Инфракрасное и ультрафиолетовое излучения

Кругом нас, в нас самих, всюду и везде,

вечно сменяясь, совпадая и сталкиваясь,

идут излучения разной длины волны…

Лик Земли ими меняется, ими в значительной мере лепится.

В.И. Вернадский

В этой теме речь пойдет об инфракрасном и ультрафиолетовом излучении.

Ранее рассматривалась шкала электромагнитных волн. Условно все виды электромагнитных волн делятся на 7 основных диапазонов — это низкочастотные излучения, радиоизлучения, инфракрасные лучи, видимый свет, ультрафиолетовые лучи, рентгеновские лучи и гамма-излучение.

Инфракрасное излучение — это электромагнитное излучение, занимающее спектральную область между красным концом видимого света и микроволновым радиоизлучением.

Оно было открыто в 1800 году английским астрономом Уильямом Гершелем.

Занимаясь изучением Солнца, он искал способы, чтобы уменьшить нагревание инструмента используемого для наблюдения. Для этого Гершель разложил солнечный свет в спектр. После этого, он помещал край термометр, у которого нижняя часть резервуара с ртутью была затемнена сажей, в различные участки спектра. Какого же было его удивление, когда он обнаружил, что максимум тепла находится за насыщенным красным цветом. Обнаружив это повышение температуры, Гершель пришел к выводу о том, что в этом месте нагревание термометра происходит под действием каких-то невидимых лучей.

Изначально эти лучи из-за их повышенной способности нагревать тела, были названы тепловыми, а затем (уже учитывая их расположение в спектре) — инфракрасными. Также было доказано, что излучение из этой области подчиняется законам оптики, а, следовательно, имеет туже природу, что и видимый свет.

В настоящее время весь диапазон инфракрасного излучения делится на три составляющих. Это:

– коротковолновая область, с длиной волны от 0,74 до 2,5 мкм;

– средневолновая область, с длиной волны от 2,5 до 50 мкм;

– длинноволновая область, длина волны в которой лежит в пределах от 50 до 2000 мкм.

Ближнее инфракрасное излучение очень похоже на видимый свет. В среднем инфракрасном диапазоне светится вся наша планета и все предметы на ней, даже лед.  Длинноволновую окраину инфракрасного диапазона излучений иногда выделяют в отдельный диапазон электромагнитных волн — терагерцевое (или субмиллиметровое) излучение. Это излучение открыла советский физик Александра Андреевна Глаголева-Аркадьева спустя 123 года после открытия Гершелем инфракрасного излучения, тем самым показав, что инфракрасные лучи — это лишь разновидность обычных электромагнитных волн.

Известно, что инфракрасное излучение также называют тепловым излучением, так как данный вид излучения, испускаемый нагретыми телами, воспринимается кожей человека как ощущение тепла. При этом стоит обратить внимание на то, что чем выше температура источника инфракрасного излучения, тем короче длина волны и выше интенсивность излучения.

Самый известный источник инфракрасного излучения – это Солнце. Без его света на Земле не зародилась бы жизнь и без него же она не продолжалась бы сейчас.

Передача энергии Солнцем через огромное пространство космоса происходит практически без потерь на нагревание пространства. Поэтому происходит непосредственное нагревание земной поверхности, на которую и попадают лучи Солнца. А затем уже Земля и другие нагретые Солнцем предметы нагревают воздух. А вообще, любое тело, которое нагрето до определенной температуры, излучает тепловую энергию в инфракрасном диапазоне спектра электромагнитных волн и, следовательно, может передавать эту энергию посредством лучистого теплообмена другим телам.

Теперь же инфракрасные приборы окружают нас буквально повсюду в нашей повседневной жизни. Практически у каждого человека есть дома телевизор, и практически наверняка он оснащен пультом дистанционного управления, который работает в инфракрасном диапазоне. Инфракрасные диоды и фотодиоды повсеместно применяются в охранных системах и системах автоматики, так как они не отвлекают внимание человека в силу своей невидимости. Инфракрасные излучатели применяют для сушки ягод и овощей. Его используют для получения инфракрасных фотографий, в приборах ночного видения, в мобильных телефонах и в системах самонаведения снарядов на цель.

