Découverte du rayonnement infrarouge
Types d'échange de chaleur
Propriétés physiques
Gamme d'ondes IR favorables à l'homme

Le chercheur anglais Herschel W. en 1800, en train d'étudier la lumière du soleil, a établi que dans les rayons du soleil, lorsqu'ils sont décomposés en spectres séparés à l'aide d'un prisme au-delà du spectre visible rouge, les lectures du thermomètre augmentent. Le thermomètre placé dans cette zone indiquait une température plus élevée que le thermomètre de référence. Plus tard, il a été établi que les propriétés de ces rayons sont soumises aux lois de l'optique, et il s'avère qu'ils ont la même nature que le rayonnement lumineux. Ainsi, le rayonnement infrarouge a été découvert.

Précisons comment les objets chauds dégagent de la chaleur aux objets qui les entourent :
transfert de chaleur(échange thermique entre corps au contact ou à travers un séparateur),
convection(transfert de chaleur par liquide de refroidissement, liquide ou gaz d'une source de chaleur vers des objets plus froids)
rayonnement thermique(un flux de rayonnement électromagnétique dans une plage de longueurs d'onde spécifique émis par une substance en fonction de son excès d'énergie interne).

Tous les objets du monde matériel qui nous entourent sont à la fois des sources et des absorbeurs de rayonnement thermique.
Le rayonnement thermique, basé sur les rayons infrarouges, est un flux de rayons électromagnétiques qui satisfont aux lois de l'optique et qui sont de même nature que le rayonnement lumineux. Le faisceau IR se situe entre la lumière rouge perçue par l'homme (0,7 µm) et l'émission radio à ondes courtes (1 à 2 mm). De plus, la région IR du spectre est divisée en ondes courtes (0,7 à 2 µm), ondes moyennes (de 2 à 5,1 µm), onde longue(5,1 - 200 µm). Les rayons infrarouges sont émis par toutes les substances liquide et solide, tandis que La longueur d'onde émise dépend de la température de la substance. À des températures plus élevées, la longueur d’onde émise par la substance est plus courte, mais l’intensité du rayonnement est plus grande.

Dans la gamme des rayonnements à ondes longues (de 9 à 11 microns), il existe le rayonnement thermique le plus favorable pour l'homme. Les émetteurs à ondes longues ont une température de surface de rayonnement plus basse et sont caractérisés comme sombres : à basse température de surface, ils ne brillent pas (jusqu'à 300°C). Les émetteurs d'ondes moyennes avec une température de surface plus élevée sont caractérisés comme gris ; ceux avec une température corporelle maximale émettent des ondes courtes, elles sont appelées blanches ou lumineuses.

Confirmation par des scientifiques soviétiques

Propriétés physiques du rayonnement infrarouge

Pour les rayons infrarouges, il existe un certain nombre de différences par rapport aux propriétés optiques de la lumière visible. (transparence, réflectance, indice de réfraction) Par exemple, un rayonnement IR ayant une longueur d'onde supérieure à 1 micron, absorbé par l'eau en couche de 1 à 2 cm, l'eau est donc dans certains cas utilisée comme barrière de protection thermique. La feuille de silicium est opaque dans le domaine visible, mais transparente dans l'infrarouge. Un certain nombre de métaux ont qualités réflexes qui sont plus élevés pour le rayonnement infrarouge que pour la lumière perçue par l'homme, de plus, leurs propriétés s'améliorent considérablement avec l'augmentation de la longueur d'onde du rayonnement. À savoir, L'indice de réflexion de Al, Au, Ag à une longueur d'onde d'environ 10 microns approche 98 %. Compte tenu de ces propriétés des matériaux, ils sont utilisés dans la production d'équipements infrarouges. Matériaux transparents aux rayons infrarouges - comme émetteurs de rayonnement infrarouge (quartz, céramique), matériaux à haute capacité de réflexion des rayons - comme réflecteurs qui permettent de focaliser le rayonnement IR dans la direction souhaitée (principalement l'aluminium).

