Инфракрасное излучение

(1 слайд) Инфракрасное излучение и его применение в медицине.

(2 слайд) План.

(3-4 слайд) Краткая историческая справка. Теория и природа света на протяжении многих столетий была предметом изучения многих выдающихся деятелей. Гиппократ при лечении болезней применял горячие угли, нагретый песок, соль, железо. Только в XVII в. во взглядах на природу света появились две четко выраженные, подлинно научные теории: волновая и корпускулярная.

Видимым диапазоном электромагнитного спектра является только оптический диапазон. Как же были открыты другие, невидимые глазу, диапазоны спектра?

Инфракрасный диапазон электромагнитного спектра был обнаружен в 1800 г. английским астрономом Вильямом  Гершелем. Ученый проводил серию опытов, чтобы выяснить, какой нагревательной способностью обладают различные участки солнечного спектра.

Занимаясь исследованием Солнца, Гершель искал способ уменьшения нагрева инструмента, с помощью которого велись наблюдения. Определяя с помощью термометров действия разных участков видимого спектра, Гершель обнаружил, что «максимум тепла» лежит за насыщенным красным цветом и, возможно, «за видимым преломлением». Это исследование положило начало изучению инфракрасного излучения. Первоначально прогресс был незначительным и до начала 20 века отсутствовали открытия астрономических объектов в инфракрасном диапазоне помимо Солнца и Луны. Спустя 123 года после открытия инфракрасного излучения советский физик А.А. Глаголева-Аркадьева получила радиоволны с длиной волны равной приблизительно 80 мкм, т.е. располагающиеся в инфракрасном диапазоне длин волн. Это доказало, что свет, инфракрасные лучи и радиоволны имеют одинаковую природу, все это лишь разновидности обычных электромагнитных волн. После  ряда открытий, сделанных в радиоастрономии в 1950-х и 1960-х годах, астрономы осознали наличие большого объёма информации, находящегося вне видимого диапазона волн. С тех пор была сформирована современная инфракрасная астрономия.

(5 слайд) Инфракра́сное излуче́ние — электромагнитное излучение, занимающее спектральную область между красным концом видимого света (с длиной волны λ = 0,74 мкм) и микроволновым излучением (λ ~ 1—2 мм).  

(6 слайд) Инфракрасное излучение имеет две важные характеристики: 1.длину волны и 2.интенсивность.

Диапазон инфракрасного излучения делится на несколько фрагментов :

(7 слайд ) Электромагнитное излучение обладает квантово-фотонным характером. При взаимодействии с веществом фотон поглощается атомами вещества, передавая им свою энергию. При этом возрастает энергия тепловых колебаний атомов в молекулах вещества, т.е. энергия излучения переходит в теплоту

(8-9 слайд) Принцип действия. Инфракрасное излучение также называют «тепловым» излучением, так как инфракрасное излучение от нагретых предметов воспринимается кожей человека как ощущение тепла. При этом длины волн, излучаемые телом, зависят от температуры нагревания: чем выше температура, тем короче длина волны и выше интенсивность излучения. Спектр излучения абсолютно чёрного тела при относительно невысоких (до нескольких тысяч Кельвинов) температурах лежит в основном именно в этом диапазоне. Инфракрасное излучение испускают возбуждённые атомы или ионы.

         (10 слайд)Свойства ИИ:

1. Проходит через некоторые непрозрачные тела, а также сквозь дождь, дымку, снег.

2. Производит химическое действие на фотопластинки.

3. Поглощаясь веществом, нагревает его.

4. Вызывает внутренний фотоэффект у германия.

5. Невидимо.

6. Способно к явлениям интерференции и дифракции.

Регистрируют тепловыми, фотоэлектрическими и фотографическими методами.

(11 слайд) Источники ИИ.

(12-13 слайд) Инфракрасные лучи абсолютно безопасны для организма человека в отличие от рентгеновских, ультрафиолетовых или СВЧ. Сильное инфракрасное излучение в местах высокого нагрева может вызывать опасность для глаз. Наиболее опасно, когда излучение не сопровождается видимым светом. В таких местах необходимо надевать специальные защитные очки для глаз.

(14 слайд) Использование в медицине.

