работа по общей физике (стр. 3 из 5)

Основные характеристики спектра ИК-поглощения: число полос поглощения в спектре, их положение, определяемое частотой (или длиной волны), ширина и форма полос, величина поглощения — определяются природой (структурой и химическим составом) поглощающего вещества, а также зависят от агрегатного состояния вещества, температуры, давления и др. Изучение колебательно-вращательных и чисто вращательных спектров методами И. с. позволяет определять структуру молекул, их химический состав, моменты инерции молекул, величины сил, действующих между атомами в молекуле, и др. Вследствие однозначности связи между строением молекулы и её молекулярным спектром И. с. широко используется для качественного и количественного анализа смесей различных веществ (например, моторного топлива). Изменения параметров ИК-спектров (смещение полос поглощения, изменение их ширины, формы, величины поглощения), происходящие при переходе из одного агрегатного состояния в другое, растворении, изменении температуры и давления, позволяют судить о величине и характере межмолекулярных взаимодействий.

И. с. находит применение в исследовании строения полупроводниковых материалов, полимеров, биологических объектов и непосредственно живых клеток. Быстродействующие спектрометры позволяют получать спектры поглощения за доли секунды и используются при изучении быстропротекающих химических реакций. С помощью специальных зеркальных микроприставок можно получать спектры поглощения очень малых объектов, что представляет интерес для биологии и минералогии. И. с. играет большую роль в создании и изучении молекулярных оптических квантовых генераторов, излучение которых лежит в инфракрасной области спектра. Методами И. с. наиболее широко исследуются ближняя и средняя области ИК-спектра, для чего изготовляется большое число разнообразных (главным образом двухлучевых) спектрометров. Далёкая ИК-область освоена несколько меньше, но исследование ИК-спектров в этой области также представляет большой интерес, так как в ней, кроме чисто вращательных спектров молекул, расположены спектры частот колебаний кристаллических решёток полупроводников, межмолекулярных колебаний и др.

2 Инфракрасная фотография

Благодаря различию коэффициентов рассеяния, отражения и пропускания тел в видимом и И. и. фотография, полученная в И. и., обладает рядом особенностей по сравнению с обычной фотографией. Например, на инфракрасных снимках часто видны детали, невидимые на обычной фотографии

Фотоснимки в ИК-излучении можно получать различными методами. Наиболее прост метод непосредственного фотографирования на фотопластинки и плёнки, чувствительные к ИК-излучению (инфраплёнки или пластинки). При этом на объектив фотоаппарата устанавливают светофильтр, пропускающий ИК-излучение и непрозрачный для видимого света. Длинноволновая граница чувствительности современных инфрафотоматериалов λ = 1,2 мкм.

Чувствительность инфраплёнок и пластинок относительно мала, поэтому для И. ф. в условиях малой освещённости применяют приборы, состоящие из электронно-оптического преобразователя и обычного фотоаппарата. Электронно-оптический преобразователь, установленный перед объективом фотоаппарата, преобразует невидимое инфракрасное изображение в видимое и одновременно усиливает его яркость. Такие приборы позволяют получать снимки на обычной фотоплёнке в полной темноте при небольшой мощности облучающего источника ИК-излучения. Длинноволновая граница прибора определяется фотокатодом преобразователя и не превышает λ = 1,2 мкм.

С помощью специальных приборов можно получать И. ф. в области λ > 1,2 мкм. Один из них — инфракрасный видикон — представляет собой телевизионную систему, у которой экран передающей трубки изготовлен из фотопроводящих полупроводниковых материалов, изменяющих свою электропроводность под действием ИК-излучения. Получаемое на экране приёмной трубки видимое телевизионное изображение фотографируется обычным фотоаппаратом. Длинноволновая граница видикона зависит от природы материала фотопроводящего экрана и его температуры.

И. ф. позволяет получать дополнительную (по сравнению с фотографией в видимом свете или при рассматривании объекта глазом) информацию об объекте. Так как ИК-излучение рассеивается при прохождении через дымку и туман меньше, чем видимое излучение, И. ф. позволяет получать чёткие снимки предметов, удалённых на сотни км.

Благодаря различию коэффициентов отражения и пропускания в видимом и инфракрасном диапазонах на И. ф. можно увидеть детали, не видимые глазом и на обычной фотографии. Эти особенности И. ф. широко используются в ботанике — при изучении болезней растений (рис. 9),

Рис. 9. Фотография «больного» листа дерева при обычном (справа, внизу) и инфракрасном (слева, вверху) освещении.

