Открытие инфракрасного излучения
Инфракрасное излучение было открыто астрономом У. Гершелем в 1800 г.
Рис. 1. У. Гершель.
В это время астрономические приборы достигли уже такой высокой точности, что тепловое расширение их деталей существенно влияло на результаты измерений. При наблюдениях звезд и планет обеспечить постоянство температуры несложно, однако при исследовании Солнца нагрев инструментов оказался значительной проблемой.
Разлагая солнечный свет в спектр, У. Гершель установил, что разные участки спектра нагревают вещество по-разному: красная часть спектра греет значительно сильнее, чем фиолетовая, а максимум тепла вообще приходится на участок «за видимым преломлением».
В дальнейшем благодаря работам Т. Юнга и О. Френеля было доказано, что инфракрасное излучение, как и свет, представляет собой электромагнитное излучение.
Вред
Помимо, положительных качеств инфракрасные лучи способны навредить человеку. Прежде всего, страдает слизистая оболочка органов зрения, поскольку высушивание жидкости ведет к снижению остроты зрения и повреждению роговицы.
При большой интенсивности ИК-лучей на поверхности кожи и слизистых остаются ощутимые и иногда обширные глубокие ожоги. Чаще всего подобные симптомы, которые выражаются в покраснении участков дермы, повышении температуры и других признаках, проявляются у людей, которые в силу своей профессии вынуждены работать под прямым ИК излучением.
Самая легкая форма – дерматит, наиболее тяжелые заболевания от облучения ИК-излучением считаются онкологические и доброкачественные новообразования.
Генерация инфракрасного излучения
Инфракрасное излучение, как и любое другое электромагнитное излучение, генерируется колеблющимися заряженными частицами. В данном случае — это тепловое движение атомов и молекул.
Хаотичность движения определяет непрерывность ИК-спектра. Можно указать лишь зону наибольшей мощности теплового излучения, которая соответствует наиболее часто встречающейся частоте тепловых движений. Однако в любом нагретом теле присутствуют частицы, имеющие самую разную скорость, а поэтому и ИК-спектр получается непрерывным.
Длину волны, соответствующую максимуму излучения тела, нагретого до абсолютной температуры $T$, можно найти с помощью закона смещения В. Вина. Согласно ему длина волны, которую излучают поверхности инфракрасного излучения на максимальной мощности, связана с температурой простым соотношением:
$$\lambda_{max}={2.898×10^{-3}\over T}$$
где:
- $lambda_{max}$ — длина волны теплового излучения максимальной мощности, м;
- $T$ — абсолютная температура, К.
Польза и вред ИК излучения для здоровья человека
Ответить на вопрос — вредно ли для человека инфракрасное излучение, можно, вооружившись некоторыми сведениями.
Длинноволновые ИК лучи, попадая на кожу, воздействует на нервные рецепторы, вызывая ощущение тепла. Поэтому инфракрасное излучение ещё называют тепловым.
Более 90% этого излучения поглощается влагой, содержащейся в верхних слоях кожи. Оно вызывает лишь повышение температуру кожного покрова. Медицинские исследования показали, что длинноволновое излучение не только безопасно для человека, но и повышает иммунитет, запускает механизм регенерации и оздоровления многих органов и систем. Особенно эффективными в этом отношении являются ИК лучи с длиной волны 9,6 мкм. Этими обстоятельствами обусловлено применение инфракрасного излучения в медицине.
Совсем иной механизм воздействия инфракрасных лучей на организм человека, относящегося коротковолновой части спектра. Они способны проникнуть на глубину нескольких сантиметров, вызывая нагревание внутренних органов.
В месте облучения из-за расширения капилляров может появиться покраснение кожи, вплоть до образования волдырей. Особенно опасны короткие ИК лучи для органов зрения. Они могут спровоцировать образования катаракты, нарушения водно-солевого баланса, появления судорог.
Причиной известного эффекта теплового удара служит именно коротковолновое ИК излучение. Повышение температуры головного мозга на 1 °C уже вызывает его признаки:
- головокружение;
- тошноту;
- учащение пульса;
- потемнение в глазах.
