Доклад «Действие инфракрасного излучения на живые организмы. Инфракрасное излучение в быту и технике. Польза и вред инфракрасного излучения»

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Московский педагогический государственный университет»

 

 

Институт физики, технологии и информационных систем

  Кафедра общей и экспериментальной физики

 

 

 

Действие инфракрасного излучения на живые организмы. Инфракрасное излучение в быту и технике. Польза и вред инфракрасного излучения.

 

 

Выполнил: студент 5-го курса очной формы обучения

факультета физики и

технологии, группа 503

Ковалев Роман Александрович

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Москва 2020

Действие инфракрасного излучения на живые организмы.

 

Инфракрасное излучение является естественным природным видом излучения. Каждый человек ежедневно подвергается его действию. Огромная часть энергии Солнца поступает на нашу планету именно в виде ИК-лучей. Однако в современном мире существует множество приборов, в которых задействовано инфракрасное излучение. На организм человека оно может воздействовать различным образом. Во многом это зависит от типа и целей использования этих самых приборов.

Что это такое Инфракрасное излучение, или ИК-лучи, - это вид электромагнитного излучения, занимающий спектральную область от красного видимого света (для которого характерна длина волны 0,74 мкм) до коротковолнового радиоизлучения (с длиной волны 1-2 мм). Это довольно обширная область спектра, поэтому ее дополнительно подразделяют на три области: ближний (0,74 - 2,5 мкм); средний (2,5 - 50 мкм); дальний (50-2000 мкм).

История открытия. В 1800 году ученый из Англии В. Гершель сделал наблюдение, что в невидимой части солнечного спектра (за пределами красного света) повышается температура термометра. Впоследствии была доказана подчиненность инфракрасного излучения законам оптики и сделан вывод о его родстве с видимым светом.

Благодаря трудам советского физика А. А. Глаголевой-Аркадьевой, в 1923 году получившей радиоволны с λ=80 мкм (ИК-диапазон), было экспериментально доказано существование непрерывного перехода от видимого излучения к ИК-излучению и радиоволновому. Таким образом, был сделан вывод об их общей электромагнитной природе.

Практически все в природе способно испускать длины волн, соответствующих инфракрасному спектру, а значит, является источником инфракрасного излучения. Тело человека не является исключением. Все мы знаем, что все вокруг состоит из атомов и ионов, даже человек. А эти возбужденные частицы способны испускать линейчатые ИК-спектры. Переходить в возбужденное состояние они могут под действием различных факторов, например электрических разрядов или при нагревании. Так, в спектре излучения пламени газовой плиты имеется полоса с λ=2,7 мкм от молекул воды и с λ=4,2 мкм от углекислого газа.

Источники инфракрасного излучения. Мощ­ный ес­те­ст­вен­ный ис­точ­ник ИК-излучения – Солн­це, около 50% его из­лу­че­ния ле­жит в ИК-об­лас­ти. На инфракрасное излучение при­хо­дит­ся от 70 до 80% энер­гии из­лу­че­ния ламп на­ка­лива­ния; его ис­пус­ка­ют элек­трическая ду­га и различные га­зо­раз­ряд­ные лам­пы, все ти­пы элек­трических обог­ре­ва­те­лей по­ме­ще­ний. В на­учных ис­сле­до­ва­ни­ях ис­точ­ни­ка­ми ИК-излучения слу­жат лен­точ­ные вольф­ра­мо­вые лам­пы, штифт Нерн­ста, гло­бар, ртут­ные лам­пы вы­со­ко­го дав­ле­ния и др. Из­лу­че­ние не­ко­то­рых ти­пов ла­зе­ров так­же ле­жит в ИК-об­лас­ти спек­тра (напр., дли­на вол­ны из­лу­че­ния ла­зе­ров на не­оди­мо­вом стек­ле со­став­ля­ет 1,06 мкм, ге­лий-не­оно­вых ла­зе­ров – 1,15 и 3,39 мкм, CO2CO2-ла­зе­ров – 10,6 мкм).

Изучение влияния ИК-лучей на организм. Первые научные данные о влиянии инфракрасного излучения на организм человека датированы 1960 годами. Автором исследований является японский врач Тадаши Ишикава. В ходе своих экспериментов ему удалось установить, что ИК-лучи имеют свойство проникать глубоко внутрь тела человека. При этом происходят процессы терморегуляции, сходные с реакцией на нахождение в сауне. Однако потоотделение начинается при более низкой температуре окружающего воздуха (она составляет порядка 50 °С), а прогревание внутренних органов происходит гораздо глубже.

