Інфрачервоне опалення

Інфрачервоне випромінювання і інфрачервоний обігрів

Інфрачервоне випромінювання, = 0,74 ІЧ випромінювання, інфрачервоні промені, електромагнітне випромінювання, що займає спектральну область між червоним кінцем видимого світла (з довжиною хвилі мкм ~ 1-2) і короткохвильовим радіовипромінюванням (мм). від 0,74 до 2,5 Інфрачервону область спектра зазвичай умовно поділяють на ближню (мкм), середню (2,5-50 мкм) і далеку (50-2000 мкм).

І. в. було відкрито в 1800 англійським ученим В. Гершелем, який виявив, що в отриманому за допомогою призми спектрі Сонця за кордоном червоного світла (тобто в невидимій частині спектра) температура термометра підвищується (рис. 1). У 19 ст. було доведено, що І. в. підпорядковується законам оптики і, отже, має ту ж природу, що і видиме світло. У 1923 радянський фізик А. А. Глаголєва- Аркадьєва ~ 80 отримала радіохвилі з мкм, тобто відповідні інфрачервоному діапазоні довжин хвиль. Таким чином, експериментально було доведено, що існує безперервний перехід від видимого випромінювання до І.в. і радіохвильовому і, отже, всі вони мають електромагнітну природу.

Спектр І. в., так само як і спектр видимого і ультрафіолетового випромінювань, може складатися з окремих ліній, смуг або бути безперервним залежно від природи джерела І. в. Збуджені атоми або іони випускають лінійчаті інфрачервоні спектри. Наприклад, при електричному розряді пари ртуті випускають ряд вузьких ліній в інтервалі 1,014-2,326 мкм; атоми водню - ряд ліній в інтервалі 0,95-7,40 мкм. Збуджені молекули випускають смугасті інфрачервоні спектри, обумовлені їх коливаннями і обертаннями (див. Молекулярні спектри). Коливальні і коливально-обертальні спектри розташовані головним чином в середній, а чисто обертальні - в далекій інфрачервоній області. Так, наприклад, в спектрі випромінювання газового полум'я спостерігається смуга близько 2,7 мкм 2,7, що випускається молекулами води, і смуги з мкм 4,2 і мкм, що випускаються молекулами вуглекислого газу. Нагріті тверді і рідкі тіла випускають безперервний інфрачервоний спектр. Нагріте тверде тіло випромінює в дуже широкому інтервалі довжин хвиль. При низьких температурах (нижче 800 К) випромінювання нагрітого твердого тіла майже цілком розташоване в інфрачервоній області і таке тіло здається темним. При підвищенні температури частка випромінювання у видимій області збільшується і тіло спочатку здається темно-червоним, потім червоним, жовтим і, нарешті, при високих температурах (вище 5000 К) - білим; при цьому зростає як повна енергія випромінювання, так і енергія І. в.

Оптичні властивості речовин (прозорість, коефіцієнт відбиття, коефіцієнт заломлення) в інфрачервоній області спектра, як правило, значно відрізняються від оптичних властивостей у видимій і ультрафіолетовій областях. Багато речовин, прозорі у видимій області, виявляються непрозорими в деяких областях І. в. і навпаки. Наприклад, шар води завтовшки в декілька см непрозорий для І. в. з> 1 мкм (тому вода часто використовується як теплозахисний фільтр), пластинки германію і кремнію, непрозорі у видимій області, прозорі в інфрачервоній (германій для> 1,8 мкм , кремній для> 1,0 мкм). Чорний папір прозорий в далекій інфрачервоній області. Речовини, прозорі для І. в. і непрозорі у видимій області, використовуються як світлофільтри для виділення І. в. Ряд речовин навіть у товстих шарах (декілька см) прозорі в досить великих ділянках інфрачервоного спектра. З таких речовин виготовляються різні оптичні деталі (призми, лінзи, вікна тощо) інфрачервоних приладів. Наприклад, скло прозоро до 2,7 мкм, кварц - до 4,0 мкм і від 100 мкм до 1000 мкм, кам'яна сіль - до 15 мкм, йодистий цезій - до 55 мкм. Поліетилен, парафін, тефлон, алмаз прозорі для> 100 мкм. У більшості металів відбивна здатність для І. в. значно більше, ніж для видимого світла, і зростає зі збільшенням довжини хвилі І. в. (Див. Металооптика = 10). Наприклад, коефіцієнт відбиття Al, Au, Ag, Cu при мкм досягає 98%. Рідкі і тверді неметалічні речовини мають в І. в. селективне віддзеркалення, причому положення максимумів віддзеркалення залежить від хімічного складу речовини.

