In verschiedenen Lebensbereichen verwendet eine Person Infrarotstrahlen. Nutzen und Schaden der Strahlung hängen von der Wellenlänge und der Dauer der Exposition ab.

Im Alltag ist der Mensch ständig Infrarotstrahlung (IR-Strahlung) ausgesetzt. Seine natürliche Quelle ist die Sonne. Zu den künstlichen gehören elektrische Heizelemente und Glühlampen, alle erhitzten oder glühenden Körper. Diese Art von Strahlung wird in Heizungen, Heizsystemen, Nachtsichtgeräten, Fernbedienungen verwendet. Das Funktionsprinzip medizinischer Geräte für die Physiotherapie basiert auf Infrarotstrahlung. Was sind Infrarotstrahlen? Was sind die Vorteile und Schäden dieser Art von Strahlung?

Was ist IR-Strahlung

IR-Strahlung ist elektromagnetische Strahlung, eine Energieform, die Objekte erwärmt und an das rote Spektrum des sichtbaren Lichts angrenzt. Das menschliche Auge sieht in diesem Spektrum nicht, aber wir spüren diese Energie als Wärme. Mit anderen Worten nimmt der Mensch Infrarotstrahlung von erhitzten Gegenständen mit seiner Haut als Wärmeempfindung wahr.

Infrarotstrahlen sind kurzwellig, mittelwellig und langwellig. Die von einem erhitzten Objekt emittierten Wellenlängen hängen von der Heiztemperatur ab. Je höher sie ist, desto kürzer die Wellenlänge und desto intensiver die Strahlung.

Erstmals wurde die biologische Wirkung dieser Strahlungsart am Beispiel von Zellkulturen, Pflanzen und Tieren untersucht. Es wurde festgestellt, dass unter dem Einfluss von IR-Strahlen die Entwicklung der Mikroflora unterdrückt wird, Stoffwechselprozesse aufgrund der Aktivierung des Blutflusses verbessert werden. Es ist erwiesen, dass diese Strahlung die Durchblutung verbessert und eine schmerzlindernde und entzündungshemmende Wirkung hat. Es wird darauf hingewiesen, dass Patienten nach der Operation unter dem Einfluss von Infrarotstrahlung postoperative Schmerzen leichter ertragen und ihre Wunden schneller heilen. Es wurde festgestellt, dass Infrarotstrahlung die unspezifische Immunität verstärkt, was die Wirkung von Pestiziden und Gammastrahlung verringert und auch den Genesungsprozess von Influenza beschleunigt. IR-Strahlen regen die Ausscheidung von Cholesterin, Toxinen, Toxinen und anderen Schadstoffen aus dem Körper durch Schweiß und Urin an.

Vorteile von Infrarotstrahlen

Aufgrund dieser Eigenschaften ist Infrarotstrahlung in der Medizin weit verbreitet. Doch der Einsatz von Infrarotstrahlung mit breitem Wirkungsspektrum kann zu Überhitzung des Körpers und Hautrötungen führen. Gleichzeitig wirkt sich langwellige Strahlung nicht negativ aus, daher sind im Alltag und in der Medizin eher langwellige Geräte oder Strahler mit selektiver Wellenlänge verbreitet.

Die Exposition gegenüber langwelligen Infrarotstrahlen trägt zu folgenden Prozessen im Körper bei:

• Normalisierung des Blutdrucks durch Anregung der Durchblutung
• Verbesserung der Hirndurchblutung und des Gedächtnisses
• Reinigung des Körpers von Toxinen, Salzen von Schwermetallen
• Normalisierung des Hormonspiegels
• Stoppt die Ausbreitung schädlicher Keime und Pilze
• Wiederherstellung des Wasser-Salz-Gleichgewichts
• Schmerzlindernde und entzündungshemmende Wirkung
• Stärkung des Immunsystems.

Die therapeutische Wirkung von Infrarotstrahlen kann bei folgenden Krankheiten und Beschwerden genutzt werden:

• Bronchialasthma und Exazerbation einer chronischen Bronchitis
• fokale Pneumonie im Auflösungsstadium
• chronische Gastroduodenitis
• Hypermotorische Dyskinesie des Verdauungssystems
• chronisch akalkulöse Cholezystitis
• Osteochondrose der Wirbelsäule mit neurologischen Manifestationen
• rheumatoide Arthritis in Remission
• Verschlimmerung einer deformierenden Osteoarthritis der Hüft- und Kniegelenke
• obliterierende Atherosklerose der Gefäße der Beine, Neuropathie der peripheren Nerven der Beine
• Exazerbation einer chronischen Zystitis
• Urolithiasis-Krankheit
• Exazerbation einer chronischen Prostatitis mit beeinträchtigter Potenz
• infektiöse, alkoholische, diabetische Polyneuropathie der Beine
• chronische Adnexitis und ovarielle Dysfunktion
• Entzugserscheinungen

Die Erwärmung mit Infrarotstrahlung stärkt das Immunsystem, hemmt das Wachstum von Bakterien in der Umgebung und im menschlichen Körper, verbessert den Hautzustand durch Erhöhung der Durchblutung. Luftionisation ist die Verhinderung von Exazerbationen von Allergien.