(15 слайд)Болезни, которые лечат с помощью инфракрасного излучения:

• бронхиальная астма;
• грипп;
• пневмония;
• онкологические заболевания;
• образование спаек;
• аденома;
• язвенная болезнь;
• эпидемический паротит;
• гангрена;
• ожирение;
• варикозное расширение вен;
• отложение солей;
• шпоры, натоптыши, мозоли;
• кожные заболевания;
• сосудистые заболевания;
• плохо заживающие раны;
• ожоги, обморожения;
• заболевания периферической нервной системы;
• паралич;
• пролежни.

(16 слайд) Медики  выявили следующие типы воздействий его на организм человека:

1. расширение сосудов, в том числе капилляров;
2. активизация капиллярного кровообращения;
3. антиспазматическое воздействие;
4. болеутоляющее воздействие;
5. противовоспалительное воздействие;
6. активизация реакций внутри клетки.
7. активизация обмена веществ;

(17-18 слайд) Так как инфракрасное излучение стимулирует расширение сосудов и ускорение кровотока, оно используется в медицинской практике для улучшения и активации кровообращения. При обращении коротких инфракрасных лучей на кожу, происходит раздражение ее рецепторов, из-за чего гипоталамус подает сигнал о необходимости расслабления гладким мышцам, расположенным в кровеносных сосудах. Благодаря этому происходит расширение капилляров, вен и артерий, также ускоряется кровоток. 
          Инфракрасное излучение стимулирует активацию метаболизма на клеточном уровне и помогает на порядок оптимизировать течение процессов нейрорегуляции.  Воздействуя на организм человека в длинноволновой части инфракрасного диапазона, можно получить явление, называемое «резонансным поглощением», при котором внешняя энергия будет активно поглощаться организмом.
  В результате этого воздействия повышается потенциальная энергия клетки организма, и из нее уходит не связанная вода, повышается деятельность специфических клеточных структур, растет уровень иммуноглобулинов, увеличивается активность ферментов и эстрогенов, происходят и другие биохимические реакции. Это касается всех типов клеток организма и крови.
          Применение инфракрасного излучения в медицине положительно сказывается на общем состоянии иммунитета. Активная выработка макрофагоцитов приводит к ускорению фагоцитоза, другими словами защитные реакции организма усиливаются на клеточном и жидкостном уровнях. Параллельно стимулируется выработка аминокислот, также усиленно вырабатываются ферменты и питательные вещества. 
         Инфракрасные лучи применяются в медицине в качестве отличного обеззараживающего средства. Их воздействие на организм приводит к гибели ряда бактерий, а также к нейтрализации значительного количества агрессивных веществ. 
         (19 слайд) Исследования в области эффективных средств восстановления после травм показали, что ИК лучи ускоряют заживление травм. Практические результаты достаточно внушительны, у спортсменов отмечены такие положительные изменения:

• ускоренный рассасывающий эффект;
• ускоренный противовоспалительный эффект;
• усиление сопротивляемости вирусам;
• нормализация сна;
• устранение вегетативных расстройств;
• увеличение работоспособности;
• снижение утомляемости.

Особенно заметно воздействие инфракрасных лучей при растяжениях и вывихах, восстановление занимает в 1,5 раза меньше времени. При этом имеет место ощутимое уменьшение болевого эффекта.

(20 слайд) для  применения инфракрасных лучей было разработано различное медицинское оборудование для создания испарины, солнечных ванн, загара, а также простые излучатели, в которых использованы нагревательные элементы при высокой температуре: солнечные концентраторы, инфракрасные лампы.

         (21 слайд) В лечебной практике нашли применение лазеры красного и инфракрасного спектров излучения. Лазеры красного спектра (0,63-0,69 мкм) применяются для воздействия на слизистые оболочки, кожные покровы и ткани, близко к ним прилежащие. Для воздействия на глубоколежащие ткани и органы универсальным является инфракрасный диапазон лазерного излучения 0,8-0,95 мкм. В рефлексотерапии применяют лазеры красного (0,63-0,69 мкм) и инфракрасного (1,2-1,3 мкм) спектра.

(22 слайд) Инфракрасная термография, тепловое изображение или тепловое видео — это научный способ получения термограммы — изображения в инфракрасных лучах, показывающего картину распределения температурных полей и на основе этого излучения создают изображения, позволяющие определить перегретые или переохлаждённые места. Так как инфракрасное излучение испускается всеми объектами, имеющими температуру, согласно формуле Планка для излучения чёрного тела, термография позволяет «видеть» окружающую среду с или без видимого света. Величина излучения, испускаемого объектом, увеличивается с повышением его температуры, поэтому термография позволяет нам видеть различия в температуре. Когда смотрим через тепловизор, то тёплые объекты видны лучше, чем охлаждённые до температуры окружающей среды; люди и теплокровные животные легче заметны в окружающей среде, как днём, так и ночью.