Проходячи через земну атмосферу, І. в. послаблюється внаслідок розсіювання і поглинання. Азот і кисень повітря не поглинають І. в. і послаблюють його лише в результаті розсіяння, яке, проте, для І. в. значно менше, ніж для видимого світла. Пари води, вуглекислий газ, озон і ін. домішки, наявні в атмосфері, селективно поглинають І.в. Особливо сильно поглинають І. в. пари води, смуги поглинання яких розташовані майже у всій інфрачервоній області спектра, а в середній інфрачервоній області - вуглекислий газ. У приземних шарах атмосфери в середній інфрачервоній області є лише невелике число «вікон», прозорих для І.в. (Рис. 2). Наявність в атмосфері зважених часток - диму, пилу, дрібних крапель води (димка, туман) - приводить до додаткового ослаблення І. в. в результаті розсіювання його на цих частках, причому величина розсіяння залежить від співвідношення розмірів часток і довжини хвилі І. в. При малих розмірах часток (повітряна димка) І. в. розсіюється менше, ніж видиме випромінювання (що використовується в інфрачервоній фотографії), а при великих розмірах крапель (густий туман) І. в. розсіюється так само сильно, як і видиме.

Джерела І. в. Потужним джерелом І. в. є Сонце, близько 50% випромінювання якого лежить в інфрачервоній області. Значна частка (від 70 до 80%) енергії випромінювання ламп розжарювання з вольфрамової ниткою доводиться на І. в. (Рис. 3). При фотографуванні в темноті і в деяких приладах нічного спостереження лампи для підсвічування забезпечуються інфрачервоним світлофільтром, який пропускає тільки І. в. Потужним джерелом І. в. є вугільна електрична дуга з температурою ~ 3900 К, випромінювання якої близько до випромінювання чорного тіла, а також різні газорозрядні лампи (імпульсні і безперервного горіння). Для радіаційного обігріву приміщень застосовують спіралі з ніхромового дроту, що нагріваються до температури ~ 950 К. Для кращої концентрації І. в. такі нагрівачі забезпечуються рефлекторами. У наукових дослідженнях, наприклад, при отриманні спектрів інфрачервоного поглинання в різних областях спектру застосовують спеціальні джерела І. в.: Стрічкові вольфрамові лампи, штифт Нернста, глобар, ртутні лампи високого тиску та ін Випромінювання деяких оптичних квантових генераторів - лазерів також лежить в інфрачервоній області спектра; наприклад, випромінювання лазера на неодимовому склі має довжину хвилі 1,06 мкм, лазера на суміші неону і гелію - 1,15 мкм і 3,39 мкм, лазера на вуглекислому газі - 10,6 мкм, напівпровідникового лазера на InSb - 5 мкм і ін = 1,2  Приймачі інфрачервоного випромінювання засновані на перетворенні енергії І. в. в інші види енергії, які можуть бути виміряні звичайними методами. Існують теплові і фотоелектричні приймачі І. в. У перших поглинене І. в. викликає підвищення температури термочутливого елементу приймача, яке і реєструється. У фотоелектричних приймачах поглинене І. в. призводить до появи або зміни електричного струму або напруги. Фотоелектричні приймачі, на відміну від теплових, є селективними приймачами, тобто чутливими лише в певній області спектра. Спеціальні фотоплівки і пластинки - інфрапластінки - також чутливі до І. в. (До мкм), і тому в І. в. можуть бути отримані фотографії. Застосування І. в. І. в. знаходить широке застосування в наукових дослідженнях, при вирішенні великого числа практичних завдань, у військовій справі та ін Дослідження спектрів випускання і поглинання в інфрачервоній області використовується при вивченні структури електронної оболонки атомів, для визначення структури молекул, а також для якісного і кількісного аналізу сумішей речовин складного молекулярного складу, наприклад моторного палива (див. Інфрачервона спектроскопія).