Wenn Infrarotstrahlung schaden kann

Zunächst müssen Sie die bestehenden Kontraindikationen berücksichtigen, bevor Sie Infrarotstrahlen für medizinische Zwecke verwenden. Schäden durch ihre Verwendung können in folgenden Fällen auftreten:

• Akute eitrige Erkrankungen
• Blutung
• Akute entzündliche Erkrankungen, die zu einer Dekompensation von Organen und Systemen führen
• Systemische Blutkrankheiten
• Bösartige Neubildungen

Darüber hinaus verursacht eine übermäßige Einwirkung von Breitspektrum-Infrarotstrahlen eine starke Hautrötung und kann Verbrennungen verursachen. Es sind Fälle des Auftretens eines Tumors im Gesicht von Metallurgiearbeitern als Folge einer längeren Exposition gegenüber dieser Art von Strahlung bekannt. Es gab auch Fälle von Dermatitis und Hitzschlag.

Infrarotstrahlen, insbesondere im Bereich von 0,76 - 1,5 Mikron (Kurzwellenbereich) sind gefährlich für die Augen. Eine längere und längere Strahlenexposition ist mit der Entwicklung von Katarakten, Photophobie und anderen Sehstörungen behaftet. Aus diesem Grund ist es unerwünscht, für längere Zeit kurzwelligen Heizgeräten ausgesetzt zu sein. Je näher eine Person an einer solchen Heizung ist, desto weniger Zeit sollte sie in der Nähe dieses Geräts verbringen. Es ist zu beachten, dass dieser Heizungstyp für Straßen- oder Nahwärme ausgelegt ist. Langwellige IR-Strahler werden zum Beheizen von Wohn- und Industrieräumen verwendet, die für den langfristigen Aufenthalt von Personen bestimmt sind.

Infrarotstrahlung ist elektromagnetische Strahlung, die an der Grenze zum roten Spektrum des sichtbaren Lichts liegt. Das menschliche Auge kann dieses Spektrum nicht sehen, aber wir spüren es mit unserer Haut als Wärme. Wenn Gegenstände Infrarotstrahlen ausgesetzt werden, erwärmen sie sich. Je kürzer die Infrarotwellenlänge, desto stärker ist der thermische Effekt.

Gemäß der Internationalen Organisation für Normung (ISO) wird Infrarotstrahlung in drei Bereiche eingeteilt: nah, mittel und fern. In der Medizin verwendet die gepulste Infrarot-LED-Therapie (LEDT) nur Nahinfrarot, da es nicht auf der Hautoberfläche streut und in subkutane Strukturen eindringt.

Das Spektrum der Nahinfrarotstrahlung ist auf 740 bis 1400 nm begrenzt, aber mit zunehmender Wellenlänge nimmt die Fähigkeit der Strahlen, in Gewebe einzudringen, aufgrund der Absorption von Photonen durch Wasser ab. RIKTA-Geräte verwenden Infrarotdioden mit einer Wellenlänge im Bereich von 860-960 nm und einer durchschnittlichen Leistung von 60 mW (+/- 30).

Die Strahlung von Infrarotstrahlen ist nicht so tief wie Laser, aber sie hat ein breiteres Wirkungsspektrum. Es hat sich gezeigt, dass die Phototherapie die Wundheilung beschleunigt, Entzündungen reduziert und Schmerzen lindert, indem sie auf subkutanes Gewebe einwirkt und die Zellproliferation und -adhäsion im Gewebe fördert.

LEDT trägt intensiv zur Erwärmung des Gewebes von Oberflächenstrukturen bei, verbessert die Mikrozirkulation, stimuliert die Zellregeneration, hilft, den Entzündungsprozess zu reduzieren und das Epithel wiederherzustellen.

EFFIZIENZ DER INFRAROTSTRAHLUNG IN DER MENSCHLICHEN BEHANDLUNG

LEDT wird als Ergänzung zur Low-Intensity-Lasertherapie der RIKTA-Geräte eingesetzt und wirkt therapeutisch und präventiv.

Die Wirkung des Infrarotstrahlers hilft, Stoffwechselprozesse in Zellen zu beschleunigen, regenerative Mechanismen zu aktivieren und die Durchblutung zu verbessern. Die Wirkung von Infrarotstrahlung ist komplex und hat folgende Auswirkungen auf den Körper:

Vergrößerung des Durchmessers der Blutgefäße und Verbesserung der Durchblutung;

Aktivierung der zellulären Immunität;

Entfernung von Gewebeschwellungen und -entzündungen;

Linderung von Schmerzsyndromen;

verbesserter Stoffwechsel;

Beseitigung von emotionalem Stress;

Wiederherstellung des Wasser-Salz-Gleichgewichts;

Normalisierung des Hormonspiegels.

Durch die Beeinflussung der Haut reizen Infrarotstrahlen die Rezeptoren und übermitteln ein Signal an das Gehirn. Das zentrale Nervensystem reagiert reflexartig, stimuliert den gesamten Stoffwechsel und erhöht die allgemeine Immunität.