Il est également important de connaître les propriétés d’absorption et de diffusion du rayonnement infrarouge. Les rayons infrarouges se propagent dans l’air presque sans entrave. À savoir, les molécules d’azote et d’oxygène elles-mêmes n’absorbent pas les rayons infrarouges, mais ne les diffusent que légèrement, ce qui en réduit l’intensité. La vapeur d'eau, l'ozone, le dioxyde de carbone, ainsi que d'autres impuretés présentes dans l'air, absorbent le rayonnement infrarouge : la vapeur d'eau - dans presque toute la région infrarouge du spectre, le dioxyde de carbone - dans la partie médiane de la région infrarouge. La présence de petites particules dans l'air - poussière, fumée, petites gouttes de liquides - entraîne un affaiblissement de la puissance du rayonnement infrarouge du fait de sa diffusion sur ces particules.

À propos du rayonnement infrarouge

De l'histoire de l'étude du rayonnement infrarouge

Le rayonnement infrarouge ou rayonnement thermique n’est pas une découverte du 20ème ou 21ème siècle. Le rayonnement infrarouge a été découvert en 1800 par un astronome anglais W. Herschel. Il a découvert que la « chaleur maximale » se situe au-delà de la couleur rouge du rayonnement visible. Cette étude a marqué le début de l'étude du rayonnement infrarouge. De nombreux scientifiques célèbres se sont lancés dans l’étude de ce domaine. Ce sont des noms tels que : Physicien allemand Wilhelm Vienne(loi de Wien), physicien allemand Max Planck(formule et constante de Planck), scientifique écossais John Leslie(appareil de mesure du rayonnement thermique - Leslie cube), physicien allemand Gustav Kirchhoff(Loi des radiations de Kirchhoff), physicien et mathématicien autrichien Joseph Stéphane et physicien autrichien Stefan Ludwig Boltzmann(Loi de Stefan-Boltzmann).

L’utilisation et l’application des connaissances sur le rayonnement thermique dans les appareils de chauffage modernes n’ont fait leur apparition que dans les années 1950. En URSS, la théorie du chauffage radiant a été développée dans les travaux de G. L. Polyak, S. N. Shorin, M. I. Kissin, A. A. Sander. Depuis 1956, de nombreux ouvrages techniques sur ce sujet ont été écrits ou traduits en russe en URSS ( bibliographie). En raison de l'évolution du coût des ressources énergétiques et de la lutte pour l'efficacité énergétique et les économies d'énergie, les radiateurs infrarouges modernes sont largement utilisés pour chauffer les bâtiments domestiques et industriels.

Rayonnement solaire - rayonnement infrarouge naturel

Le chauffage infrarouge naturel le plus célèbre et le plus important est le Soleil. Il s’agit essentiellement de la méthode de chauffage naturelle la plus avancée connue de l’humanité. Au sein du système solaire, le Soleil est la source de rayonnement thermique la plus puissante qui détermine la vie sur Terre. À une température de surface solaire d'environ 6000K le rayonnement maximum se produit à 0,47 µm(correspond au blanc jaunâtre). Le soleil est situé à plusieurs millions de kilomètres de nous, cependant, cela ne l'empêche pas de transmettre de l'énergie à travers tout ce vaste espace, pratiquement sans la consommer (énergie), sans la chauffer (espace). La raison en est que les rayons infrarouges solaires parcourent de longues distances dans l’espace et n’entraînent pratiquement aucune perte d’énergie. Lorsqu’une surface se trouve sur le trajet des rayons, leur énergie, une fois absorbée, se transforme en chaleur. La Terre, qui est frappée par les rayons du soleil, et d'autres objets qui sont également touchés par les rayons du soleil, sont directement chauffés. Et la terre et les autres objets chauffés par le Soleil dégagent à leur tour de la chaleur dans l’air qui nous entoure, le réchauffant ainsi.