Самый известный на Руси искусственный источник длинноволнового инфракрасного излучения — это русская печь, и практически каждый человек обязательно испытывал на себе их благотворное влияние. Именно инфракрасное излучение, чувствуем от нагретой печи или от батарей центрального отопления.

Помимо прочего, инфракрасный диапазон — это один из самых интересных диапазонов для астрономов. Ведь в нем светится вся космическая пыль, которая важна для образования звезд и эволюций галактик. А из-за того, что инфракрасное излучение намного лучше видимого проходит через облака космической пыли, оно позволяет нам видеть объекты, не доступные наблюдению в других участках спектра. Наверное, самое значимое открытие в инфракрасной области, сделал телескоп Хаббл в 1995 году — это Hubble Deep Field (Глубокое поле Хаббла). В течении 10 суток телескоп накапливал свет, приходящий с небольшого темного участка неба в созвездии Большой Медведицы. Эта область являлась на столько маленькой, что лишь несколько звезд с переднего плана Млечного пути лежат в ее пределах на фотографии, а остальные, почти три тысячи объектов на изображении — это галактики.

После обнаружения инфракрасного излучения, немецкий физик Иоганн Вильгельм Риттер задался целью найти нечто похожее и на противоположном конце спектра, с длиной волны меньше чем у фиолетового света. И уже в 1801 году его попытки увенчались успехом. В то время было известно, что хлорид серебра чернеет под действием видимого света. Риттер решил проверить, будет ли чернеть пластинка, если ее поместить за фиолетовый край спектра. Проведя данный эксперимент, он обнаружил, что хлорид серебра действительно разлагается, причем даже намного активнее, чем под действием видимого света. Данный вид излучения был назван ультрафиолетовым.

В настоящее время выделяют 4 типа ультрафиолетового излучения: ближний, средний, дальний и экстремальный.

Ближний ультрафиолетовый диапазон еще называют «черным светом» потому, что он не распознается человеческим глазом. Однако его можно обнаружить при отражении от некоторых объектов, так как он вызывает явление фотолюминесценции.

А вот для дальнего и экстремального диапазона часто используется термин «вакуумный», так как волны этого диапазона сильно поглощаются атмосферой Земли.

Основным источником ультрафиолетового излучения на Земле, как и в случае с инфракрасным излучением, является Солнце. Также естественными источниками ультрафиолетового излучения являются звезды и другие космические объекты.

Из искусственных источников ультрафиолетового излучения, можно выделить ртутно-кварцевые лампы, люминесцентные лампы дневного света, эксилампы, светодиоды и лазерные источники.

Сфера применения ультрафиолетового излучения в современном мире достаточно обширна. Например, для защиты документов и банкнот различных стран, их снабжают специальными ультрафиолетовыми метками, которые видны только в ультрафиолетовом свете.

Ультрафиолетовые лампы используются для дезинфекции воды, воздуха, помещений больниц и метро, а также различных поверхностей во всех сферах жизнедеятельности человека.

Многие минералы содержат вещества, способные светится под действием ультрафиолетового излучения, что позволяет использовать его для определения состава минералов.

Нередко данный вид излучения применяется и для ловли насекомых. Это связано в первую очередь с тем, что у большинства насекомых видимый диапазон смещен в коротковолновую область спектра. Поэтому насекомые не видят то, что человек воспринимает как красный цвет, зато прекрасно видят мягкое ультрафиолетовое излучение.

Стоит также отметить, что ультрафиолетовое излучение, наряду с инфракрасным, является одним из главных инструментов экспертов и реставраторов произведений искусств. Так, например, более свежий лак на картине в ультрафиолетовом свете выглядит темнее. Темнее выглядят и отреставрированные участки, и кустарные подписи.

Основные выводы:

– Инфракрасное излучение — это электромагнитное излучение, занимающее спектральную область между красным концом видимого света и микроволновым радиоизлучением.

– Весь диапазон инфракрасного излучения делится на три основных составляющих — это коротковолновая, средневолновая и длинноволновая области.

– Ультрафиолетовое излучение — это электромагнитное излучение, занимающее спектральный диапазон между видимым и рентгеновским излучениями.

– Ультрафиолетовое излучение делят на подгруппы — это ближний, средний, дальний и экстремальный ультрафиолет.

– Инфракрасное и ультрафиолетовое, имеют обширные области применения в современном мире.