 Использование тепловизора в медицине производилось еще во времена СССР. Приборы позволяют распознать характер заболевания, а также увидеть инфицированного человека среди здоровых по температуре тела, характерной для той или иной болезни.

Обследование с помощью специальной аппаратуры, реагирующей на электромагнитные волны, помогает обнаружить воспалительный процесс с точностью до микрона и найти область патологии. Использование аппарата позволит определить, болен пациент или здоров, увидеть источник заболевания, поставить диагноз.

(23 слайд)Тепловизор преобразует невидимое глазу ИК – излучение в световое и даёт цветной снимок, на котором различными цветами изображаются участки с различной температурой. Участки тела с более высокой температурой «окрашиваются» тепловизором в красный цвет, а с меньшей – в оранжевый, жёлтый, зелёный, голубой, синий и фиолетовый цвета.

(24 слайд)Медики подсчитали, выкуривание одной сигареты приводит к понижению температуры тела курильщика на 0,1 С. При этом у курильщика наблюдается сужение сосудов, длящееся 30 минут. А так как заядлый курильщик выкуривает не менее двух сигарет в час, то его сосуды практически постоянно находятся в суженном состоянии, что увеличивает работу сердца по проталкиванию через них крови. Работая с большим напряжение, сердце курильщиков быстрее изнашивается и стареет.

 Так что не зря Минздрав на каждой пачке сигарет предупреждает о том, что «Курение вредит вашему здоровью».

(25 слайд)Люди еще с древних времен начали применять инфракрасную теплотерапию. Инфракрасная сауна (ИК-сауна) представляет собой специальное помещение или кабину, в которых установлены инфракрасные излучатели. Кабины обычно изготавливаются из натурального дерева. При нагревании этот материал начинает выделять полезные фитонциды. Фитонциды представляют собой биологически активные вещества, которые образуются в растениях. Они способны убивать или подавлять рост и развитие болезнетворных бактерий, микроскопических грибов и простейших.

В инфракрасной сауне не происходит нагрева воздуха. Но она производит высокий проникающий эффект. Нормальной температурой для инфракрасной кабины можно назвать 38-45 градусов. Тело человека при этом равномерно и глубоко прогревается изнутри. Нужно отметить, что это не дает большой нагрузки на сердце, что очень важно. Человек в ней начинает очень интенсивно потеть. Инфракрасные волны прогревают ткани, органы, мышцы, кости и суставы человека. Они также ускоряют поток крови и лимфы. За счет этого усиливается метаболический обмен в мускулах, улучшается питание мышц и происходит резкое усиление снабжение тканей всего организма кислородом. Это способствует повышению иммунитета и профилактике различных заболеваний. Организм очищается от шлаков и токсинов. Поры кожи открываются, что улучшает ее состояние.

(26 слайд)  В заключении мне хотелось сказать, что инфракрасное излучение широко используется не только в медицине, но и в промышленности, научных исследованиях, в военной технике. Тепловидение нашло применение во многих сферах человеческой деятельности. ИК-лучи применяются в машиностроительной, химической, автомобильной промышленности, микроэлектронике, а также в энергоснабжении.

Из всего вышесказанного следует, что исследования ИК-лучей и внедрение связанных с ними систем в различные области жизнедеятельности имеют огромное значение для всего человечества.

(27 слайд) СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

1. «Энциклопедический словарь физика», М., Педагогика, 1991.
2. Савельев И. В. “Курс общей физики” т. 3. М., Наука, 1989
3. Гуриков В. А. К вопросу развития теории теплового излучения. - Вопросы истории естествознания и техники. М.: Наука, 1977, вып. 56-57.
4. Леконт Ж., Инфракрасное излучение, М., 1958
5. Госсорг Ж. “Инфракрасная термография. Основы, техника, применение”, М., Мир, 1988
6. “Справочник по инфракрасной технике” т. 1.М., Мир, 1995
7. Соловьев С. М. «Инфракрасная фотография», М., 1960
8. Козелкин В. В., Усольцев И. Ф., Основы инфракрасной техники, 2 изд., М., 1974
9. Современные методы контроля материалов без разрушения, под ред. С. Т. Назарова, М., 1961
10. www.wikipedia.org
11. www.ecolain39.ru
12. www.infopedia.ru