La puissance du rayonnement solaire à la surface de la Terre et sa composition spectrale dépendent dans une large mesure de la hauteur du Soleil au-dessus de l'horizon. Différentes composantes du spectre solaire traversent différemment l’atmosphère terrestre.
À la surface de la Terre, le spectre du rayonnement solaire a une forme plus complexe, associée à l'absorption dans l'atmosphère. En particulier, il ne contient pas la partie haute fréquence du rayonnement ultraviolet, nocive pour les organismes vivants. À la limite extérieure de l'atmosphère terrestre, le flux d'énergie rayonnante du Soleil est 1370 W/m²; (constante solaire), et le rayonnement maximum se produit à λ = 470 nm(bleu). Le flux atteignant la surface de la Terre est nettement moindre en raison de l’absorption dans l’atmosphère. Dans les conditions les plus favorables (soleil au zénith), elle ne dépasse pas 1120 W/m²; (à Moscou, au moment du solstice d'été - 930 W/m²), et le rayonnement maximum se produit à λ = 555 nm(vert-jaune), ce qui correspond à la meilleure sensibilité des yeux et seulement un quart de ce rayonnement se produit dans la région des ondes longues du rayonnement, y compris le rayonnement secondaire.

Cependant, la nature de l’énergie rayonnante solaire est très différente de l’énergie rayonnante dégagée par les radiateurs infrarouges utilisés pour le chauffage des locaux. L'énergie du rayonnement solaire est constituée d'ondes électromagnétiques dont les propriétés physiques et biologiques diffèrent considérablement des propriétés des ondes électromagnétiques émanant des radiateurs infrarouges classiques, en particulier, les propriétés bactéricides et cicatrisantes (héliothérapie) du rayonnement solaire sont totalement absentes du rayonnement. sources à basse température. Et pourtant, les radiateurs infrarouges offrent la même chose effet thermique, comme le Soleil, étant la plus confortable et la plus économique de toutes les sources de chaleur possibles.

La nature des rayons infrarouges

Physicien allemand exceptionnel Max Planck, en étudiant le rayonnement thermique (rayonnement infrarouge), a découvert sa nature atomique. Rayonnement thermique- il s'agit d'un rayonnement électromagnétique émis par des corps ou des substances et résultant de son énergie interne, du fait que les atomes d'un corps ou d'une substance se déplacent plus rapidement sous l'influence de la chaleur, et dans le cas d'un matériau solide, ils vibrent plus rapidement que à l’état d’équilibre. Au cours de ce mouvement, les atomes entrent en collision, et lorsqu'ils entrent en collision, ils sont excités par un choc, suivi de l'émission d'ondes électromagnétiques.
Tous les objets émettent et absorbent continuellement de l'énergie électromagnétique. Ce rayonnement est une conséquence du mouvement continu de particules élémentaires chargées à l’intérieur de la matière. L’une des lois fondamentales de la théorie électromagnétique classique stipule qu’une particule chargée se déplaçant avec une accélération émet de l’énergie. Le rayonnement électromagnétique (ondes électromagnétiques) est une perturbation du champ électromagnétique se propageant dans l'espace, c'est-à-dire un signal électromagnétique périodique variable dans le temps dans l'espace, composé de champs électriques et magnétiques. C'est le rayonnement thermique. Le rayonnement thermique contient des champs électromagnétiques de différentes longueurs d'onde. Puisque les atomes se déplacent à n’importe quelle température, tous les corps sont à n’importe quelle température supérieure au zéro absolu. (-273°С), émettent de la chaleur. L'énergie des ondes électromagnétiques du rayonnement thermique, c'est-à-dire la force du rayonnement, dépend de la température du corps, de sa structure atomique et moléculaire, ainsi que de l'état de la surface du corps. Le rayonnement thermique se produit à toutes les longueurs d'onde - du plus court au plus long, mais seul le rayonnement thermique d'importance pratique qui se produit dans la plage de longueurs d'onde est pris en compte : λ = 0,38 – 1 000 µm(dans les parties visible et infrarouge du spectre électromagnétique). Cependant, toute la lumière n'a pas les caractéristiques du rayonnement thermique (par exemple, la luminescence), par conséquent, seul le spectre infrarouge peut être considéré comme la plage principale du rayonnement thermique. (λ = 0,78 – 1 000 µm). Vous pouvez également faire un ajout : une section avec une longueur d'onde λ = 100 – 1 000 µm, d'un point de vue chauffage - pas intéressant.

Ainsi, le rayonnement thermique est l'une des formes de rayonnement électromagnétique qui apparaît en raison de l'énergie interne du corps et a un spectre continu, c'est-à-dire qu'il fait partie du rayonnement électromagnétique dont l'énergie, lorsqu'elle est absorbée, provoque un effet thermique. . Le rayonnement thermique est inhérent à tous les corps.