в медицине — при диагностике кожных и сосудистых заболеваний (рис. 10),

Рис. 10. Фотография ноги: слева — в видимом, справа — в инфракрасном излучении; на последней отчетливо видны вены.

в криминалистике — при обнаружении подделок (рис. 11),

Рис.11. Фотографии части сертификата с обесцвеченной химически подписью и датой: вверху — в видимом свете, внизу — в инфракрасном излучении; на последней видны уничтоженные первоначально подпись и дата.

в инфракрасной аэросъёмке (рис. 12),

Рис. 12. Аэроснимки одного и того же участка местности: слева — обычный, справа — инфрахроматический. На рисунке справа деревья четко разделены на хвойные (более тёмные) и лиственные (светлые), тёмное пятно в центре — водоём, который на обычном снимке сливается с общим фоном.

в астрономии — при фотографировании звёзд и туманностей (рис. 13).

Рис. 13. Фотографии участка неба: слева — в видимом излучении, справа — в инфракрасном излучении. На фотографии слева большая часть звезд не видна, т.к. они закрыты туманностью, непрозрачной для видимого излучения. Для инфракрасного излучения туманность прозрачна и потому на фотографии справа видно большое число «инфракрасных» звёзд.

И. ф. можно получать в полной темноте (рис. 14).

Рис. 14. Фотография, полученная в полной темноте, при облучении скульптуры излучением от двух нагретых утюгов. Утюги на фотографии получились светлыми.

Существуют приборы, фиксирующие тепловое ИК-излучение объекта, в разных точках которого температура различна. Интенсивность ИК-излучения в каждой точке изображения регистрируется приёмником и преобразуется в световой сигнал, который фиксируется на фотоплёнке. Изображение, получаемое в этом случае, не является И. ф. в обычном смысле, так как оно даёт лишь картину распределения температуры по поверхности объекта. Такие приборы применяют для обнаружения перегретых участков машин, при ИК-аэросъёмке для получения термальных карт местности и др.

3 Инфракрасный нагрев

В промышленности И. и. применяется для сушки и нагрева материалов и изделий при их облучении. Инфракрасный нагрев - нагрев материалов электромагнитным излучением с длиной волны 1,3—4 мкм (инфракрасное излучение). И. н. основан на свойстве материалов поглощать определённую часть спектра этого излучения. При соответствующем подборе спектра испускания инфракрасного излучателя достигается глубинный или поверхностный нагрев облучаемого тела, а также его локальная сушка без нагрева всего объекта. Впервые И. н. в промышленном масштабе был применен в 30-х гг. 20 в. в США на заводах Форда для обжига эмали на кузовах автомобилей.

Источником энергии при И. н. служат инфракрасные излучатели, состоящие из собственно источника энергии (нагретого тела) и отражателя. В зависимости от степени нагрева источников их условно подразделяют на низкотемпературные, нагреваемые до температур менее 700 °С, среднетемпературные — от 700 до 1500 °С, высокотемпературные — выше 1500 °С. В качестве источников применяют: трубчатые электрические нагреватели; зеркальные сушильные лампы; электрические нагреватели, состоящие из вольфрамовой спирали, помещенной в герметическую кварцевую трубку, наполненную инертным газом и парами йода, и др. Установки И. н. представляют собой камеры, туннели или колпаки, размеры и формы которых соответствуют размерам и форме обрабатываемых изделий. Излучатели укрепляют на внутренней стороне установки; расстояние между ними и поверхностью нагреваемых предметов обычно составляет 15—45 см. В промышленности И. н. широко применяют для нагрева до сравнительно небольших температур низкими тепловыми потоками (сушка лакокрасочных материалов, овощей, фруктов; нагрев термопластических материалов перед формованием; вулканизация каучука и др.).

4 Электроннооптический преобразователь

На основе фотокатодов, чувствительных к И. и. (для λ < 1,3 мкм), созданы специальные приборы — электроннооптические преобразователи, в которых не видимое глазом инфракрасное изображение объекта на фотокатоде преобразуется в видимое. На этом принципе построены различные приборы ночного видения (бинокли, прицелы и др.), позволяющие при облучении наблюдаемых объектов И. и. от специальных источников вести наблюдение или прицеливание в полной темноте.