Перегревание на 2 °C может спровоцировать развитие менингита.
Теперь разберёмся с понятием интенсивности электромагнитного излучения. Этот фактор зависит от расстояния до источника тепла и его температуры. Длинноволновое тепловое излучение малой интенсивности играет важную роль для развития жизни на планете. Человеческий организм нуждается в постоянной подпитке этими длинами волн.
Таким образом, вред и польза инфракрасного излучения определяется длиной волны и временем воздействия.
Свойства инфракрасного излучения
На шкале электромагнитных волн инфракрасное излучение занимает длину волн от 1 мм (частота 300 ГГц) до 0,75 мкм (частота 400 ТГц):
Рис. 2. Шкала электромагнитных излучений.
Весь диапазон условно разделен на следующие поддиапазоны:
- Менее 3 мкм — ближний инфракрасный диапазон. Длинноволновая граница этого диапазона определяется ухудшением прозрачности воды для более длинных волн.
- 3–50 мкм — средний инфракрасный диапазон. Это диапазон, в котором излучает большинство тел, имеющих невысокие температуры (от –215 до 700 ⁰С).
- Более 50 мкм — дальний инфракрасный диапазон, простирающийся до микроволнового излучения по шкале электромагнитных волн.
Несмотря на то, что все свойства инфракрасного излучения практически такие же, как у видимого света, оптические свойства различных веществ по отношению к ИК-излучению существенно различаются. Например, сухой и чистый воздух практически прозрачен для инфракрасного излучения, однако наличие в воздухе паров воды и углекислого газа резко уменьшает его прозрачность.
Также влияют на прозрачность воздуха микрочастицы пыли, поскольку твердые вещества, как правило, непрозрачны для инфракрасного излучения, хотя бывают исключения.
Например, обычное стекло достаточно хорошо пропускает ближний ИК-диапазон, но задерживает дальний. На этой разнице основан парниковый эффект теплиц. Солнечное излучение легко проникает сквозь стеклянную поверхность, но земля излучает гораздо более длинные ИК-волны, которые стекло не пропускает.
Свойства ИК-излучения определяют области его применения. В первую очередь — это бесконтактное измерение температуры тел.
Рис. 3. Области применения ИК-излучения.
Экология СПРАВОЧНИК
РАДИАЦИЯ СОЛНЕЧНАЯ (СОЛНЕЧНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ) -электромагнитное и корпускулярное излучение Солнца. Электромагнитная радиация (лучистая энергия Солнца) — электромагнитные волны, распространяющиеся со скоростью 300 тыс. км/с. Р. с. доходит до земной поверхности в виде прямой и рассеянной радиации. Около 48% ее приходится на видимую часть спектра (0,38—0,76 мкм), 45% — на инфракрасные лучи (более 0,76 мкм) и 7% — на ультрафиолетовое излучение (менее 0,38 мкм). Корпускулярная радиация состоит в основном из протонов, движущихся со скоростью 300-1500 км/с и практически полностью улавливаемых магнитосферой Земли. Р. с. обычно измеряют в тепловых единицах СИ — джоулях (Дж) за единицу времени на единицу площади.[ …]
В инфракрасной области излучение Солнца измерялось до длин волн 30 мк; здесь оно сильно ослаблено поглощениями в земной атмосфере (водяные пары, молекулы СО2, N02 и др.), в ультрафиолетовой области (для длин волн короче 2900 А) солнечная радиация поглощается слоем озона земной атмосферы.[ …]
Для инфракрасного конца спектра солнечного излучения (>0,65 мкм) также существует высотная зависимость. Например, Кондратьев (см. [64], с. 234), опираясь на исследования С. П. Попова в СССР, показал, что доля солнечного инфракрасного излучения в суммарной приходящей радиации возрастает от 64 % около уровня моря до 83 % на высоте 2000 м для постоянной оптической массы, равной трем. Соответствующее увеличение инфракрасной компоненты излучения наблюдается и в полярных широтах. И в том, и в другом случае оно является результатом меньшего содержания водяного пара и, следовательно, уменьшения ослабления радиации.[ …]
