называется «альбедо».
Калитину принадлежат работы по определению альбедо в Ялте, Мисхоре, Феодосии, Нальчике» Тегенекли и на Эльбрусе. Наименьшие величины альбедо получились для морского песка (10—13%) и для травяного покрова (22—23%). Наибольшую величину отражения дали: ледники Эльбруса (68%), пляж в. Мисхоре из мелкой гальки (32%) и из крупной гальки (28%), пляж в Феодосии из ракушечного песка (31—32%), бетонированная площадка в Ялтинском туберкулезном институте (34%).

Отраженные от земной поверхности величины радиации доходят до 30% радиации падающей. Эти величины не постоянны и зависят от отражательной способности различных поверхностей, и атмосферных колебаний.

Значительное количество солнечной и рассеянной радиации атмосферы отражается и от кожи человека. По исследованию проф. Корчагина, кожа человека слабо отражает коротковолновую радиацию и сильно длинноволновую. От непигментированной и пигментированной кожи отражение происходит по-разному.

Научный форум dxdy

Какой доступный материал отражает в ИК диапазоне ?

Последний раз редактировалось limarodessa 27.10.2011, 22:45, всего редактировалось 1 раз.

Мэр города в котором я проживаю обратился к жителям с рекомендацией часть стены позади радиаторов закрывать фольгой. Формулирую вопросы:

1. Действительно ли отражение фотонов в ИК участке ( именно при температуре комнатных радиаторов ) повысит температуру в том месте куда они отражены (то есть в помещении) ?

2. Действительно ли фольга хорошо отражает фотоны в ИК участке спектра ?

3. Какие еще недорогие доступные материалы обладают свойством отражения фотонов в ИК участке спектра ?

У нас на работе завалялось пару спиральных излучателей. По технике безопасности ими пользоваться запрещено.
Состоят они из спирали и отражающей тарелки. Вентиляторов никаких нет.

1) Тепло от них идёт вверх, но также очень много тепла идет в направлении, куда указывает тарелка. Если поставить некоторый предмет и направить на него обогреватель, то он прилично греется. Отсюда вывод тарелка хорошо отражает тепловые волны. Тарелка это диск с металлическим блеском.

2) Меня это тоже интересует. Особенно количественное выражение. Надо в справочниках поискать.
Чисто теоретически элементы с металлическим блеском хорошо отражают видимый свет сами можете оценить на глаз 60-90%. Материалы с металлическим блеском хорошо отражают не только видимый, но и инфракрасный свет.
Но вот фольга она тонкая, из за чего много света проходит через неё насквозь. Что снижает её КПД. Правда тонкая фольга это пищевая, а вот строительная она потолще да и выглядит совершенно по другому.

3) Фольга дешевле.

Последний раз редактировалось Munin 27.10.2011, 23:35, всего редактировалось 1 раз.

Гораздо больше помогает не занавешивать радиаторы, препятствуя циркуляции воздуха из них по комнате.

А ещё помогает не путать мэра и учителя по физике. Мэр, небось, всего лишь хочет свалить вину за холод в квартирах на жителей, хотя вина лежит на хозяйственных службах и городском управлении.

Последний раз редактировалось Circiter 28.10.2011, 08:30, всего редактировалось 2 раз(а).

Инфракрасные лучи хорошо отражаются даже теми поверхностями, которые в видимом свете являются матовыми (ИК-волна длиньше и не замечает шероховатостей, думая, что поверхность идеально отполирована 🙂 ). Например та же побеленная стена за радиатором возможно ничем не хуже фольги для ИК (вы же наверняка пробовали управлять телевизором направляя пульт на изображение в зеркале, но этот фокус проходит даже если вместо зеркала использовать ровный потолок комнаты).

Правда для каждой конкретной поверхности её отражательную способность лучше тестировать экспериментально. Устройство-то простое — батарейка, амперметр, излучающий ИК-светодиод, например из пульта телевизора, и какой-нибудь фотоэлемент (да хоть обычный транзистор в металлическом корпусе после отпиливания/стачивания верхней крышки) + ИК-фильтр из куска кальки, густо закрашенной черным маркером. Соберите что-нибудь подобное и ходите людей пугайте. 🙂

Последний раз редактировалось Chifu 28.10.2011, 12:17, всего редактировалось 3 раз(а).

А какая разница, станет батарея горячее или поверхность стенки за ней? Бетон-то всё равно наружу ничего не пропускает. Тепло уходит в основном через окно, а не через стенку. И если бы нас эффективность батарей заботила, их бы изначально надо было монтировать в центре комнаты или у внутренних стен (вспомните, где в дореволюционных домах печки изразцовые стояли). Почему-то наступления эпохи парового отопления эта схема не пережила.

Последний раз редактировалось Alex-Yu 28.10.2011, 19:06, всего редактировалось 1 раз.