Die hormonelle Reaktion trägt zur Erweiterung des Lumens der mikrozirkulatorischen Wachstumsgefäße bei und verbessert den Blutfluss. Dies führt zu einer Normalisierung des Blutdrucks und einem besseren Sauerstofftransport zu Organen und Geweben.

SICHERHEIT

Trotz der Vorteile der gepulsten Infrarot-LED-Therapie sollte die Exposition gegenüber Infrarotstrahlung dosiert werden. Unkontrollierte Strahlung kann zu Verbrennungen, Hautrötungen und Gewebeüberhitzung führen.

Die Anzahl und Dauer der Eingriffe, die Häufigkeit und der Bereich der Infrarotstrahlung sowie andere Merkmale der Behandlung sollten von einem Spezialisten verordnet werden.

ANWENDUNG VON INFRAROTSTRAHLUNG

Die LEDT-Therapie hat eine hohe Effizienz bei der Behandlung verschiedener Krankheiten gezeigt: Lungenentzündung, Grippe, Mandelentzündung, Bronchialasthma, Vaskulitis, Dekubitus, Krampfadern, Herzkrankheiten, Erfrierungen und Verbrennungen, einige Formen von Dermatitis, Erkrankungen des peripheren Nervensystems und bösartige Neubildungen der Haut.

Infrarotstrahlung hat zusammen mit elektromagnetischer und Laserstrahlung eine regenerierende Wirkung und hilft bei der Behandlung und Vorbeugung vieler Krankheiten. Das Gerät "Rikta" kombiniert Strahlung eines Mehrkomponententyps und ermöglicht es Ihnen, in kurzer Zeit die maximale Wirkung zu erzielen. Sie können ein Infrarot-Strahlungsgerät bei kaufen.

Infrarotstrahlung ist eine Art elektromagnetischer Strahlung, die auf der einen Seite an den roten Teil des sichtbaren Lichtspektrums und auf der anderen Seite an Mikrowellen grenzt. Wellenlänge - von 0,74 bis 1000-2000 Mikrometer. Infrarotwellen werden auch „thermisch“ genannt. Basierend auf der Wellenlänge werden sie in drei Gruppen eingeteilt:

Kurzwelle (0,74–2,5 Mikrometer);

Mittelwelle (länger als 2,5, kürzer als 50 Mikrometer);

langwellig (mehr als 50 Mikrometer).

Quellen der Infrarotstrahlung

Infrarotstrahlung ist auf unserem Planeten keine Seltenheit. Fast jede Wärme ist die Wirkung der Einwirkung von Infrarotstrahlen. Egal, was es ist: Sonnenlicht, die Wärme unseres Körpers oder die Wärme, die von Heizgeräten kommt.

Der infrarote Anteil der elektromagnetischen Strahlung erwärmt nicht den Raum, sondern direkt das Objekt selbst. Auf diesem Prinzip basiert die Arbeit von Infrarotlampen. Und die Sonne erwärmt die Erde auf die gleiche Weise.

Auswirkungen auf lebende Organismen

Derzeit kennt die Wissenschaft die bestätigten Fakten über die negativen Auswirkungen von Infrarotstrahlen auf den menschlichen Körper nicht. Außer durch zu intensive Strahlung kann die Schleimhaut der Augen geschädigt werden.

Aber wir können sehr lange über die Vorteile sprechen. Bereits 1996 bestätigten Wissenschaftler aus den USA, Japan und Holland eine Reihe positiver medizinischer Fakten. Wärmestrahlung:

zerstört einige Arten von Hepatitis-Viren;

hemmt und verlangsamt das Wachstum von Krebszellen;

hat die Fähigkeit, schädliche elektromagnetische Felder und Strahlung zu neutralisieren. Einschließlich radioaktiv;

hilft Diabetikern, Insulin zu produzieren;

kann bei Dystrophie helfen;

Verbesserung des Zustands des Körpers mit Psoriasis.

Wenn sich der Gesundheitszustand verbessert, beginnen die inneren Organe effizienter zu arbeiten. Die Muskelernährung wird erhöht, die Stärke des Immunsystems wird stark erhöht. Dass der Körper ohne Infrarotstrahlung deutlich schneller altert, ist bekannt.

Infrarotstrahlen werden auch „Lebensstrahlen“ genannt. Unter ihrem Einfluss wurde Leben geboren.

Die Verwendung von Infrarotstrahlen im menschlichen Leben

Infrarotlicht wird nicht weniger weit verbreitet als es üblich ist. Vielleicht wird es sehr schwierig sein, mindestens einen Bereich der Volkswirtschaft zu finden, in dem der Infrarotanteil elektromagnetischer Wellen keine Anwendung gefunden hat. Wir listen die bekanntesten Anwendungsgebiete auf:

Krieg. Die Zielverfolgung von Raketensprengköpfen oder Nachtsichtgeräten sind alle das Ergebnis der Verwendung von Infrarotstrahlung;

Die Thermografie wird in der Wissenschaft häufig verwendet, um die überhitzten oder unterkühlten Teile des Untersuchungsobjekts zu bestimmen. Infrarotbilder werden neben anderen Arten elektromagnetischer Wellen auch häufig in der Astronomie verwendet.

