Творческое задание, страница 194 - гдз по физике 9 класс учебник Закирова, Аширов

Подготовьте сообщение по темам (на выбор):

1. «Устройство и принцип действия пирометра и тепловизора».

2. «Свойства инфракрасного излучения и его применение».

3. «Основные свойства ультрафиолетового излучения и его применение».

2. «Свойства инфракрасного излучения и его применение»

Инфракрасное (ИК) излучение — это вид электромагнитного излучения, занимающий спектральную область между красным концом видимого света (с длиной волны $ \lambda \approx 0.74 $ мкм) и микроволновым излучением ($ \lambda \approx 1-2 $ мм). Его также называют «тепловым» излучением, поскольку все нагретые тела являются его источником. Открыл ИК-лучи в 1800 году английский учёный Уильям Гершель.

Основные свойства инфракрасного излучения:
1. Универсальность излучения: Любое тело, температура которого выше абсолютного нуля ($0$ К), испускает инфракрасное излучение. Интенсивность и спектр этого излучения зависят от температуры тела. Согласно закону Стефана-Больцмана, полная мощность излучения с единицы площади поверхности абсолютно чёрного тела пропорциональна четвёртой степени его абсолютной температуры: $P = \sigma T^4$. Пик в спектре излучения смещается в сторону коротких волн с ростом температуры (закон смещения Вина). Именно это свойство лежит в основе бесконтактного измерения температуры.
2. Оптические свойства: Инфракрасные лучи, подобно видимому свету, подчиняются законам оптики: они могут отражаться, преломляться, поглощаться и рассеиваться. Однако их взаимодействие с веществом имеет свои особенности. Например, обычное силикатное стекло непрозрачно для длинноволнового ИК-излучения, в то время как материалы вроде германия, кремния или селенида цинка хорошо его пропускают, что позволяет использовать их для создания ИК-оптики.
3. Проникающая способность: ИК-излучение способно проходить сквозь некоторые среды, непрозрачные для видимого света, такие как дым, туман, лёгкая дымка, а также некоторые виды пластика и красок. Это свойство используется в системах ночного видения и пожарной охране.
4. Химическое и биологическое воздействие: Энергии ИК-квантов недостаточно для ионизации атомов, но достаточно для возбуждения колебательных и вращательных уровней молекул. Поглощение ИК-излучения веществом сопровождается его нагревом. На этом основано действие инфракрасных обогревателей. В химии анализ спектров поглощения в ИК-области (ИК-спектроскопия) является мощным методом для идентификации веществ и изучения строения молекул.

Применение инфракрасного излучения:
Благодаря своим уникальным свойствам, ИК-излучение нашло широкое применение в различных областях науки и техники:
- Термография: Это, пожалуй, самое известное применение. Приборы, работающие на этом принципе, делятся на два типа:
-- Пирометры — приборы для бесконтактного измерения температуры в одной точке. Они фокусируют ИК-излучение от объекта на детектор и по его интенсивности вычисляют температуру. Используются в металлургии, при контроле технологических процессов, в медицине (инфракрасные термометры).
-- Тепловизоры — устройства, создающие видимое изображение (термограмму) распределения температур на поверхности. Они используют матрицу ИК-детекторов для построения двухмерной «тепловой карты». Применяются в строительстве для поиска утечек тепла, в энергетике для диагностики оборудования, в медицине для выявления воспалений, в системах безопасности и у военных.
- Системы связи и передачи данных: Пульты дистанционного управления (для телевизоров, кондиционеров и др.) используют ИК-светодиоды для передачи команд. Стандарт IrDA (Infrared Data Association) раньше широко применялся для беспроводной связи между ноутбуками и мобильными телефонами. Также ИК-излучение используется в волоконно-оптических линиях связи.
- Приборы ночного видения: Существуют активные системы, которые подсвечивают сцену ИК-прожектором (невидимым для глаза) и пассивные (тепловизоры), которые улавливают собственное тепловое излучение объектов.
- Инфракрасный обогрев: ИК-обогреватели используются для отопления помещений, в саунах, для сушки лакокрасочных покрытий. Они греют не воздух, а непосредственно предметы и людей, на которые падает излучение, что делает их более экономичными.
- Астрономия: Инфракрасные телескопы (например, космический телескоп «Джеймс Уэбб») позволяют «заглянуть» сквозь облака космической пыли, непрозрачные в видимом диапазоне, и наблюдать за холодными объектами, такими как протозвезды, коричневые карлики и далёкие галактики.
- ИК-спектроскопия: Широко используется в химии и материаловедении для анализа состава и структуры веществ.

Ответ: Инфракрасное излучение обладает свойствами теплового излучения, проникающей способностью и подчиняется законам оптики, что позволяет использовать его для бесконтактного измерения температуры (пирометры, тепловизоры), в системах ночного видения, для обогрева, в пультах дистанционного управления и в научных исследованиях, таких как астрономия и спектроскопия.