В ходе такого прогревания в организме происходят тепловые сдвиги, уменьшается кислородное насыщение крови, понижается венозное давление, замедляется кровоток и как следствие наступает нарушение деятельности сердечно-сосудистой и нервной систем. Облучение малыми дозами лучистой теплоты полезно, но значительная его интенсивность и высокая температура воздуха могут оказать неблагоприятное действие на человека.

Наиболее поражаемые ИК-излучениями органы человека:

 кожный покров, органы зрения;

при остром повреждении кожи возможны ожоги, резкое расширение артериакапилляров, усиление пигментации кожи;

при хронических облучениях изменение пигментации может быть стойким, эритемоподобный (красный) цвет лица у рабочих. 

 

ИК-волны в быту, науке и промышленности.

Используя дома и на работе те или иные приборы, мы редко задаемся вопросом о влиянии инфракрасного излучения на организм человека. Между тем довольно популярными сегодня являются ИК-обогреватели. Принципиальным их отличаем от масляных радиаторов и конвекторов является способность нагревать не сам воздух непосредственно, а все объекты, находящиеся в помещении. То есть сначала нагреваются мебель, полы и стены, а затем они отдают свое тепло в атмосферу. При этом оказывает действие инфракрасное излучение и на организмы - человека и его питомцев. И многие люди, приобретая их, даже не знают о том, что они могут оказывать негативное влияние на человека.

Инфракрасное излучение способно нанести вред при постоянном и длительном воздействии. Поэтому при покупке обогревательного прибора нужно обращать внимание на характер его излучения. Такие данные обычно указываются в техническом паспорте. Отдавать предпочтение следует таким обогревателям, у которых нагревательный элемент имеет теплоизолирующую защиту. В этом случае прибор будет выделять длинные волны, которые, наоборот, полезны для здоровья.

Если же спираль, которая выделяет тепло, не изолирована, то такое устройство распространяет короткие волны и может навредить человеку. Находиться долгое время рядом с такими приборами нежелательно. Не следует их монтировать в спальнях и детских комнатах. Если это всё-таки необходимо сделать, то отдавать предпочтение следует маломощным моделям.

Также широко применяются ИК-лучи при передаче данных и дистанционном управлении. Во многих мобильных телефонах имеются ИК-порты, предназначенные для обмена файлами между ними. А все пульты от кондиционеров, музыкальных центров, телевизоров, некоторых управляемых детских игрушек также используют электромагнитные лучи в инфракрасном диапазоне.

ИК-из­лу­че­ние ши­ро­ко при­ме­ня­ют в на­учной ис­сле­до­ва­ни­ях и для ре­ше­ния различных прак­тических за­дач. Спек­тры ис­пус­ка­ния и по­гло­ще­ния мо­ле­кул и твёр­дых тел ле­жат в ИК-об­лас­ти, их изу­ча­ют в ин­фра­крас­ной спек­тро­ско­пии, в струк­тур­ных за­да­чах, а так­же ис­поль­зу­ют в ка­че­ст­вен­ном и ко­ли­че­ст­вен­ном спек­траль­ном ана­ли­зе. В да­лё­кой ИК-об­лас­ти ле­жит из­лу­че­ние, воз­ни­каю­щее при пе­ре­хо­дах ме­ж­ду зее­ма­нов­ски­ми под­уров­ня­ми ато­мов, ИК-спек­тры ато­мов по­зво­ля­ют изу­чать струк­ту­ру их элек­трон­ных обо­ло­чек. Фо­то­гра­фии од­но­го и то­го же объ­ек­та, по­лу­чен­ные в ви­ди­мом и ин­фра­крас­ном диа­па­зо­нах, вслед­ст­вие раз­ли­чия ко­эф­фи­ци­ен­тов от­ра­же­ния, про­пус­ка­ния и рас­сея­ния мо­гут зна­чи­тель­но раз­ли­чать­ся; на ИК-фо­то­гра­фии мож­но уви­деть де­та­ли, не­ви­ди­мые на обыч­ной фо­то­гра­фии. Такие снимки широко распространены в астрономии.