Tous les corps qui ont une température supérieure au zéro absolu (-273°C), même s'ils ne brillent pas de lumière visible, sont une source de rayons infrarouges et émettent un spectre infrarouge continu. Cela signifie que le rayonnement contient des ondes de toutes les fréquences sans exception, et il est totalement inutile de parler de rayonnement à une onde particulière.

Les principaux domaines conventionnels du rayonnement infrarouge

Aujourd'hui, il n'existe pas de classification unifiée pour diviser le rayonnement infrarouge en ses zones composantes (zones). Dans la littérature technique cible, il existe plus d'une douzaine de schémas permettant de diviser la région du rayonnement infrarouge en zones constitutives, et ils diffèrent tous les uns des autres. Tous les types de rayonnements électromagnétiques thermiques étant de même nature, la classification des rayonnements par longueur d'onde en fonction de l'effet qu'ils produisent n'est que conditionnelle et est déterminée principalement par les différences de technologie de détection (type de source de rayonnement, type de compteur, sa sensibilité, etc.) et dans la technique de mesure du rayonnement. Mathématiquement, à l'aide de formules (Planck, Wien, Lambert, etc.), il est également impossible de déterminer les limites exactes des régions. Pour déterminer la longueur d'onde (rayonnement maximum), il existe deux formules différentes (température et fréquence) qui donnent des résultats différents, avec une différence d'environ 1,8 fois (c'est ce qu'on appelle la loi de déplacement de Wien) et en plus, tous les calculs sont faits pour un CORPS ABSOLUMENT NOIR (objet idéalisé), qui n'existe pas dans la réalité. Les corps réels trouvés dans la nature n'obéissent pas à ces lois et, à un degré ou à un autre, s'en écartent.">!}
Le rayonnement des corps réels dépend d'un certain nombre de caractéristiques spécifiques du corps (état de surface, microstructure, épaisseur de couche, etc.). C'est également la raison pour laquelle différentes sources indiquent des valeurs complètement différentes pour les limites des régions de rayonnement. Tout cela suggère que la température doit être utilisée pour décrire le rayonnement électromagnétique avec beaucoup de soin et avec une précision d’un ordre de grandeur. Je souligne encore une fois que la division est très arbitraire !!!

Donnons des exemples de division conditionnelle de la région infrarouge (λ = 0,78 – 1 000 µm)à des domaines individuels (informations tirées uniquement de la littérature technique de scientifiques russes et étrangers). La figure ci-dessus montre à quel point cette division est diversifiée, vous ne devez donc vous attacher à aucune d’entre elles. Il faut juste savoir que le spectre du rayonnement infrarouge peut être divisé en plusieurs sections, de 2 à 5. La région la plus proche du spectre visible est généralement appelée : proche, proche, ondes courtes, etc. La région la plus proche du rayonnement micro-ondes est lointaine, lointaine, ondes longues, etc. Selon Wikipédia, le schéma de division habituel on dirait donc : Zone proche(Proche infrarouge, NIR), Région des ondes courtes(Infrarouge à courte longueur d'onde, SWIR), Région des ondes moyennes(Infrarouge de longueur d'onde moyenne, MWIR), Région de grande longueur d'onde(infrarouge à grande longueur d'onde, LWIR), Zone lointaine(Infrarouge lointain, FIR).