АСТРОНОМИЧЕСКАЯ СОЛНЕЧНАЯ ПОСТОЯННАЯ. Солнечная постоянная в обычном значении этого термина, т. е. определенная при учете также и той солнечной радиации в ультрафиолетовой и инфракрасной областях спектра, которая целиком поглощается в высоких слоях атмосферы и потому не может быть про-экстраполирована по наземным наблюдениям.[ …]
Электромагнитная ‘ радиация в области длин волн от 0,76 мкм до неопределенного верхнего предела, условно — до 500 или 1000 мкм. С одной стороны, И. Р. граничит в спектре с видимой радиацией, с другой — граничит или перекрывается с ультракороткими радиоволнами. И. Р. возбуждается преимущественно внутримолекулярными процессами, в отличие от видимого света, являющегося результатом преимущественно внутриатомных процессов. Лучи И. Р. преломляются меньше, чем лучи видимой и ультрафиолетовой радиации. В составе солнечной радиации почти вся И. Р. приходится на длины волн от 0,76 до 4 мкм, составляя при этом вне атмосферы почти 50% энергии всего потока радиации. Кривая распределения энергии в инфракрасной области солнечного спектра близка к спектру абсолютно черного тела при температуре 5200°. И. Р. в сравнении с радиацией других областей спектра наименее рассеивается в атмосфере и наиболее поглощается, особенно водяным паром. У земной поверхности доля И. Р. в солнечном спектре при больших высотах солнца составляет около 60% всего потока радиации, а при малых высотах — до 80%. В связи с этим доля И. Р. растет с географической широтой.[ …]
Длительное поглощение солнечной радиации не сопровождается прогрессирующим накоплением тепла в земной поверхности. Дело в том, что она сама излучает длинноволновую, невидимую глазом инфракрасную радиацию. Излучает радиацию, однако, не только земная поверхность, но и атмосфера, нагретая радиацией и теплом земной поверхности. Поток атмосферной радиации, направленной в сторону земной поверхности, называют встречным излучением. Оно хотя и значительно, но меньше земного. Разность между собственным излучением земной поверхности и встречным излучением образует эффективное излучение.[ …]
А. поглощает и рассеивает солнечную ради шю, сама излучает длинноволновую инфракрасную радиацию, поглощает инфракрасную радиацию земной поверхности и обменивается теплом с земной поверхностью путем теплопроводности и фазовых переходов воды. В самой атмосфере тепло распространяется преимущественно с помощью турбулентного обмена, радиационных процессов и фазовых переходов воды. Между подстилающей поверхностью и А. происходит непрерывный круговорот воды, причем в А. водяной пар конденсируется, возникают туманы и облака, из последних могут выпадать осадки.[ …]
В. П. интенсивно поглощает солнечную радиацию в красной и инфракрасной частях спектра, а также и длинноволновое излучение (см. поглощение радиации).[ …]
С физической точки зрения солнечная радиация состоит из волн разной длины. Лучистую энергию растения используют избирательно. При фотосинтезе они потребляют лучи с длиной волны от 380 до 740 нм. Область солнечного спектра, используемая растениями для фотосинтеза, получила название фотосинтетически активной радиации (ФАР). Со стороны более коротких волн к ФАР примыкает ультрафиолетовая радиация (УФ), а более длинных — инфракрасная (ИК).[ …]
Снимки в видимом и ближнем инфракрасном (световом) диапа-юне. Видимый и ближний инфракрасные диапазоны, включаю-дие волны длинами 0,4—0,75 и 0,75—3 мкм, образуют в совокупности световой диапазон. На этот спектральный диапазон, лучи которого почти полностью пропускаются атмосферой, приходится почти вся энергия солнечного излучения (см. рис. 4.6). Солнечные лучи, падая на земную поверхность, по-разному отражаются ею в соответствии со спектральной отражательной способностью объектов. Отраженная солнечная радиация воспринимается глазом, чувствительным именно к излучению видимого диапазона от 0,4 до 0,75 мкм; благодаря избирательному отражению различают цвет наблюдаемых объектов.[ …]