Haushaltsheizungen. Im Gegensatz zu Konvektoren verwenden solche Geräte Strahlungsenergie, um alle Gegenstände im Raum zu erwärmen. Und schon weiter geben Einrichtungsgegenstände Wärme an die Umgebungsluft ab;

Datenübertragung und Fernsteuerung. Ja, alle Fernbedienungen für Fernseher, Tonbandgeräte und Klimaanlagen verwenden Infrarotstrahlen;

Desinfektion in der Lebensmittelindustrie

die Medizin. Behandlung und Vorbeugung von vielen verschiedenen Arten von Krankheiten.

Infrarotstrahlen machen einen relativ kleinen Teil der elektromagnetischen Strahlung aus. Als natürlicher Weg der Wärmeübertragung kommt kein einziger Lebensvorgang auf unserem Planeten ohne ihn aus.

INFRAROTSTRAHLUNG (IR-Strahlung, IR-Strahlen), elektromagnetische Strahlung mit Wellenlängen λ von etwa 0,74 Mikrometer bis etwa 1-2 mm, dh Strahlung, die den Spektralbereich zwischen dem roten Ende der sichtbaren Strahlung und der kurzwelligen (Submillimeter) Funkstrahlung einnimmt. Infrarotstrahlung bezieht sich auf optische Strahlung, wird aber im Gegensatz zu sichtbarer Strahlung nicht vom menschlichen Auge wahrgenommen. In Wechselwirkung mit der Oberfläche von Körpern erwärmt sie diese, daher wird sie oft als Wärmestrahlung bezeichnet. Herkömmlicherweise wird der Bereich der Infrarotstrahlung in nah (λ = 0,74–2,5 Mikrometer), mittel (2,5–50 Mikrometer) und fern (50–2000 Mikrometer) unterteilt. Infrarotstrahlung wurde von W. Herschel (1800) und unabhängig von W. Wollaston (1802) entdeckt.

Infrarotspektren können linienförmig (Atomspektren), kontinuierlich (Spektren kondensierter Materie) oder gestreift (Molekülspektren) sein. Optische Eigenschaften (Transmission, Reflexion, Brechung usw.) von Substanzen in Infrarotstrahlung unterscheiden sich in der Regel erheblich von den entsprechenden Eigenschaften in sichtbarer oder ultravioletter Strahlung. Viele Substanzen, die für sichtbares Licht transparent sind, sind für Infrarotstrahlung bestimmter Wellenlängen undurchlässig und umgekehrt. So ist eine mehrere Zentimeter dicke Wasserschicht für Infrarotstrahlung mit λ > 1 µm undurchlässig, weshalb Wasser oft als Hitzeschutzfilter eingesetzt wird. Platten aus Ge und Si, die für sichtbare Strahlung undurchlässig sind, sind für Infrarotstrahlung bestimmter Wellenlängen transparent, schwarzes Papier ist im fernen Infrarotbereich transparent (solche Substanzen werden als Lichtfilter verwendet, wenn Infrarotstrahlung isoliert wird).

Das Reflexionsvermögen der meisten Metalle in Infrarotstrahlung ist viel höher als in sichtbarer Strahlung und nimmt mit zunehmender Wellenlänge zu (siehe Metalloptik). So erreicht die Reflexion von Al-, Au-, Ag-, Cu-Oberflächen von Infrarotstrahlung mit λ = 10 μm 98 %. Flüssige und feste nichtmetallische Stoffe weisen eine selektive (wellenlängenabhängige) Reflexion von Infrarotstrahlung auf, deren Maxima von ihrer chemischen Zusammensetzung abhängig sind.

Beim Durchgang durch die Erdatmosphäre wird Infrarotstrahlung aufgrund von Streuung und Absorption durch Luftatome und -moleküle gedämpft. Stickstoff und Sauerstoff absorbieren Infrarotstrahlung nicht und schwächen sie nur durch Streuung, die bei Infrarotstrahlung viel geringer ist als bei sichtbarem Licht. In der Atmosphäre vorhandene Moleküle H 2 O, O 2 , O 3 usw. absorbieren selektiv (selektiv) Infrarotstrahlung, und die Infrarotstrahlung von Wasserdampf wird besonders stark absorbiert. H 2 O-Absorptionsbanden werden im gesamten IR-Bereich des Spektrums und CO 2 -Banden im mittleren Teil beobachtet. In den Oberflächenschichten der Atmosphäre gibt es nur wenige "Transparenzfenster" für Infrarotstrahlung. Das Vorhandensein von Rauchpartikeln, Staub und kleinen Wassertropfen in der Atmosphäre führt zu einer zusätzlichen Dämpfung der Infrarotstrahlung durch Streuung an diesen Partikeln. Bei kleinen Partikelgrößen wird Infrarotstrahlung weniger gestreut als sichtbare Strahlung, die in der Infrarotfotografie verwendet wird.