В про­мыш­лен­но­сти ИК-излучение ис­поль­зу­ют для суш­ки и на­гре­ва ма­те­риа­лов и из­де­лий. На ос­но­ве фо­то­ка­то­дов, чув­ст­ви­тель­ных к ИК- излучению, соз­да­ны элек­трон­но-оп­тические пре­об­ра­зо­ва­те­ли, в ко­то­рых не ви­ди­мое гла­зом ИК-изо­бра­же­ние объ­ек­та пре­об­ра­зу­ет­ся в ви­ди­мое. На ос­но­ве та­ких пре­об­ра­зо­ва­те­лей по­строе­ны различные ноч­но­го ви­де­ния при­бо­ры (би­нок­ли, при­це­лы и т. п.), по­зво­ляю­щие в пол­ной тем­но­те об­на­ру­жи­вать объ­ек­ты, вес­ти на­блю­де­ние и при­це­ли­ва­ние, об­лу­чая их ИК-излучением от специальных ис­точ­ни­ков. При по­мо­щи вы­со­ко­чув­ст­ви­тель­ных при­ём­ни­ков ИК-излучения осу­ще­ст­в­ля­ют те­п­ло­пе­лен­га­цию объ­ек­тов по их соб­ст­вен­но­му ИК-излучения и соз­да­ют сис­те­мы са­мо­на­ве­де­ния на цель сна­ря­дов и ра­кет. ИК-ло­ка­то­ры и ИК-даль­но­ме­ры по­зво­ля­ют об­на­ру­жи­вать в тем­но­те пред­ме­ты, температура ко­то­рых вы­ше температуры ок­ру­жаю­щей сре­ды, и из­ме­рять рас­стоя­ния до них. Мощ­ное из­лу­че­ние ИК-ла­зе­ров ис­поль­зу­ют в на­учных ис­сле­до­ва­ни­ях, а так­же для осу­ще­ст­в­ле­ния на­зем­ной и кос­мической свя­зи, для ла­зер­но­го зон­ди­ро­ва­ния ат­мо­сфе­ры и т. д.

В медицине ИК-лучи применяют для местного и общего лечения. В первом случае осуществляется локальное действие на определенный участок тела, а во втором действию лучей подвергается весь организм. Курс лечения зависит от заболевания и может составлять от 5 до 20 сеансов по 15-30 минут. При проведении процедур обязательным условием является использование защитных средств. Для сохранения здоровья глаз используются особые картонные накладки или очки. После первой же процедуры на поверхности кожи появляются покраснения с нечеткими границами, проходящие примерно через час.

Инфракрасное излучение может принести как пользу, так и вред для здоровья человека. Относиться к нему нужно крайне осторожно, а использовать приборы на его основе следует в соответствии со всеми правилами безопасности.

 

Польза и вред инфракрасного излучения.

ИК-лучи человеческий глаз не воспринимает, но почувствовать их силу действия можно. В зависимости от длины волны они способны оказывать различное воздействие на всё живое. Поэтому польза и вред инфракрасного излучения напрямую зависят от этого показателя.

Польза

Длинные волны оказывают оздоровительное действие на состояние здоровья человека, поэтому их часто используют в лечебных целях. Именно на таком принципе основана работа оборудования для проведения физиотерапевтических процедур.

Длинноволновые ИК лучи оказывают следующее положительное воздействие на человека:

улучшают мозговое кровообращение и память;

укрепляют иммунную систему;

нормализуют водно-солевой баланс;

улучшают гормональный фон;

нормализуют артериальное давление;

очищают организм от токсинов и солей тяжёлых металлов;

препятствуют размножению бактерий, грибков и болезнетворных микробов.

Также лучи помогают при воспалительных процессах в организме, повышают содержание инсулина у больных сахарных диабетом и даже снижают уровень радиоактивного излучения.

Таким образом, длинноволновое ИК излучение не только полезно для человека, но и необходимо ему. При недостатке таких лучей страдает иммунитет и запускается процесс ускоренного старения.

Обогреватели на основе инфракрасных лучей устраняют различные вредные и опасные бактерии, а специальные ИК лампы помогают при:

радикулите;

нарушении работы яичников;

бронхиальной астме;

остеохондрозе;

нарушении слизистой оболочки.

Также с помощью такого облучателя можно вылечить пневмонию, простатит в стадии обострения, ринит, тонзиллит и отит без гнойных образований.

Было подмечено, что хирургические операции, проведенные под действием ИК-излучения, имеют ряд преимуществ: несколько легче переносятся боли после операций; быстрее идет регенерация клеток; влияние инфракрасного излучения на человека позволяет избежать охлаждения внутренних органов в случае выполнения операции на открытых полостях, что понижает риск развития шока. У больных с ожогами инфракрасное излучение создает возможность удаления некрозов, а также выполнения аутопластики на более раннем этапе. Кроме того, снижается срок лихорадки, в меньшей степени выражены анемия и гипопротеинемия, снижается частота осложнений.