Мэр города в котором я проживаю обратился к жителям с рекомендацией часть стены позади радиаторов закрывать фольгой. Формулирую вопросы:

1. Действительно ли отражение фотонов в ИК участке (именно при температуре комнатных радиаторов) повысит температуру в том месте куда они отражены (то есть в помещении) ?

Да, повысит. Температура стенки станет ниже, поток тепла через стенку на улицу — меньше. Вот только на сколько. Всеже основной теплообмен конвекционный, а не радиационный, видимо. Впрочем, довольно легко проверить экспериментально: померить температуру стенки за батареей с фольгой и без. А дальше легко вычислить разницу в потоках тепла. Я практически уверен интуитивно, что получится мизер, практически не заметный на фоне других процессов.

— Пт окт 28, 2011 23:06:02 —

Любой металл. Алюминиевая фольга — самый раз. И доступно и не дорого. Только нужна именно фольга, а не металлизированная пленка из пластика.

Последний раз редактировалось Munin 28.10.2011, 22:55, всего редактировалось 1 раз.

Собственно, причина в том, что если разместить батареи далеко от внешних стен, у стен будет холоднее, а если так, как принято, температура в комнате будет равномерной. Не об эффективности здесь речь идёт.

Всё равно потери через окно во много раз больше.

Лучше проверить рукой температуру стены снаружи дома, напротив батареи и вдали от неё. Бетонная стена снижает все эти флуктуации на внутренней стороне по экспоненте.

Ну правильно, а фольгу лучше потратить на шапочку, от излучений инопланетян.

Последний раз редактировалось hvost_soroki 29.10.2011, 00:16, всего редактировалось 2 раз(а).

Вот фотография здания в зимнее время:

А вот что показывает тепловизор:

Справа цветовая шкала температур. На фото видно, что самое тёплое место снаружи дома находится под окнами, т.е. там, где расположены батареи.
ЧТД

Взято отсюда http://ihiro.ru/teplo.html
Вот ещё фото:

Последний раз редактировалось synphara 29.10.2011, 00:03, всего редактировалось 3 раз(а).

см. термографию стены дома (Цифры — градусы Цельсия):

http://irtis.ru/usage1.html

Инфракрасное излучение, виды, свойства и применение

Инфракрасное излучение — это электромагнитное излучение с длиной волны от 0,74 мкм до 1 мм, которое находится за пределами видимого спектра света.

Полезные статьи:

Тепловизоры, виды, принцип работы

Что такое ИК-камеры?

Все статьи

ИК-излучение имеет низкую энергию, что делает его невидимым для человеческого глаза. Оно может проникать через некоторые материалы, такие как стекло и пластик, но не через металлы. Оно также может быть поглощено некоторыми веществами, такими как вода и углекислый газ.

Существует множество источников ИК-излучения, включая звезды, планеты, космические объекты, лазеры и другие источники света. ИК-излучение используется в различных областях, включая тепловидение, медицину, астрономию, контроль качества и другие. Например, тепловизоры используются для обнаружения тепловых источников, таких как люди и животные, а также для контроля качества продукции.

История открытия инфракрасного излучения

ИК-излучение было открыто в начале 19 века английским физиком Вильямом Гершелем, который заметил, что солнечный свет, проходящий через призму, разделялся на несколько цветов. Один из этих цветов был невидимым для человеческого глаза, и Гершель назвал его инфракрасным.

После открытия Гершеля, французский физик Жозеф-Батист Фурье начал использовать инфракрасный свет для измерения температуры. Он изобрел инфракрасный термометр и использовал его для измерения температуры разных материалов.

В дальнейшем, немецкий физик Макс фон Лауэ изучал структуру кристаллов с помощью ИК-излучения. Он разработал метод рентгеновской кристаллографии, который используется до сих пор для изучения кристаллических структур.

Инфракрасное излучение нашло широкое применение в медицине, промышленности и науке. Оно используется для диагностики различных заболеваний, контроля качества продукции и изучения космических объектов с помощью телескопов.

Виды инфракрасного излучения

Существует несколько видов инфракрасного излучения, каждый из которых имеет свои особенности и применение. Вот некоторые из них:

• Тепловое излучение: исходит от объектов с высокой температурой, таких как звезды, горячие камни или металл. Оно используется в тепловизионных камерах для обнаружения утечек тепла в зданиях или машинах.
• Микроволновое излучение: имеет длину волны от нескольких сантиметров до нескольких миллиметров, что делает его более коротким, чем инфракрасное излучение, но более длинным, чем видимый свет. Оно широко используется в радиосвязи, беспроводной связи и микроволновой печи.
• Лазерное излучение: это узкий луч света с очень высокой интенсивностью. Они используются в медицине для лечения различных заболеваний, а также в научных исследованиях и производстве.
• Радиационное излучение: возникает при распаде атомов и молекул. Оно используется для обнаружения радиоактивных материалов и для защиты от радиации.