Quellen der Infrarotstrahlung. Eine starke natürliche Quelle für Infrarotstrahlung ist die Sonne, etwa 50 % ihrer Strahlung liegt im Infrarotbereich. Infrarotstrahlung macht 70 bis 80 % der Strahlungsenergie von Glühlampen aus; Es wird von einem Lichtbogen und verschiedenen Gasentladungslampen, allen Arten von elektrischen Raumheizgeräten, abgegeben. In der wissenschaftlichen Forschung sind Quellen für Infrarotstrahlung Wolframbandlampen, eine Nernstnadel, eine Kugel, Quecksilberhochdrucklampen usw. Die Strahlung einiger Lasertypen liegt auch im IR-Bereich des Spektrums (z Wellenlänge von Neodym-Glaslasern beträgt 1,06 μm, Helium-Neon-Laser - 1,15 und 3,39 Mikrometer, CO 2 -Laser - 10,6 Mikrometer).

Empfänger von Infrarotstrahlung basieren auf der Umwandlung von Strahlungsenergie in andere für die Messung verfügbare Energiearten. Bei thermischen Empfängern bewirkt die absorbierte Infrarotstrahlung eine Temperaturerhöhung des temperaturempfindlichen Elements, die registriert wird. In photoelektrischen Empfängern führt die Absorption von Infrarotstrahlung zum Auftreten oder zur Änderung der Stärke eines elektrischen Stroms oder einer elektrischen Spannung. Photoelektrische Empfänger sind (im Gegensatz zu thermischen) selektiv, dh sie sind nur für Strahlung aus einem bestimmten Bereich des Spektrums empfindlich. Die Fotoregistrierung von Infrarotstrahlung erfolgt mit Hilfe spezieller Fotoemulsionen, die jedoch nur für Wellenlängen bis 1,2 Mikrometer empfindlich sind.

Die Verwendung von Infrarotstrahlung. IR-Strahlung wird in großem Umfang in der wissenschaftlichen Forschung und zur Lösung verschiedener praktischer Probleme verwendet. Die Emissions- und Absorptionsspektren von Molekülen und Festkörpern liegen im IR-Bereich, sie werden in der Infrarotspektroskopie, bei Strukturproblemen untersucht und auch in der qualitativen und quantitativen Spektralanalyse verwendet. Im fernen IR-Bereich liegt die Strahlung, die bei Übergängen zwischen den Zeeman-Unterebenen von Atomen auftritt, die IR-Spektren von Atomen ermöglichen es, die Struktur ihrer Elektronenhüllen zu untersuchen. Fotografien desselben Objekts, die im sichtbaren und im Infrarotbereich aufgenommen wurden, können aufgrund des Unterschieds in den Reflexions-, Transmissions- und Streuungskoeffizienten erheblich variieren; In der IR-Fotografie können Sie Details sehen, die in der normalen Fotografie nicht sichtbar sind.

In der Industrie wird Infrarotstrahlung zum Trocknen und Erhitzen von Materialien und Produkten verwendet, im Alltag - zur Raumheizung. Auf der Basis infrarotempfindlicher Photokathoden sind elektronenoptische Konverter geschaffen worden, in denen das für das Auge unsichtbare Infrarotbild eines Objekts in ein sichtbares umgewandelt wird. Auf der Basis solcher Konverter werden verschiedene Nachtsichtgeräte (Ferngläser, Visiere usw.) gebaut, die es ermöglichen, Objekte in völliger Dunkelheit zu erkennen, zu beobachten und zu zielen und sie mit Infrarotstrahlung aus speziellen Quellen zu bestrahlen. Mit Hilfe hochempfindlicher Infrarotempfänger werden Objekte durch ihre eigene Infrarotstrahlung geortet und Zielsuchsysteme für Geschosse und Flugkörper erstellt. Mit IR-Ortungsgeräten und IR-Entfernungsmessern können Sie im Dunkeln Objekte erkennen, deren Temperatur höher als die Umgebungstemperatur ist, und die Entfernung zu ihnen messen. Die starke Strahlung von Infrarotlasern wird in der wissenschaftlichen Forschung sowie für die terrestrische und Weltraumkommunikation, für die Lasersondierung der Atmosphäre usw. verwendet. Infrarotstrahlung wird verwendet, um das Meternormal zu reproduzieren.

Lit.: Schreiber G. Infrarotstrahlen in der Elektronik. M., 2003; Tarasov VV, Yakushenkov Yu G. Infrarotsysteme vom "schauenden" Typ. M., 2004.

Im unsichtbaren Bereich des elektromagnetischen Spektrums, der hinter sichtbarem Rotlicht beginnt und vor Mikrowellenstrahlung zwischen Frequenzen 10 12 und 5∙10 14 Hz endet (bzw. im Wellenlängenbereich 1-750 nm liegt). Der Name kommt vom lateinischen Wort infra und bedeutet „unter rot“.

