Инфракрасное излучение относится к электромагнитным волнам. Оно представляет собой излучение длиной волны от 770нм до 1 мм и, следовательно, наряду с другими волнами, оно должно обладать свойствами, присущими всем электромагнитным волнам.
В своей работе ученица поставила цель:
1) обнаружить свойства инфракрасного излучения, общие для всех электромагнитных волн: отражение, преломление, поглощение, дифракцию;
2) изучить особенности, присущие именно инфракрасному излучению.
Содержание
Скачать:
| Вложение | Размер |
|---|---|
| infrakrasnoe_izluchenie.doc | 88.5 КБ |
Предварительный просмотр:
Ханты – Мансийский автономный округ – Югра
Свойства инфракрасного излучения
Выполнила: Барбарова Анастасия
Ученица 9 «В» класса
Руководитель: Акулова Ирина
1. Введение стр.3
1.1. Инфракрасное излучение – это… стр.3
1.2. Оптические свойства веществ в инфракрасном излучении стр.3
1.3. Источники инфракрасного излучения стр.4
1.4. История открытия инфракрасного излучения стр.5
1.5. Применение стр.5
1.6. Цель работы стр.6
2. Основная часть стр.7
2.1. Методика проведения эксперимента стр.7
2.2. Свойство пульта дистанционного управления (ПДУ) стр.7
2.3. Наблюдение инфракрасного излучения от нагретых тел стр.7
2.4.Отражение ИК – волн от плоского зеркала стр.8
2.5. Наблюдение преломления ИК – волн стр.8
2.6. Наблюдение дисперсии ИК – излучениям стр.8
2.7. Наблюдение дифракции. Определение длины волны
ИК – излучения стр.9
2.8. Наблюдение поляризации стр.9
2.9. Наблюдение жидкостей различных цветов в ИК лучах стр.9
3. Заключение, выводы стр.10
4. Список литературы. стр.11
5. Приложения. стр.12
1.1. Инфракрасное излучение – это…
Любое раскаленное тело излучает свет, но специальные исследования показывают, что от раскаленного тела наряду с видимым световым излучением исходят невидимые излучения. Такие излучения называются инфракрасными. Инфракрасное излучение — это одна из составляющих частей солнечного света, и из теории инфракрасного излучения следует, что любое нагретое до определенной температуры тело само становиться излучателем инфракрасных волн. С инфракрасными волнами мы встречаемся каждый день, они проникают во все уголки нашего быта. Солнце, радиаторы, русская печь, нагретые на солнце камни, человеческое тело, даже ледяная вода и айсберги – все это излучатели инфракрасных волн. Но чем выше температура тела, тем в большей мере от него исходит инфракрасное излучение, и тем большее тепловое действие оно оказывает на другие тела. Это излучение не имеет ничего общего с рентгеновским или ультрафиолетовым излучением. Оно абсолютно безопасно для человека. Кроме того, обогрев инфракрасными лучами – это древнейший вид обогрева, он же – самый универсальный.
Солнечные лучи проходят миллионы километров через открытый холодный космос, и все же они прогревают поверхность нашей планеты до оптимальных для нас температур (изначально прогревается именно поверхность, и уже от нагретой земли — воздух).
Нагретые твёрдые и жидкие тела испускают непрерывный инфракрасный спектр. Нагретое твёрдое тело излучает в очень широком интервале длин волн. При низких температурах (ниже 800 К) излучение нагретого твёрдого тела почти целиком расположено в инфракрасной области, и такое тело кажется тёмным. При повышении температуры доля излучения в видимой области увеличивается, и тело вначале кажется тёмно-красным, затем красным, жёлтым и, наконец, при высоких температурах (выше 5000 К) — белым; при этом возрастает как полная энергия излучения, так и энергия инфракрасного излучения.
1.2.Оптические свойства веществ в инфракрасном излучении
Оптические свойства веществ (прозрачность, коэффициент отражения, коэффициент преломления) в инфракрасной области спектра, как правило, значительно отличаются от оптических свойств в видимой и ультрафиолетовой областях. Многие вещества, прозрачные в видимой области, оказываются непрозрачными в некоторых областях инфракрасного излучения и наоборот. Например, слой воды толщиной в несколько сантиметров непрозрачен для инфракрасного излучения с λ > 1 мкм (поэтому вода часто используется как теплозащитный фильтр). Пластинки германия и кремния, непрозрачные в видимой области, прозрачны в инфракрасной (германий для λ > 1,8 мкм , кремний для λ > 1,0 мкм ). Проходя через земную атмосферу, инфракрасное излучение ослабляется в результате рассеяния и поглощения. Азот и кислород воздуха не поглощают инфракрасное излучение и ослабляют его лишь в результате рассеяния, которое, однако, для инфракрасного излучения значительно меньше, чем для видимого света. Пары воды, углекислый газ, озон и др. примеси, имеющиеся в атмосфере, селективно поглощают инфракрасное излучение. Особенно сильно поглощают инфракрасное излучение пары воды, полосы поглощения которых расположены почти во всей инфракрасной области спектра, а в средней инфракрасной области — углекислый газ. В приземных слоях атмосферы в средней инфракрасной области имеется лишь небольшое число «окон», прозрачных для инфракрасного излучения. Наличие в атмосфере взвешенных частиц — дыма, пыли, мелких капель воды (дымка, туман) — приводит к дополнительному ослаблению инфракрасного излучения, в результате рассеяния его на этих частицах, причём величина рассеяния зависит от соотношения размеров частиц и длины волны инфракрасного излучения. При малых размерах частиц (воздушная дымка) инфракрасное излучение рассеивается меньше, чем видимое излучение (что используется в инфракрасной фотографии), а при больших размерах капель (густой туман) инфракрасное излучение рассеивается так же сильно, как и видимое.