Propriétés des rayons infrarouges

Rayons infrarouges- Il s'agit d'un rayonnement électromagnétique, qui a la même nature que la lumière visible, il est donc également soumis aux lois de l'optique. Par conséquent, afin de mieux imaginer le processus du rayonnement thermique, nous devrions faire une analogie avec le rayonnement lumineux, que nous connaissons et pouvons tous observer. Cependant, il ne faut pas oublier que les propriétés optiques des substances (absorption, réflexion, transparence, réfraction, etc.) dans la région infrarouge du spectre diffèrent considérablement des propriétés optiques dans la partie visible du spectre. Une caractéristique du rayonnement infrarouge est que, contrairement aux autres principaux types de transfert de chaleur, il n’est pas nécessaire de recourir à une substance intermédiaire transmettrice. L’air, et en particulier le vide, est considéré comme transparent au rayonnement infrarouge, bien que cela ne soit pas entièrement vrai pour l’air. Lorsque le rayonnement infrarouge traverse l’atmosphère (air), une certaine atténuation du rayonnement thermique est observée. Cela est dû au fait que l'air sec et propre est presque transparent aux rayons thermiques, mais s'il contient de l'humidité sous forme de vapeur, les molécules d'eau (H2O), dioxyde de carbone (CO2), l'ozone (O 3) et d'autres particules solides ou liquides en suspension qui réfléchissent et absorbent les rayons infrarouges, il devient un milieu pas entièrement transparent et, par conséquent, le flux de rayonnement infrarouge est dispersé dans différentes directions et s'affaiblit. Généralement, la diffusion dans la région infrarouge du spectre est moindre que dans le visible. Cependant, lorsque les pertes provoquées par la diffusion dans le domaine visible du spectre sont importantes, elles le sont également dans le domaine infrarouge. L'intensité du rayonnement diffusé varie en proportion inverse de la puissance quatrième de la longueur d'onde. Il n’est significatif que dans la région infrarouge des ondes courtes et diminue rapidement dans la partie du spectre des longueurs d’onde les plus longues.

Les molécules d'azote et d'oxygène présentes dans l'air n'absorbent pas le rayonnement infrarouge, mais l'atténuent uniquement par diffusion. Les particules de poussière en suspension entraînent également une diffusion du rayonnement infrarouge, et l'ampleur de la diffusion dépend du rapport entre la taille des particules et la longueur d'onde du rayonnement infrarouge. Plus les particules sont grosses, plus la diffusion est importante.

La vapeur d'eau, le dioxyde de carbone, l'ozone et d'autres impuretés présentes dans l'atmosphère absorbent sélectivement le rayonnement infrarouge. Par exemple, la vapeur d'eau absorbe très fortement le rayonnement infrarouge dans toute la région infrarouge du spectre, et le dioxyde de carbone absorbe le rayonnement infrarouge dans la région infrarouge moyen.

Quant aux liquides, ils peuvent être soit transparents, soit opaques au rayonnement infrarouge. Par exemple, une couche d’eau de plusieurs centimètres d’épaisseur est transparente au rayonnement visible et opaque au rayonnement infrarouge d’une longueur d’onde supérieure à 1 micron.

Solides(corps), à leur tour, dans la plupart des cas non transparent au rayonnement thermique, mais il y a des exceptions. Par exemple, les plaquettes de silicium, opaques dans le domaine visible, sont transparentes dans le domaine infrarouge, et le quartz, au contraire, est transparent au rayonnement lumineux, mais opaque aux rayons thermiques d'une longueur d'onde supérieure à 4 microns. C’est pour cette raison que le verre de quartz n’est pas utilisé dans les radiateurs infrarouges. Le verre ordinaire, contrairement au verre de quartz, est partiellement transparent aux rayons infrarouges ; il peut également absorber une partie importante du rayonnement infrarouge dans certaines plages spectrales, mais ne transmet pas le rayonnement ultraviolet. Le sel gemme est également transparent au rayonnement thermique. Les métaux, pour la plupart, ont une réflectivité pour le rayonnement infrarouge bien supérieure à celle pour la lumière visible, qui augmente avec l'augmentation de la longueur d'onde du rayonnement infrarouge. Par exemple, la réflectance de l'aluminium, de l'or, de l'argent et du cuivre à une longueur d'onde d'environ 10 µm atteint 98% , qui est nettement supérieure à celle du spectre visible, cette propriété est largement utilisée dans la conception de radiateurs infrarouges.

Il suffit de citer ici à titre d'exemple les châssis vitrés des serres : le verre transmet pratiquement l'essentiel du rayonnement solaire, et d'autre part, la terre chauffée émet des ondes de grande longueur (environ 10 µm), par rapport auquel le verre se comporte comme un corps opaque. Grâce à cela, la température à l'intérieur des serres est maintenue pendant longtemps, bien supérieure à la température de l'air extérieur, même après l'arrêt du rayonnement solaire.