Die Verwendung von Infrarotstrahlen ist vielfältig. Sie werden zur Visualisierung von Objekten im Dunkeln oder im Rauch, zum Beheizen von Saunen und zum Beheizen von Flugzeugflügeln zum Enteisen, in der Nahbereichskommunikation und bei der spektroskopischen Analyse organischer Verbindungen verwendet.

Öffnung

Infrarotstrahlen wurden 1800 von dem in Deutschland geborenen britischen Musiker und Amateurastronomen William Herschel entdeckt. Mit einem Prisma zerlegte er das Sonnenlicht in seine Bestandteile und registrierte mit einem Thermometer einen Temperaturanstieg jenseits des roten Spektralbereichs.

IR-Strahlung und Wärme

Infrarotstrahlung wird oft auch als Wärmestrahlung bezeichnet. Es sollte jedoch beachtet werden, dass dies nur seine Folge ist. Wärme ist ein Maß für die Translationsenergie (Bewegungsenergie) der Atome und Moleküle eines Stoffes. "Temperatur"-Sensoren messen eigentlich keine Wärme, sondern nur Unterschiede in der IR-Strahlung verschiedener Objekte.

Viele Physiklehrer führen traditionell die gesamte Wärmestrahlung der Sonne auf Infrarotstrahlen zurück. Aber es ist nicht so. Mit sichtbarem Sonnenlicht kommen 50 % aller Wärme, und elektromagnetische Wellen jeder Frequenz mit ausreichender Intensität können eine Erwärmung verursachen. Man kann jedoch sagen, dass Objekte bei Raumtemperatur hauptsächlich im mittleren Infrarotbereich Wärme abgeben.

IR-Strahlung wird durch Rotationen und Schwingungen von chemisch gebundenen Atomen oder Atomgruppen und damit von vielen Arten von Materialien absorbiert und emittiert. Beispielsweise absorbiert für sichtbares Licht transparentes Fensterglas Infrarotstrahlung. Infrarotstrahlen werden größtenteils von Wasser und der Atmosphäre absorbiert. Obwohl sie für das Auge unsichtbar sind, sind sie auf der Haut zu spüren.

Erde als Quelle von Infrarotstrahlung

Die Oberfläche unseres Planeten und Wolken absorbieren Sonnenenergie, die größtenteils in Form von Infrarotstrahlung an die Atmosphäre abgegeben wird. Bestimmte darin enthaltene Substanzen, hauptsächlich Wasserdampf und -tropfen sowie Methan, Kohlendioxid, Stickstoffmonoxid, Fluorchlorkohlenwasserstoffe und Schwefelhexafluorid, absorbieren im Infrarotbereich des Spektrums und emittieren in alle Richtungen, einschließlich zur Erde. Daher sind die Erdatmosphäre und -oberfläche aufgrund des Treibhauseffekts viel wärmer, als wenn es keine Substanzen in der Luft gäbe, die Infrarotstrahlen absorbieren.

Diese Strahlung spielt eine wichtige Rolle bei der Wärmeübertragung und ist ein wesentlicher Bestandteil des sogenannten Treibhauseffekts. Auf globaler Ebene erstreckt sich der Einfluss von Infrarotstrahlen auf die Strahlungsbilanz der Erde und beeinflusst fast alle biosphärischen Aktivitäten. Nahezu jedes Objekt auf der Oberfläche unseres Planeten sendet hauptsächlich in diesem Teil des Spektrums elektromagnetische Strahlung aus.

IR-Regionen

Der IR-Bereich wird oft in schmalere Teile des Spektrums unterteilt. Das Deutsche DIN-Normeninstitut hat folgende infrarote Wellenlängenbereiche definiert:

• nah (0,75-1,4 µm), üblicherweise in der Glasfaserkommunikation verwendet;
• Kurzwelle (1,4-3 Mikrometer), ab der die Absorption von IR-Strahlung durch Wasser deutlich zunimmt;
• Mittelwelle, auch Zwischenwelle genannt (3-8 Mikrometer);
• langwellig (8-15 Mikron);
• weit (15-1000 Mikrometer).

Dieses Klassifizierungsschema wird jedoch nicht allgemein verwendet. Beispielsweise geben einige Studien die folgenden Bereiche an: nah (0,75–5 Mikrometer), mittel (5–30 Mikrometer) und lang (30–1000 Mikrometer). In der Telekommunikation verwendete Wellenlängen werden aufgrund der Beschränkungen von Detektoren, Verstärkern und Quellen in separate Bänder unterteilt.

Die allgemeine Bezeichnung ist durch menschliche Reaktionen auf Infrarotstrahlen gerechtfertigt. Der nahe Infrarotbereich ist der für das menschliche Auge sichtbaren Wellenlänge am nächsten. Mittlere und ferne Infrarotstrahlung entfernen sich allmählich vom sichtbaren Teil des Spektrums. Andere Definitionen folgen anderen physikalischen Mechanismen (wie Emissionsspitzen und Wasserabsorption), und die neuesten basieren auf der Empfindlichkeit der verwendeten Detektoren. Beispielsweise sind herkömmliche Siliziumsensoren im Bereich von etwa 1050 nm empfindlich und Indium-Galliumarsenid - im Bereich von 950 nm bis 1700 und 2200 nm.