Парниковый эффект. Все виды солнечного излучения (от ультрафиолетового до инфракрасного) достигают земной поверхности и нагревают ее. Последняя переизлучает ранее накопившуюся тепловую энергию в виде ИК-излучения в Космос. Переизлученное ИК-излучение интенсивно поглощается некоторыми газами (С02, СН4, N0 фреонами). Указанные газы, называемые парниковыми, действуют в атмосфере как стекло в парнике: они беспрепятственно пропускают к Земле солнечную радиацию, но задерживают тепловое излучение Земли. В результате повышается температура ее поверхности, изменяются погода и климат.[ …]
ПОГЛОЩЕНИЕ ОЗОНОМ. П. О. обусловливает обрыв солнечного спектра в ультрафиолетовой области (см. граница ультрафиолетовой части солнечного спектра) и температурный режим стратосферы (озоносферы).[ …]
Слои озона на высоте поглощают солнечную радиацию с длиной волны 290 ммк, защищая живые существа от гибельного действия коротковолновой солнечной радиации. Озон поглощает около 20% инфракрасного излучения Земли.[ …]
Лучистая энергия Солнца. Энергия солнечного излучения распространяется в пространстве в виде электромагнитных волн. В процессах фотосинтеза наиболее важную роль играет фотосинтетически активная радиация (380-710 нм).[ …]
При самолетных измерениях поглощения инфракрасной солнечной радиации метаном определяют как интегральное содержание метана во всей атмосфере, так и вертикальный профиль концентрации метана. У нас в стране исследования общего содержания метана в атмосфере с самолета ведутся только в Главной геофизической обсерватории (ГГО) им. А. И. Воейкова на самолете-лаборатории ИЛ-18. Методика и некоторые результаты самолетных измерений интегрального содержания метана в атмосфере изложены в работе [195]. Авторы приводят значение ошибки измерения 40% для высот полета 5…8 км.[ …]
Озон имеет несколько полос поглощения в инфракрасной области спектра, но они перекрываются более интенсивными полосами углекислого газа и водяного пара. Существенное значение имеет лишь узкая полоса 9,4-9,9 мкм с центром 9,65 мкм. Поглощение солнечной радиации озоном не превышает 3% интегрального потока.[ …]
По своему биологическому действию спектр солнечной радиации подразделяется на три основные области: область ультрафиолетовой радиации; область видимого излучения, занимающая среднее положение в спектре Солнца; область инфракрасной радиации.[ …]
На рис. 1Х-2 изображено распределение энергии солнечной и земной радиации за пределами земной атмосферы, а также степень поглощения земной атмосферой волн различной длины. Можно видеть, что каждый компонент атмосферы поглощает солнечные и излучает инфракрасные лучи.[ …]
Источником энергии атмосферных процессов является солнечная радиация. К земной поверхности приходит коротковолновая радиация, тогда как нагреваемая таким образом Земля испускает в атмосферу и далее за ее пределы энергию в виде длинноволнового (инфракрасного, или теплового) излучения.[ …]
Добавим, что от поглощения озоном ультрафиолетовой солнечной радиации во многом зависит и температура атмосферы: стратосферный воздух нагревается на несколько десятков градусов, при этом максимальный нагрев приходится на слой 40—45 км в высоких широтах весной и летом. Кроме того, озон интенсивно поглощает инфракрасную (тепловую) радиацию, причем особо в середине «окна прозрачности» (8—13 мкм), в котором «не срабатывает» водяной пар — основной атмосферный поглотитель и излучатель. Поэтому вертикальное распределение температуры атмосферы, а значит, ее радиационный режим и циркуляция прямо зависят от поведения атмосферного озона. Сам же озон, вследствие указанной способности поглощать ИК-излучение, относят к т.н. парниковым газам, способствующим потеплению в тропосфере.[ …]
Закон Бугера применим к переносу монохроматического солнечного излучения в атмосфере в спектральном диапазоне от ультрафиолетовой до инфракрасной радиации включительно.[ …]
Световой режим. Количество достигающей поверхности Земли радиации обусловлено географической широтой местности, продолжительностью дня, прозрачностью атмосферы и углом падения солнечных лучей. При разных погодных условиях к поверхности Земли доходит 42 — 70% солнечной постоянной (рис. 4.1). Проходя через атмосферу, солнечная радиация претерпевает ряд изменений не только в количественном отношении, но и по составу. Коротковолновая радиация поглощается озоновым экраном и кислородом воздуха. Инфракрасные лучи поглощаются в атмосфере водяными парами и диоксидом углерода. Остальная часть в виде прямой или рассеянной радиации достигает поверхности Земли (рис. 5.39).[ …]