Вред

Несмотря на большое количество полезных и лечебных свойств, у этого прибора имеются противопоказания. Вредно инфракрасное излучения для человека, если у него наблюдаются острые воспалительные заболевания.

Нельзя использовать такие лучи и при злокачественных образованиях, острых гнойных заболеваниях и кровотечении.

Большой вред инфракрасного излучения на организм человека оказывают также короткие волны. Под их воздействием могут появиться следующие симптомы:

тошнота;

сильное головокружение;

потемнение в глазах;

обморок;

нарушение координации движений;

учащённое сердцебиение.

Обычно под воздействием таких лучей начинает краснеть кожа, могут появиться ожоги, судороги. Длительное пребывание рядом с короткими волнами приводит к нарушению водно-солевого баланса или тепловому удару.

Одной из современных проблем являются ожоги глаз. Наиболее опасны для них ИК-лучи с длинами волн в пределах 0,76-1,5 мкм. Под их влиянием происходит нагревание хрусталика и водянистой влаги, что может приводить к различным нарушениям. Одним из самых распространенных последствий является светобоязнь. Об этом стоит помнить детям, играющим с лазерными указками, и сварщикам, пренебрегающим средствами индивидуальной защиты.

 

Защита от инфракрасных (тепловых) излучений.

Первая помощь при тепловом ударе

При интенсивном или длительном воздействии на человека коротких волн может произойти тепловой удар. Обычно это случается, если температура головного мозга резко повышается хотя бы на 1 градус. В таком случае пострадавшему сразу же следует оказать первую помощью. Для этого его нужно аккуратно переложить или перевезти в прохладное место и постараться снять с него тесную одежду. К сердцу, голове, подмышечным впадинам и паховой области следует приложить что-нибудь холодное.

После этого пострадавшего нужно обернуть мокрой простынёй и направить на него воздух от вентилятора.

Такие действия помогут снизить температуру тела. В тяжёлых случаях следует сделать искусственное дыхание и обязательно вызвать скорую помощь. На протяжении этого времени пострадавшему нужно давать прохладное и обильное питьё.

 

Существует небольшой перечень мероприятий, направленных на уменьшение опасности воздействия инфракрасного излучения на организм человека.

Понижение интенсивности излучения. Достигается оно посредством выбора соответствующего технологического обо­ру­до­ва­ния, своевременной заменой устаревшего, а также его рациональной компоновкой.

Удаление рабочих от источника излучения. Если позволяет технологическая линия, следует предпочесть дистанционное управление ею.

Установка защитных экранов на источник или рабочее место. Такие ограждения могут быть устроены двумя способами, позволяющими снизить влияние инфракрасного излучения на организм человека.

В первом случае они должны отражать электромагнитные волны, а во втором - задерживать их и преобразовывать энергию излучения в тепловую с последующим ее отведением. В связи с тем, что защитные экраны не должны лишать специалистов возможности вести мониторинг происходящих на производстве процессов, они могут изготавливаться прозрачными или полупрозрачными. Для этого в качестве материалов выбирают силикатные или кварцевые стекла, а также металлические сетки и цепи.

Теплоизоляция или охлаждение горячих поверхностей. Главной целью тепловой изоляции является снижение риска получения рабочими различных ожогов.

Средства индивидуальной защиты (разнообразная спецодежда, очки со встроенными светофильтрами, щит­ки).

Профилактические мероприятия.

Если в ходе вышеперечисленных действий уровень воздействия ИК-излучения на организм остается достаточно высоким, то следует подобрать соответствующий режим труда и отдыха.

Источники:

Занько Н. Г., Малаян К. Р., Русак О. Н. Безопасность жизнедеятельности: Учебник. 14-е изд., стер. - М.: 2012. - 672 с.

Статья: https://fb.ru/article/398113/infrakrasnoe-izluchenie-vliyanie-na-organizm-cheloveka-deystvie-luchey-ih-svoystva-polza-i-vred-vozmojnyie-posledstviya

Книга: Елена Мурадова. Безопасность жизнедеятельности:- 2013. – 90 с.

Статья: https://kaminguru.com/obogrevatel/polza-infrakrasnogo-izluchenija.html

Бальшая Российская энциклопеция. https://bigenc.ru/physics/text/2016310