Каждый из этих видов инфракрасного излучения имеет свои преимущества и применения, и их использование зависит от конкретной области применения.

Диапазоны инфракрасного излучения

• Ближний ИК-диапазон — с длиной волны от 700 нм до 2 мкм. Оно используется в оптическом распознавании образов, медицине, промышленности и других областях.
• Средний ИК-диапазон — от 2 мкм до 25 мкм. Он применяется в тепловизионной технике, спектроскопии, анализе материалов и других областях.
• Дальний ИК-диапазон — с длинами волн от 25 мкм до нескольких миллиметров. Оно используется для наблюдения за атмосферой, исследования космических объектов и термографии.

Свойства инфракрасного излучения

Инфракрасное (ИК) излучение обладает следующими свойствами:

• Высокая проникающая способность. ИК лучи могут проникать через многие материалы, такие как стекло, дерево и металл. Это свойство позволяет исследовать внутреннюю структуру объектов.
• Способность отражения и поглощения. ИК излучение может отражаться от поверхностей и поглощаться материалами, такими как металлы и стекло. Это свойство используется для определения состава материалов и измерения температуры.
• Низкая частота. ИК излучение имеет низкую частоту, что означает, что его длина волны очень велика. Это свойство позволяет проходить через большие расстояния без значительных потерь энергии.
• Невидимость. ИК излучение невидимо для человеческого глаза, но может быть обнаружено с помощью специальных приборов, таких как инфракрасные камеры и детекторы.
• Взаимодействие с молекулами. ИК излучение взаимодействует с молекулами в объекте, вызывая различные физические и химические эффекты. Например, излучение может вызывать нагрев объекта, изменять его оптические свойства или влиять на химические реакции.
• Возможность управления. ИК излучение можно направлять и фокусировать с помощью оптических элементов, таких как линзы и зеркала. Это свойство позволяет создавать мощные источники света и проводить исследования на микроскопическом уровне.

Применение инфракрасного излучения

Инфракрасное излучение находит широкое применение в различных областях науки, техники и производства. Некоторые из наиболее распространенных областей применения ИК излучения включают:

• Медицинская диагностика: используется для измерения температуры тела, выявления опухолей и других заболеваний, а также контроля лечения пациентов.
• Тепловидение: применяется для обнаружения утечек тепла в зданиях, машинах и других объектах.
• Контроль качества: ИК камеры позволяют обнаруживать дефекты и несоответствия в производстве, что повышает качество продукции и уменьшает количество брака.
• Космическая техника: ИК датчики используются для обнаружения космических объектов, управления движением спутников и других космических аппаратов.
• Производство: ИК камеры применяются для контроля качества сырья и готовой продукции, а также для обнаружения дефектов в процессе производства.
• Бытовая техника: ИК излучатели используются в бытовых приборах, таких как термостаты, кондиционеры и холодильники, для контроля температуры и энергосбережения.
• Оптика: ИК линзы применяются в оптике для создания невидимых изображений в ИК диапазоне.
• Военная техника: ИК системы используются в военной технике для обнаружения и идентификации целей в условиях низкой освещенности или задымленности.
• Безопасность: ИК детекторы используются для обнаружения движения и проникновения в охраняемые зоны, а также для мониторинга температуры в системах безопасности.
• Наука: ИК спектроскопия используется для анализа химических соединений и материалов в невидимом диапазоне.

Инфракрасные приборы

Инфракрасные (ИК) приборы – это устройства, использующие инфракрасное излучение (ИКИ) для измерения, обнаружения или управления различными объектами и процессами.

Основные типы ИК приборов включают:

• ИК камеры – устройства для съемки изображения в инфракрасном спектре. Они используются, например, для обнаружения скрытых предметов или определения температуры тела человека в медицине.
• ИК детекторы – приборы, которые улавливают ИКИ и реагируют на его наличие. Они находят применение в системах безопасности, например, охранных, для обнаружения движения, проникновения или пожара.
• Термометры ИК – устройства для измерения температуры в инфракрасном диапазоне, используемые, например, на производстве для контроля процессов или в медицинской диагностике для измерения температуры у пациентов.
• Тепловизоры – приборы для визуализации распределения температуры в объекте или среде в ИК диапазоне. Применяются, например, в научных исследованиях для изучения тепловых свойств материалов, в медицине для выявления заболеваний или повреждений, а также на производстве для оптимизации процессов или контроля качества продукции.

Другие типы ИК приборов могут включать лазеры, сенсоры, датчики, микроскопы и другое оборудование, способное работать в ИК диапазоне и использовать его свойства для выполнения своих задач.