Градуируется фотоинтегратор актинометрическим методом — по прямой солнечной радиации, из спектра которой вырезается участок, соответствующий спектральной чувствительности датчика [81. Это достаточно точный, но вместе с тем доступный метод, в отличие от физического 14 Не требующий специальной оптической аппаратуры. Энергия необходимого участка спектра измеряется стандартным актинометром со светофильтрами (13, 15]. Ее величина находится по разности радиации, пропущенной специфическим светофильтром датчика, т. е. БС-8 или другими „отрезающим” фильтром, которым определяется спектральная чувствительность прибора, и инфракрасным светофильтром ИКС-1. Например, для диапазона длин волн 380—800 нм берется разность энергии радиации под светофильтрами БС-8, пропускающими в основном излучение с длинами волн более 380 нм, и ИКС-1, через который проходят длинноволновые лучи начиная приблизительно с Д.-800 нм. При этом вводится поправка на излучение за пределами эффективной длины пропускания фильтра, а также на поглощенное им в области пропускания с учетом спектральных характеристик стекла и падающей на его поверхность солнечной радиации (4]. Спектр солнечной радиации берется по модельным расчетам для условий среднего оптического режима атмосферы (1]. Прямые лучи отделяются от рассеянных с помощью зачерненной изнутри трубки с диафрагмами, рассчитанной на угол зрения 10°, которая насаживается на датчик и вместе с ним посредством специального механизма нацеливается на Солнце. При ее изготовлении, выполненном по рекомендациям Ю. Д. Янишевского, учтены геометрические размеры трубки актинометра: у входной диафрагмы отверстие соответствует диаметру иллюминатора датчика, у выходной — вдвое больше, длина трубки в 5,72 раза больше диаметра иллюминатора.[ …]
Под термином “парниковый эффект” понимается специфическое явление. Солнечная радиация, падающая на Землю, частично поглощается поверхностью суши и океана, а 30 % ее отражается в космическое пространство. Чистая” атмосфера прозрачна для ИК-излучения, а атмосфера, содержащая пары трехатомных (парниковых) газов (воды, углекислого газа, оксидов серы и др.), поглощает инфракрасные лучи, благодаря чему происходит разогрев воздуха. Поэтому парниковые газы выполняют функцию стеклянного покрытия в обычных садовых парниках.[ …]
Сейчас возможно непосредственное вычисление и картирование падающей радиации по цифровым топографическим данным, как показано на рис. 2.23. Недавно разработана модель расчета на ЭВМ компонентов энергетического баланса над горными поверхностями [13]. Приходящая солнечная и инфракрасная радиация вычисляется для каждой точки с учетом склона, экспозиции и данных о закрытости горизонта. Первоначально должны быть заданы температура воздуха, влажность и скорость ветра в каждой точке сетки — они используются для того, чтобы определить вертикальные профили для вычисления потоков тепла. Задаются также параметр шероховатости, альбедо и термические свойства почвы. С помощью модели рассчитывается температура поверхности, поток тепла в почву, потоки явного и скрытого тепла и радиационный баланс, которые затем могут быть нанесены на карту для определенного времени суток. В основе модели лежит теория температурного равновесия, которая утверждает, что температура поверхности удовлетворяет уравнениям потока энергии для данного ряда граничных условий. В настоящее время модель применима только для условий безоблачного неба и имеет многочисленные ограничения, но она представляет собой существенно новый подход к исследованиям топоклимата в пересеченной местности.[ …]