Завдяки відмінності коефіцієнтів розсіювання, відбиття і пропускання тіл у видимому і І. в. фотографія, отримана в І. в., володіє рядом особливостей в порівнянні із звичайною фотографією. Наприклад, на інфрачервоних знімках часто видно деталі, невидимі на звичайній фотографії (див. ст. Інфрачервона фотографія).

У промисловості І. в. застосовується для сушки і нагріву матеріалів і виробів при їх опроміненні (див. Інфрачервоний нагрів), а також для виявлення прихованих дефектів виробів (див. Дефектоскопія).

 На основі фотокатодів, чутливих до І. в. (Для <1,3 мкм), створені спеціальні прилади - електронно оптичні перетворювачі, в яких не видиме оком інфрачервоне зображення об'єкта на фотокатоді перетвориться у видиме. На цьому принципі побудовані різні прилади нічного бачення (біноклі, приціли та ін), що дозволяють при опроміненні спостережуваних об'єктів І. в. від спеціальних джерел вести спостереження або прицілювання в повній темряві. Створення високочутливих приймачів І. в. дозволило побудувати спеціальні прилади - теплопеленгатори для виявлення і пеленгації об'єктів, температура яких вища за температуру навколишнього фону (нагріті труби кораблів, двигуни літаків, вихлопні труби танків тощо), за їх власним тепловим І. в. На принципі використання теплового випромінювання цілі створені також системи самонаведення на ціль снарядів і ракет. Спеціальна оптична система і приймач І. в., Розташовані в головній частині ракети, приймають І. в. від цілі, температура якої вище температури навколишнього середовища (наприклад, власне І. в. літаків, кораблів, заводів, теплових електростанцій), а автоматичний слідкуючий пристрій, пов'язаний з кермом, направляє ракету точно в ціль. Інфрачервоні локатори і далекоміри дозволяють виявляти в темноті будь-які об'єкти і вимірювати відстані до них.

Оптичні квантові генератори, випромінюючі в інфрачервоні області, використовуються також для наземного і космічного зв'язку. Літ.: Леконт Ж., Інфрачервоне випромінювання, перек. з франц., М., 1958; Дерібере М., Практичне застосування інфрачервоних променів, перек. з франц., М.-Л., 1959; Козелкін В. В., Усольцев І. Ф., Основи інфрачервоної техніки, М., 1967; Соловйов С. М., Інфрачервона фотографія, М., 1960; Лебедєв П. Д., Сушка інфрачервоними променями, М.-Л., 1955.

В. І. Малишев. Постійна адреса статті: http://www.cultinfo.ru/fulltext/1/001/008/056/216.htm Інфрачервоний нагрів, нагрів матеріалів електромагнітним випромінюванням з довжиною хвилі 1,3-4мкм (інфрачервоне випромінювання). І. н. заснований на властивості матеріалів поглинати певну частину спектру цього випромінювання. При відповідному підборі спектру випускання інфрачервоного випромінювача досягається глибинний або поверхневий нагрів опромінюваного тіла, а також його локальна сушка без нагріву всього об'єкта. Вперше І. н. в промисловому масштабі був застосований у 30-х рр.. 20 в. в США на заводах Форда для випалу емалі на кузовах автомобілів.

Джерелом енергії при І. н. служать інфрачервоні випромінювачі, що складаються з власного джерела енергії (нагрітого тіла) і відбивача. Залежно від ступеня нагріву джерел їх умовно поділяють на низькотемпературні, що нагріваються до температур менше 700 ° С, середньотемпературні - від 700 до 1500 ° С, високотемпературні - вище 1500 ° С. В якості джерел застосовують: трубчасті електричні нагрівачі; дзеркальні сушильні лампи, електричні нагрівачі, що складаються з вольфрамової спіралі, вміщеній в герметичну кварцову трубку, наповнену інертним газом і парами йоду, та ін. Установки І. н. являють собою камери, тунелі або ковпаки, розміри і форми яких відповідають розмірам і формам оброблюваних виробів. Випромінювачі зміцнюють на внутрішній стороні установки; відстань між ними і поверхнею предметів, що нагріваються, зазвичай становить 15-45 см. У промисловості І. н. широко застосовують для нагріву до порівняно невеликих температур низькими тепловими потоками (сушка лакофарбових матеріалів, овочів, фруктів; нагрів термопластичних матеріалів перед формуванням; вулканізація каучуку та ін.)

Iншi новини та статтi