Eine klare Grenze zwischen infrarotem und sichtbarem Licht ist nicht definiert. Das menschliche Auge ist für rotes Licht über 700 nm deutlich weniger empfindlich, intensives (Laser-)Licht kann jedoch bis etwa 780 nm gesehen werden. Der Beginn des IR-Bereichs ist in verschiedenen Normen unterschiedlich definiert - irgendwo zwischen diesen Werten. Normalerweise sind es 750 nm. Daher sind sichtbare Infrarotstrahlen im Bereich von 750-780 nm möglich.

Bezeichnungen in Kommunikationssystemen

Die optische Kommunikation im nahen Infrarotbereich ist technisch in mehrere Frequenzbänder unterteilt. Dies liegt an verschiedenen absorbierenden und transmittierenden Materialien (Fasern) und Detektoren. Diese beinhalten:

• O-Band 1.260-1.360 nm.
• E-Band 1.360-1.460 nm.
• S-Band 1.460-1.530 nm.
• C-Band 1,530–1,565 nm.
• L-Band 1,565–1,625 nm.
• U-Band 1,625–1,675 nm.

Thermografie

Thermografie oder Wärmebildgebung ist eine Art der Infrarotabbildung von Objekten. Da alle Körper im IR-Bereich strahlen und die Intensität der Strahlung mit der Temperatur zunimmt, können spezielle Kameras mit IR-Sensoren verwendet werden, um sie zu erkennen und zu fotografieren. Bei sehr heißen Objekten im nahen Infrarot- oder sichtbaren Bereich wird diese Technik als Pyrometrie bezeichnet.

Die Thermografie ist unabhängig von der Beleuchtung mit sichtbarem Licht. Daher ist es möglich, die Umgebung auch im Dunkeln zu „sehen“. Insbesondere warme Objekte, darunter Menschen und warmblütige Tiere, heben sich gut von einem kälteren Hintergrund ab. Die Infrarotfotografie einer Landschaft verbessert die Wiedergabe von Objekten basierend auf ihrer Wärmeabgabe: Blauer Himmel und Wasser erscheinen fast schwarz, während grüne Blätter und Haut hell erscheinen.

In der Vergangenheit wurde die Thermografie häufig von Militär- und Sicherheitsdiensten eingesetzt. Darüber hinaus findet es viele andere Verwendungen. Beispielsweise verwenden Feuerwehrleute es, um durch Rauch zu sehen, Personen zu finden und Hot Spots während eines Feuers zu lokalisieren. Die Thermografie kann abnormales Gewebewachstum und Defekte in elektronischen Systemen und Schaltkreisen aufgrund ihrer erhöhten Wärmeentwicklung aufdecken. Elektriker, die Stromleitungen warten, können überhitzte Verbindungen und Teile erkennen, die auf eine Fehlfunktion hinweisen, und potenzielle Gefahren beseitigen. Wenn die Wärmedämmung versagt, können Baufachleute Wärmelecks erkennen und die Effizienz von Kühl- oder Heizsystemen verbessern. In einigen High-End-Autos sind Wärmebildkameras installiert, um den Fahrer zu unterstützen. Thermografische Bildgebung kann verwendet werden, um bestimmte physiologische Reaktionen bei Menschen und warmblütigen Tieren zu überwachen.

Aussehen und Funktionsweise einer modernen Wärmebildkamera unterscheiden sich nicht von denen einer herkömmlichen Videokamera. Die Fähigkeit, in Infrarot zu sehen, ist ein so nützliches Merkmal, dass die Fähigkeit zum Aufzeichnen von Bildern oft optional ist und ein Rekorder nicht immer verfügbar ist.

Andere Bilder

Bei der IR-Fotografie wird der nahe Infrarotbereich mit speziellen Filtern erfasst. Digitalkameras neigen dazu, IR-Strahlung zu blockieren. Billige Kameras ohne geeignete Filter können jedoch im nahen IR-Bereich „sehen“. In diesem Fall erscheint normalerweise unsichtbares Licht hellweiß. Dies macht sich besonders bei Aufnahmen in der Nähe von beleuchteten Infrarotobjekten (z. B. Lampen) bemerkbar, bei denen das resultierende Rauschen das Bild verblassen lässt.

Erwähnenswert ist auch die T-Beam-Bildgebung, also eine Bildgebung im fernen Terahertz-Bereich. Das Fehlen heller Quellen macht diese Bilder technisch schwieriger als die meisten anderen IR-Bildgebungsverfahren.