Основное различие состоит в уменьшении тепловых потоков на человека от солнечной радиации и увеличении инфракрасного облучения за счет ограждений кабины. Последнее зависит от температуры 4гр. вн внутренних поверхностей кабины и их свойств. Таким образом, в качестве второго параметра для оценки эффективности ограждения целесообразно выбрать температуру 4Гр. вн ег0 внутренней поверхности. Еще более точно можно оценить эффективность по тепловому потоку от внутренней поверхности ограждения на водителя или по относительному уменьшению радиационного потока на водителя по сравнению с потоком от солнечной радиации.[ …]
Хотя влияние уменьшения атмосферной плотности с высотой сказывается на величине солнечной радиации, максимальное поглощение в атмосферном столбе при ясном небе составляет только около 15 % приходящего к верхней границе атмосферы солнечного излучения. На потоки инфракрасной радиации сильно влияют возрастающая прозрачность атмосферы на большой высоте и более низкие температуры воздуха.[ …]
Поправка на поглощение в оптике спектроболометра, вносимая в результаты вычисления солнечной постоянной. Определяется с помощью спектрографа с соляной призмой, пропускающей инфракрасное излучение до 10,9 мкм. И. П. составляет около 2% интенсивности интегрального потока солнечной радиации.[ …]
Преимущественное значение для фотосинтеза имеют лучи с X = 380 … 710 нм. Длинноволновая (дальняя инфракрасная) солнечная радиация (X > 4000 нм) незначительно влияет на процессы жизнедеятельности организмов.[ …]
Видимая часть света в атмосфере рассеивается молекулами воздуха и аэрозолями сильнее, чем невидимая, инфракрасная. При уменьшении высоты Солнца над горизонтом в энергетической освещенности прямой солнечной радиацией видимый участок спектра убывает быстрее, чем инфракрасный, и световой эквивалент уменьшается.[ …]
Это обусловлено в первую очередь большим влагосодержанием приэкваториальной атмосферы, сильным поглощением инфракрасного излучения в спектре прямой солнечной радиации с преобладающим по сравнению с умеренными широтами рассеянием на аэрозолях. Источником аэрозолей в тропических широтах Северной Атлантики являются аридные районы Африки. Северные пассаты Атлантического океана выносят на его акваторию большое количество континентальных аэрозолей и водяного пара. Так, по данным радиотеплолокационного зондирования в АТЭП с борта НИС «Академик Курчатов», масса водяного пара в вертикальном столбе атмосферы достигала 50-60 кг/м2. В умеренных широтах она в 2 раза меньше.[ …]
Жизнедеятельность всех живых организмов, включая человека, представляет собой работу, для осуществления которой требуется энергия. Энергия солнечной радиации первична на Земле и имеет преимущественное значение для жизни в инфракрасной (0,75—4 мкм) и ультрафиолетовой (0,28—0,4 мкм) областях спектра.[ …]
Это можно объяснить тем, что молекулярное рассеяние энергетической освещенности прямой солнечной радиацией в видимой части, согласно закону Рэлея, гораздо интенсивнее, чем инфракрасной части спектра. Кроме того, аэрозольному рассеянию видимая часть спектра подвергается в большей степени, чем инфракрасная. В видимой части спектра практически нет поглощения радиации водяным паром и коэффициент светопрозрачности атмосферы является характеристикой ее аэрозольного помутнения.[ …]
Кроме того, озон, находясь в виде слоя атмосферы Земли — озоносферы, имеет чрезвычайно важное биологическое значение. Этот слой предохраняет живые организмы на Земле от вредного влияния коротковолновой ультрафиолетовой радиации Солнца. Озон играет значительную роль в создании термических режимов различных слоев атмосферы вследствие сильного поглощения солнечной радиации и земного излучения. Наиболее интенсивно озон поглощает ультрафиолетовые и инфракрасные лучи. Солнечные лучи с длиной волны меньше 300 км почти полностью поглощаются атмосферным озоном. Таким образом, Земля окружена своеобразным “озоновым экраном”, защищающим многие организмы от губительного действия ультрафиолетового излучения Солнца.[ …]