Le transfert de chaleur radiante joue un rôle important dans la vie humaine. Une personne transfère à l'environnement la chaleur générée au cours du processus physiologique, principalement par échange de chaleur radiante et par convection. Avec le chauffage radiant (infrarouge), la composante radiante de l'échange thermique du corps humain est réduite en raison de la température plus élevée qui se produit à la fois sur la surface du dispositif de chauffage et sur la surface de certaines structures d'enceinte internes, tout en fournissant le même sensation de chaleur, la perte de chaleur par convection peut être plus importante, celles-là. La température ambiante peut être plus basse.

Ainsi, l’échange de chaleur radiante joue un rôle décisif dans la formation de la sensation de confort thermique d’une personne.

Lorsqu'une personne se trouve à portée d'un radiateur infrarouge, les rayons IR pénètrent dans le corps humain à travers la peau et différentes couches de la peau réfléchissent et absorbent ces rayons de différentes manières. Avec infrarouge la pénétration des rayons est nettement moindre par rapport à rayonnement à ondes courtes. La capacité d’absorption de l’humidité contenue dans les tissus cutanés est très élevée et la peau absorbe plus de 90 % des radiations atteignant la surface du corps. Les récepteurs nerveux qui détectent la chaleur sont situés dans la couche la plus externe de la peau. Les rayons infrarouges absorbés excitent ces récepteurs, ce qui provoque une sensation de chaleur chez une personne.

Les rayons infrarouges ont des effets à la fois locaux et généraux. Rayonnement infrarouge à ondes courtes, contrairement au rayonnement infrarouge à ondes longues, peut provoquer une rougeur de la peau au site d'irradiation, qui s'étend par réflexe sur 2 à 3 cm autour de la zone irradiée. La raison en est que les vaisseaux capillaires se dilatent et que la circulation sanguine augmente. Une ampoule peut bientôt apparaître sur le site de radiation, qui se transformera ensuite en croûte. Aussi quand on le frappe infrarouge à ondes courtes rayons vers les organes de la vision, des cataractes peuvent survenir.

Les conséquences possibles de l'exposition énumérées ci-dessus Chauffage IR à ondes courtes, ne doit pas être confondu avec impact radiateur IR à ondes longues. Comme déjà mentionné, les rayons infrarouges à ondes longues sont absorbés tout en haut de la couche cutanée et ne provoquent qu'un simple effet thermique.

L'utilisation d'un chauffage radiant ne doit pas mettre les personnes en danger ni créer un microclimat inconfortable dans la pièce.

Le chauffage radiant peut fournir des conditions confortables à des températures plus basses. Lors de l’utilisation du chauffage radiant, l’air intérieur est plus propre car la vitesse du flux d’air est plus faible, ce qui réduit la pollution par la poussière. De plus, avec ce chauffage, la décomposition des poussières ne se produit pas, puisque la température de la plaque rayonnante d'un radiateur à ondes longues n'atteint jamais la température nécessaire à la décomposition des poussières.

Plus l’émetteur de chaleur est froid, plus il est inoffensif pour le corps humain et plus une personne peut rester longtemps dans la zone d’effet du radiateur.

Le séjour prolongé d'une personne à proximité d'une source de chaleur à HAUTE TEMPÉRATURE (plus de 300°C) est nocif pour la santé humaine.

Impact du rayonnement infrarouge sur la santé humaine.