1.3.Источники инфракрасного излучения
Мощным источником инфракрасного излучения является Солнце, около 50% излучения которого лежит в инфракрасной области. Значительная доля (от 70 до 80%) энергии излучения ламп накаливания с вольфрамовой нитью приходится на инфракрасное излучение. При фотографировании в темноте и в некоторых приборах ночного наблюдения лампы для подсветки снабжаются инфракрасным светофильтром, который пропускает только инфракрасное излучение. Мощным источником инфракрасного излучения является угольная электрическая дуга с температурой
3900 К, излучение которой близко к излучению чёрного тела, а также различные газоразрядные лампы (импульсные и непрерывного горения). Для радиационного обогрева помещений применяют спирали из нихромовой проволоки, нагреваемые до температуры
950 К. Для лучшей концентрации инфракрасного излучения такие нагреватели снабжаются рефлекторами. В научных исследованиях, например, при получении спектров инфракрасного поглощения в разных областях спектра применяют специальные источники инфракрасного излучения: ленточные вольфрамовые лампы, штифт Нернста, глобар, ртутные лампы высокого давления и др. Излучение некоторых оптических квантовых генераторов — лазеров также лежит в инфракрасной области спектра; например, излучение лазера на неодимовом стекле имеет длину волны 1,06 мкм , лазера на смеси неона и гелия — 1,15 мкм и 3,39 мкм , лазера на углекислом газе — 10,6 мкм , полупроводникового лазера на InSb — 5 мкм и др.
Приёмники инфракрасного излучения основаны на преобразовании энергии инфракрасного излучения в другие виды энергии, которые могут быть измерены обычными методами. Существуют тепловые и фотоэлектрические приёмники инфракрасного излучения. В первых, поглощённое инфракрасное излучение вызывает повышение температуры термочувствительного элемента приёмника, которое и регистрируется. В фотоэлектрических приёмниках поглощённое инфракрасное излучение приводит к появлению или изменению электрического тока или напряжения. Фотоэлектрические приёмники, в отличие от тепловых, являются селективными приёмниками, т. е. чувствительными лишь в определённой области спектра. Специальные фотоплёнки и пластинки — инфрапластинки — также чувствительны к инфракрасному излучению (до λ = 1,2 мкм ), и потому в инфракрасном излучении мо гут быть получены фотографии.
1.4 История открытия инфракрасного излучения
Инфракрасное излучение впервые было обнаружено в 1870 году ученым Уильямом Гершелем за красной полосой спектра.
Гершель на экране получил спектр солнечного света и с помощью очень чувствительного термометра исследовал различные его части. Он обнаружил, что в фиолетовой части спектра термометр нагревался на 2°С выше окружающей среды, в зеленой – на 3,5°С и в красной – на 7°С. Но когда он передвинул термометр за красную часть спектра, то термометр показал температуру на 9°С выше, чем в фиолетовой части спектра.
Этот опыт Гершель проводил в воздухе, поэтому можно было допустить, что термометр за красной частью спектра нагревался не под действием инфракрасного излучения, а от воздуха, нагретого различными частями солнечного спектра. Тогда опыт Гершеля проделали в безвоздушном пространстве, и оказалось, что в вакууме тепловое действие инфракрасного излучения на термометр в три раза больше, чем в воздухе. Таким образом, было установлено, что невидимое инфракрасное излучение в пространстве распространяется как свет.
Внедрение инфракрасных излучений в нашу жизнь началось в двадцать первом веке. Сейчас оно широко используется в научных исследованиях, при решении большого числа практических задач, в военном деле и пр. Исследование спектров испускания и поглощения в инфракрасной области используется при изучении структуры электронной оболочки атомов, для определения структуры молекул, а также для качественного и количественного анализа смесей веществ сложного молекулярного состава, например моторного топлива. В промышленности инфракрасное излучение применяется для сушки и нагрева материалов и изделий при их облучении, а также для обнаружения скрытых дефектов изделий. На основе фотокатодов, чувствительных к инфракрасному излучению (для λ мкм ), созданы специальные приборы — электронно-оптические 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 инфракрасным излучением от специальных источников вести наблюдение или прицеливание в полной темноте. Создание высокочувствительных приёмников инфракрасного излучения позволило построить специальные приборы — теплопеленгаторы для обнаружения и пеленгации объектов, температура которых выше температуры окружающего фона (нагретые трубы кораблей, двигатели самолётов, выхлопные трубы танков и др.), по их собственному тепловому инфракрасному излучению. На принципе использования теплового излучения цели созданы также системы самонаведения на цель снарядов и ракет. Специальная оптическая система и приёмник инфракрасного излучения, расположенные в головной части ракеты, принимают его от цели, температура которой выше температуры окружающей среды (например, собственное ИК – излучение самолётов, кораблей, заводов, тепловых электростанций), а автоматическое следящее устройство, связанное с рулями, направляет ракету точно в цель. Инфракрасные локаторы и дальномеры позволяют обнаруживать в темноте любые объекты и измерять расстояния до них.
Также, для наземной и космической связи используются оптические квантовые генераторы, излучающие в инфракрасной области.
Инфракрасное излучение относится к электромагнитным волнам. Оно представляет собой излучение длиной волны от 770нм до 1мм и, следовательно, наряду с другими волнами, оно должно обладать свойствами, присущими всем электромагнитным волнам.
Целью нашей работы являлось:
1) обнаружение свойств инфракрасного излучения, общих для всех электромагнитных волн: отражения, преломления, поглощения, дифракции;
2) изучение особенностей, присущих именно инфракрасному излучению.