Систематические наблюдения за содержанием углекислого газа в атмосфере показывают его нарастание за последние десятилетня. Между тем хорошо известно, что углекислый газ действует в атмосфере, как стекло в оранжерее: он пропускает солнечную радиацию и не пропускает обратно инфракрасное (тепловое) излучение Земли и тем самым создает так называемый тепличный эффект.[ …]
Морская вода — полупрозрачная среда, поэтому световой поток, проникая в воду, подвергается ослаблению за счет избирательного поглощения и рассеяния. Ослабление света происходит различно в коротковолновой и длинноволновой областях солнечного спектра. Длинноволновая радиация — инфракрасные, красные и оранжевые лучи — интенсивно поглощается тонким поверхностным слоем, а синие, фиолетовые и ультрафиолетовые лучи, эффективно рассеиваясь, проникают на значительную глубину. Так, интенсивность инфракрасных лучей, проходящих через метровый слой воды, ослабевает в 2,7 раза, в то время как синие лучи при прохождении той же толщи воды теряют всего лишь 7э своей энергии.[ …]
Первоисточником энергии для экосистем служит Солнце. Поток энергии (по Т.А. Акимовой, В.В. Хаскину, 1994), посылаемый солнцем к планете Земля, превышает 20 млн. Из-за шарообразности земли к границе всей атмосферы подходит только четверть этого потока. Из нее около 70% отражается, поглощается атмосферой, излучается в виде длинноволнового инфракрасного излучения. Падающая на поверхность Земли солнечная радиация составляет 1,54 млн. Это огромное количество энергии в 5000 раз превышает всю энергетику человечества конца XX столетия и в 5,5 раза — энергию всех доступных ресурсов ископаемого топлива органического происхождения, накопленных в течение, как минимум, 100 млн. лет.[ …]
Приземный слой тропосферы в наибольшей степени испытывает антропогенное воздействие, основным видом которого является химическое и тепловое загрязнение воздуха. Температура воздуха испытывает наиболее сильное влияние урбанизации территории. Температурные различия между урбанизированной территорией и окружающими ее неосвоенными человеком участками связаны с размерами города, плотностью застройки, синоптическими условиями. Тенденция к повышению температуры имеется в каждом маленьком и большом городе. Для крупных городов умеренной зоны контраст температуры между городом и пригородом составляет 1—3° С. В городах уменьшается альбедо подстилающей поверхности (отношение отраженной радиации к суммарной) в результате появления зданий, сооружений, искусственных покрытий, здесь более интенсивно поглощается солнечная радиация, накапливается конструкциями зданий поглощенное днем тепло с его отдачей в атмосферу в вечернее и ночное время. Уменьшается расход тепла на испарение, так как сокращаются площади с открытым почвенным покровом, занятым зелеными насаждениями, а быстрое удаление атмосферных осадков системами дождевой канализации не позволяет создавать запас влаги в почвах и поверхностных водоемах. Городская застройка приводит к формированию зон застоя воздуха, что приводит к ее перегреву, в городе также изменяется прозрачность воздуха из-за увеличенного содержания в нем примесей от промышленных предприятий и транспорта. В городе уменьшается суммарная солнечная радиация, а также встречного инфракрасного излучения земной поверхности, которое совместно с теплоотдачей зданий приводит к появлению местного «парникового эффекта», т. е. город «накрывается» покрывалом из парниковых газов и аэрозольных частиц. Под влиянием городской застройки изменяется количество выпадаемых осадков. Основным фактором этого служит радикальное снижение проницаемости для осадков подстилающей поверхности и создание сетей по отводу поверхностного стока с территории города. Велико значение огромного количества сжигаемого углеводородного топлива. На территории города в теплое время наблюдается снижение значений абсолютной влажности и обратная картина в холодное время — в черте города влажность выше, чем за городом.[ …]
Применение
Инфракрасное излучение используется в разных сферах техники и быта. Самые яркие примеры, которые приходилось встречать в своей жизни каждому человеку, будут перечислены ниже.