Le corps humain émet comment rayons infrarouges, et les absorbe. Les rayons IR pénètrent dans le corps humain à travers la peau, et différentes couches de la peau réfléchissent et absorbent ces rayons différemment. Le rayonnement à ondes longues pénètre beaucoup moins dans le corps humain que rayonnement à ondes courtes. L’humidité des tissus cutanés absorbe plus de 90 % des radiations atteignant la surface du corps. Les récepteurs nerveux qui détectent la chaleur sont situés dans la couche la plus externe de la peau. Les rayons infrarouges absorbés excitent ces récepteurs, ce qui provoque une sensation de chaleur chez une personne. Le rayonnement infrarouge à ondes courtes pénètre le corps le plus profondément, provoquant son échauffement maximal. En raison de cet effet, l'énergie potentielle des cellules du corps augmente et l'eau non liée les quittera, l'activité de structures cellulaires spécifiques augmente, le niveau d'immunoglobulines augmente, l'activité des enzymes et des œstrogènes augmente et d'autres réactions biochimiques se produisent . Cela s’applique à tous les types de cellules du corps et de sang. Cependant L'exposition à long terme au rayonnement infrarouge à ondes courtes sur le corps humain n'est pas souhaitable. C'est sur cette propriété qu'il repose effet de traitement thermique, largement utilisé dans les salles de physiothérapie de nos cliniques et des cliniques étrangères, et notons que la durée des procédures est limitée. Cependant, les données les restrictions ne s’appliquent pas aux radiateurs infrarouges à ondes longues. Caractéristique importante rayonnement infrarouge– longueur d'onde (fréquence) du rayonnement. La recherche moderne dans le domaine de la biotechnologie a montré qu'il est rayonnement infrarouge à ondes longues revêt une importance exceptionnelle dans le développement de toutes les formes de vie sur Terre. C’est pour cette raison qu’on l’appelle aussi rayons biogénétiques ou rayons de vie. Notre corps rayonne ondes infrarouges longues, mais lui-même a également besoin d'une alimentation constante chaleur à ondes longues. Si ce rayonnement commence à diminuer ou s'il n'y a pas de réapprovisionnement constant du corps humain, alors le corps est attaqué par diverses maladies, la personne vieillit rapidement dans le contexte d'une détérioration générale du bien-être. Plus loin rayonnement infrarouge normalise le processus métabolique et élimine la cause de la maladie, et pas seulement ses symptômes.

Avec un tel chauffage, vous n'aurez pas mal à la tête à cause de la congestion causée par l'air surchauffé sous le plafond, comme lorsque vous travaillez chauffage par convection, - lorsque vous souhaitez constamment ouvrir la fenêtre et laisser entrer de l'air frais (tout en laissant sortir l'air chauffé).

Lorsqu'il est exposé à un rayonnement infrarouge d'une intensité de 70 à 100 W/m2, l'activité des processus biochimiques dans le corps augmente, ce qui entraîne une amélioration de l'état général d'une personne. Cependant, il existe des normes et il convient de les respecter. Il existe des normes pour le chauffage en toute sécurité des locaux domestiques et industriels, pendant la durée des actes médicaux et esthétiques, pour le travail dans les ateliers CHAUDS, etc. N'oubliez pas cela. Lorsque les radiateurs infrarouges sont utilisés correctement, il n’y a COMPLÈTEMENT AUCUN impact négatif sur le corps.

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Le rayonnement infrarouge (IR) est un type de rayonnement électromagnétique qui occupe la plage spectrale entre la lumière rouge visible (INFRArouge : EN DESSOUS du rouge) et les ondes radio à ondes courtes. Ces rayons créent de la chaleur et sont scientifiquement connus sous le nom d’ondes thermiques. Ces rayons créent de la chaleur et sont scientifiquement connus sous le nom d’ondes thermiques.

Tous les corps chauffés émettent un rayonnement infrarouge, y compris le corps humain et le Soleil, qui réchauffent ainsi notre planète, donnant vie à toute vie qui s'y trouve. La chaleur que nous ressentons à proximité d'un feu ou d'une cheminée, d'un radiateur ou d'un asphalte chaud est une conséquence des rayons infrarouges.

L'ensemble du spectre du rayonnement infrarouge est généralement divisé en trois plages principales, différant par la longueur d'onde :

Longueur d'onde courte, avec longueur d'onde λ = 0,74-2,5 µm ;
Onde moyenne, avec longueur d'onde λ = 2,5-50 µm ;
Longue longueur d'onde, avec une longueur d'onde λ = 50-2000 µm.