LEDs und Laser

Künstliche Infrarotstrahlungsquellen sind neben heißen Gegenständen auch LEDs und Laser. Erstere sind kleine, kostengünstige optoelektronische Bauelemente aus Halbleitermaterialien wie Galliumarsenid. Sie werden als Opto-Isolatoren und als Lichtquellen in einigen faseroptischen Kommunikationssystemen verwendet. Leistungsstarke optisch gepumpte IR-Laser arbeiten auf Basis von Kohlendioxid und Kohlenmonoxid. Sie werden verwendet, um chemische Reaktionen und die Isotopentrennung zu initiieren und zu modifizieren. Darüber hinaus werden sie in Lidar-Systemen zur Bestimmung der Entfernung zu einem Objekt eingesetzt. Auch Infrarotstrahlungsquellen werden in Entfernungsmessern von automatischen selbstfokussierenden Kameras, Einbruchsalarmen und optischen Nachtsichtgeräten verwendet.

IR-Empfänger

IR-Detektoren umfassen wärmeempfindliche Geräte wie Thermoelement-Detektoren, Bolometer (einige werden auf nahezu den absoluten Nullpunkt gekühlt, um das Rauschen des Detektors selbst zu reduzieren), Photovoltaikzellen und Fotoleiter. Letztere bestehen aus Halbleitermaterialien (z. B. Silizium und Bleisulfid), deren elektrische Leitfähigkeit bei Einwirkung von Infrarotstrahlen zunimmt.

Heizung

Infrarotstrahlung wird zum Heizen verwendet – zum Beispiel zum Heizen von Saunen und zum Enteisen von Flugzeugflügeln. Darüber hinaus wird es zunehmend zum Schmelzen von Asphalt beim Bau neuer Straßen oder der Instandsetzung von Schadstellen eingesetzt. IR-Strahlung kann zum Kochen und Erhitzen von Speisen verwendet werden.

Verbindung

IR-Wellenlängen werden verwendet, um Daten über kurze Entfernungen zu übertragen, beispielsweise zwischen Computerperipheriegeräten und persönlichen digitalen Assistenten. Diese Geräte entsprechen normalerweise den IrDA-Standards.

IR-Kommunikation wird typischerweise in Innenräumen in Gebieten mit hoher Bevölkerungsdichte verwendet. Dies ist die gebräuchlichste Art, Geräte fernzusteuern. Die Eigenschaften von Infrarotstrahlen erlauben es ihnen nicht, Wände zu durchdringen, und daher interagieren sie nicht mit Geräten in benachbarten Räumen. Darüber hinaus werden IR-Laser als Lichtquellen in faseroptischen Kommunikationssystemen verwendet.

Spektroskopie

Infrarotstrahlungsspektroskopie ist eine Technologie zur Bestimmung der Strukturen und Zusammensetzungen (hauptsächlich) organischer Verbindungen durch Untersuchung der Transmission von Infrarotstrahlung durch Proben. Es basiert auf der Eigenschaft von Substanzen, bestimmte ihrer Frequenzen zu absorbieren, die von der Dehnung und Biegung innerhalb der Moleküle der Probe abhängen.

Die Infrarot-Absorptions- und -Emissionseigenschaften von Molekülen und Materialien liefern wichtige Informationen über die Größe, Form und chemische Bindung von Molekülen, Atomen und Ionen in Festkörpern. Die Energien der Rotation und Vibration sind in allen Systemen quantisiert. IR-Strahlung der Energie hν, die von einem bestimmten Molekül oder einer bestimmten Substanz emittiert oder absorbiert wird, ist ein Maß für die Differenz einiger interner Energiezustände. Sie wiederum werden durch das Atomgewicht und die molekularen Bindungen bestimmt. Aus diesem Grund ist die Infrarotspektroskopie ein leistungsfähiges Werkzeug zur Bestimmung der inneren Struktur von Molekülen und Substanzen oder, wenn solche Informationen bereits bekannt und tabelliert sind, ihrer Mengen. IR-Spektroskopietechniken werden häufig verwendet, um die Zusammensetzung und damit die Herkunft und das Alter archäologischer Exemplare zu bestimmen sowie Kunstfälschungen und andere Gegenstände zu erkennen, die unter sichtbarem Licht den Originalen ähneln.

Nutzen und Schaden von Infrarotstrahlen

Langwellige Infrarotstrahlung wird in der Medizin eingesetzt für:

• Normalisierung des Blutdrucks durch Anregung der Durchblutung;
• Reinigung des Körpers von Salzen von Schwermetallen und Toxinen;
• Verbesserung der Durchblutung des Gehirns und des Gedächtnisses;
• Normalisierung des Hormonspiegels;
• Aufrechterhaltung des Wasser-Salz-Gleichgewichts;
• Begrenzung der Ausbreitung von Pilzen und Mikroben;
• Anästhesie;
• Entzündungen lindern;
• Stärkung der Immunität.

Gleichzeitig kann Infrarotstrahlung bei akuten eitrigen Erkrankungen, Blutungen, akuten Entzündungen, Blutkrankheiten und bösartigen Tumoren schädlich sein. Unkontrollierte längere Exposition führt zu Hautrötungen, Verbrennungen, Dermatitis, Hitzschlag. Kurzwellige Infrarotstrahlen sind gefährlich für die Augen – Lichtscheu, grauer Star und Sehstörungen können auftreten. Daher sollten zum Heizen nur langwellige Strahlungsquellen verwendet werden.