СПЕКТР ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ КОЛЕБАНИИ
Различные виды излучения: гамма, рентгеновское, ультрафиолетовое, видимое, инфракрасное, радиоволны и низкочастотные колебания, несмотря на их большие различия в свойствах, имеют одинаковую природу. Все они являются частью спектра электромагнитного колебания и отличаются друг от друга длиной волны.
Интересующее нас инфракрасное излучение по величине длины волны лежит по возрастающей за граничной красной частью солнечного (светового) спектра (рис. 1).
Условно принято считать инфракрасным излучение с длиной волны в пределах 0,77—420 мк.
В практике инфракрасного нагрева с применением газовых горелок инфракрасного излучения или металлических излучателей, нагреваемых обычными газовыми горелками, длина волны излучения находится в пределах 1,5—5 мк.
Длиной волны Я называется расстояние между соседними гребнями или впадинами этой волны. Частотой v называется число колебаний в секунду. Чем больше длина волны, тем меньше частота. Периодом волны Т называется время, за которое совершается одно колебание.
Между этими величинами существует простая зависимость
Распространение электромагнитной волны в пространстве сопровождается переносом энергии по направлению движения волны; эта энергия получила название лучистой энергии.
При современном уровне знаний мы двояко представляем излучение: как поток материальных частиц и как волновое распространение энергии электромагнитного поля. Однако при таком условном делении следует всегда помнить, что данное явление само по себе едино, следовательно, в каждом процессе, связанном с возникновением, распространением или преобразованием излучения, неизменно проявляются его волновые свойства и свойства потока материальных частиц.
Все существующие в природе излучения составляют непрерывный спектр, распространяющийся от космических лучей с длиной волны около 2Х108 мк до радиоизлучений и излучений генераторов переменного тока промышленной частоты с длиной волны 6000 км.
Гамма-лучи — одни из наиболее коротких лучей спектра. Они возникают при распаде радиоактивных элементов.
Рентгеновские лучи имеют длину волны примерно в 1000 раз меньшую, чем длины волн видимого света. Рентгеновские лучи возникают при столкновениях быстролетящих электронов, которые теряют свою энергию. Часть энергии идет на повышение температуры вещества, а часть выделяется в виде рентгеновских лучей.
Ультрафиолетовые лучи занимают область между рентгеновскими и фиолетовыми лучами видимого излучения. Хорошими техническими источниками ультрафиолетовых лучей являются электрические дуги, а также кварцевые и ртутные лампы. Ультрафиолетовые лучи можно обнаружить фотографическими методами по вызываемой этими лучами флуоресценции и фосфоресценции, а также при помощи фотоэлементов и термоэлементов. Они не проходят через стекло и частично задерживаются даже воздухом.
Видимые лучи занимают в ч электромагнитном спектре наиболее узкий участок примерно 0,4—0,77 мк. Эта величина была принята условно.
Советскими учеными доказано, что граница видимого участка спектра определяется мощностью источника излучения и степенью адаптации (приспособления) глаза. Так, в инфракрасной области спектра порог чувствительности глаза доходит до 0,85—0,90 мк при увеличении мощности источника излучения в сотни тысяч раз. Свойства и области применения видимых лучей широко известны по курсу физики.
Инфракрасные лучи, невидимые для глаза, занимают область спектра примерно от 0,77 до 420 мк, лежащую между красными лучами видимой части спектра и ультракороткими радиоволнами. Они обладают такими же свойствами, как видимые и ультрафиолетовые лучи, т. е. распространяются прямолинейно, преломляются и поляризуются. Инфракрасные лучи излучаются внешними электронами атомов и молекул в результате вращательных и колебательных движений молекул.
Инфракрасные лучи называют иногда тепловыми, так как их интенсивность определяется температурой излучающего тела.
Методы получения и обнаружения инфракрасных лучей различны для разных спектральных участков.
Область инфракрасных лучей можно условно разделить на три участка спектра: коротковолновый (0,77—15 мк), средневолновый (15—100 мк) и длинноволновый (100—420 мк).
В технике инфракрасного нагрева практическое применение имеют коротковолновые инфракрасные лучи.
Инфракрасные, ультрафиолетовые и видимые лучи, занимающие среднюю часть спектра электромагнитных волн, называют иногда оптической областью спектра.
Наибольшей частью оптической области спектра является участок инфракрасных лучей, составляющих девять октав из 15 (рис. 2).
Источниками инфракрасных лучей с длиной волны от 1,3 до 7 мк могут быть электрические лампы накаливания, ртутные лампы высокого и сверхвысокого давления, специальные штифтовые и колпачковые излучатели, а также газовые горелки инфракрасного излучения и металлические или керамические излучатели.
Источниками инфракрасных лучей с длиной волны от 7 до 15 мк являются все нагретые тела с температурой от 190 до 410° К.
Граничная длина волны этого диапазона излучений (15 мк) определяется водяными парами, имеющимися в атмосфере, поскольку водяные пары почти полностью поглощают инфракрасное излучение с длиной волны более 14—15 мк.