Солярий
В основном применяются в таких кабинках лампы с ультрафиолетовым спектром типа А и В, однако
в последнее время начали производиться полноспектральные аппараты, которые используют и инфракрасное излучение.
Подобные приборы служат для равномерного загара и общего укрепления организма, поскольку УФ-лучи стимулируют выработку в организме витамина D, а инфракрасные – укрепляют иммунитет и способствуют регенерации клеток.
Фонарь
Такие приборы используются чаще всего для узконаправленной деятельности человека, а именно в перемещении по лесу или территории без заметности для окружающих животных и людей. Подобные изделия устанавливаются как подсветка для оптических прицелов, которые используются любителями поохотиться ночью.
Прожектор
Если видеонаблюдение на частной или другой охраняемой территории днем не вызывает особых проблем с установкой и качеством картинки, то ночью без специальных приборов добиться подобного эффекта нереально.
Тогда устанавливаются специальные ИК прожекторы, свет от которых не видно, однако в результате трансформации сигнала в камерах и обработке видеоряда получается отличное изображение не хуже дневного варианта.
Лазер
Подобные изделия могут применяться в широком спектре человеческой деятельности, однако наиболее популярными лазеры стали в медицине. Благодаря высокой мощности за счёт концентрации в узком пучке ИК лучей достигается максимально эффективное и сильное целевое воздействие на пораженный участок тела.
Обогрев и отопление
Многие пользуются обогревателями, которые оборудованы инфракрасными лампами. Подобные приборы отличаются более высокой эффективностью и КПД, чем масляные и воздушные аналоги. Причем независимо от наличия в комнате сквозняка или других микроклиматических воздействий, которые влияют на равномерность обогрева, с инфракрасными приборами подобных проблем не наблюдается.
Сушки для автосервиса
ИК излучение для всех материалов автомобиля является безвредным, не приводит к выцветанию основного оттенка или разрушению структуры. При этом быстро достигается высушивание поверхностей и равномерность лакокрасочного покрытия.
Стерилизация пищевых продуктов
Многие пищевые продукты содержат полезные и вредные бактерии, которые могут в них развиваться. Чтобы потребитель не получил отравленные и токсичные продукты, их обязательно стерилизуют с помощью ИК-излучателей. В результате такой обработки вредные бактерии прекращают свою жизнедеятельность, не будут размножаться. Поэтому продукты хранятся дольше и остаются свежими.
Приготовление пищи
Многие хозяйки давно пользуются микроволновыми, индукционными и электрическими духовками, плитами. В результате нагрева от инфракрасного излучения продуктов процесс готовки ускоряется и отличается более равномерным прогреванием по всему объему пищи.
Прибор ночного видения
Подобные изделия применяются редко, а именно в специальных отраслях, корда необходимо выполнять определенные задачи и работы в местах без надлежащего освещения.
В основе такого аппарата лежит применение кристаллов германия, которые превращают инфракрасные лучи в видимые зеленого спектра.
Многие сталкивались с подобными картинками в разнообразных передачах и могут представить как именно отражаются на экране прибора живые и излучающие тепло объекты.
Матрас
Использование для обогрева в бытовых условия позволяет существенно сократить затраты на обогрев помещений. Это очень актуально в случае огромных помещений, которые в холодный период не используются полноценно. Таким образом, человек получает теплую постель и надежный обогрев используемых комнат.
Термография
Данный вид исследования используется для диагностики разных заболеваний, которые не могут диагностироваться другими способами. Ярким примером является термография молочной железы, которая показывает распределение тепла в мышце и соединительных тканях.
Самонаведение
Большинство современных ракет и типов оружия используют системы самонаведения. Это делается для того, чтобы ракета независимо от курса всегда попадала в цель по ее тепловому следу. Подобные технологии используются в авиации для защиты территорий государствами от вражеского проникновения.
Спектроскопия
Узнать о качествах, молекулярном и атомарном составе вещества можно с помощью инфракрасной спектроскопии. За счёт получения в ИК спектре излучения от тела в определенных полосах спектра, которые характерны для отдельных атомов, молекул или ионов, с помощью подобной диагностики определяется качественный и количественный состав любого тела, жидкости или газа.