Les rayons infrarouges proches ou à ondes courtes ne sont pas chauds du tout ; en fait, nous ne les ressentons même pas. Ces ondes sont utilisées par exemple dans les télécommandes de télévision, les systèmes d'automatisation, les systèmes de sécurité, etc. Leur fréquence est plus élevée et, par conséquent, leur énergie est supérieure à celle des rayons infrarouges lointains (longs). Mais pas au point de nuire au corps. La chaleur commence à être créée dans les longueurs d’onde de l’infrarouge moyen et nous ressentons déjà leur énergie. Le rayonnement infrarouge est également appelé rayonnement « thermique », car le rayonnement des objets chauffés est perçu par la peau humaine comme une sensation de chaleur. Dans ce cas, les longueurs d'onde émises par le corps dépendent de la température de chauffage : plus la température est élevée, plus la longueur d'onde est courte et plus l'intensité du rayonnement est élevée. Par exemple, une source de longueur d'onde de 1,1 microns correspond au métal en fusion, et une source de longueur d'onde de 3,4 microns correspond au métal en fin de laminage et de forgeage.

Nous sommes intéressés par le spectre d'une longueur d'onde de 5 à 20 microns, car c'est dans cette plage que se produit plus de 90 % du rayonnement produit par les systèmes de chauffage infrarouge, avec un pic de rayonnement de 10 microns. Il est très important que ce soit à cette fréquence que le corps humain lui-même émette des ondes infrarouges de 9,4 microns. Ainsi, tout rayonnement à une fréquence donnée est perçu par le corps humain comme apparenté et a sur lui un effet bénéfique et, plus encore, cicatrisant.

Avec une telle exposition au rayonnement infrarouge sur le corps, l’effet « d’absorption par résonance » se produit, caractérisé par l’absorption active de l’énergie externe par le corps. En conséquence, on peut observer une augmentation du taux d’hémoglobine d’une personne, une augmentation de l’activité des enzymes et des œstrogènes et, en général, une stimulation de l’activité vitale d’une personne.

L’effet du rayonnement infrarouge sur la surface du corps humain, comme nous l’avons déjà dit, est utile et en plus agréable. Souvenez-vous des premiers jours ensoleillés du début du printemps, quand après un hiver long et nuageux, le soleil est enfin apparu ! Vous sentez comment il enveloppe agréablement la zone éclairée de votre peau, de votre visage et de vos paumes. Je n’ai plus envie de porter de gants et de bonnet, malgré une température assez basse par rapport à celle « confortable ». Mais dès qu'un petit nuage apparaît, nous ressentons immédiatement un inconfort notable dû à l'interruption d'une sensation aussi agréable. C'est ce rayonnement même qui nous a tant manqué tout l'hiver, lorsque le Soleil était absent pendant longtemps, et nous avons, bon gré mal gré, réalisé notre « poste infrarouge ».

Suite à l'exposition au rayonnement infrarouge, vous pouvez observer :

Accélération du métabolisme dans le corps ;
Restauration des tissus cutanés ;
Ralentir le processus de vieillissement ;
Éliminer l'excès de graisse du corps ;
Libération de l'énergie motrice humaine ;
Augmenter la résistance du corps aux antimicrobiens ;
Activation de la croissance des plantes

et bien plus encore. De plus, l'irradiation infrarouge est utilisée en physiothérapie pour traiter de nombreuses maladies, dont le cancer, car elle favorise l'expansion des capillaires, stimule la circulation sanguine dans les vaisseaux, améliore l'immunité et produit un effet thérapeutique général.

Et cela n'est pas du tout surprenant, car ce rayonnement nous est donné par la nature comme moyen de transmettre la chaleur et la vie à tous les êtres vivants qui ont besoin de cette chaleur et de ce confort, en contournant l'espace vide et l'air comme intermédiaires.

Afin de comprendre le principe de fonctionnement des émetteurs infrarouges, il est nécessaire d'imaginer l'essence d'un phénomène physique tel que le rayonnement infrarouge.

Portée infrarouge et longueur d'onde

Le rayonnement infrarouge est un type de rayonnement électromagnétique qui occupe la plage de 0,77 à 340 microns dans le spectre des ondes électromagnétiques. Dans ce cas, la plage de 0,77 à 15 microns est considérée comme une onde courte, de 15 à 100 microns - une onde moyenne et de 100 à 340 - une onde longue.

La partie des ondes courtes du spectre est adjacente à la lumière visible et la partie des ondes longues se confond avec la région des ondes radio ultracourtes. Le rayonnement infrarouge possède donc à la fois les propriétés de la lumière visible (il se propage en ligne droite, est réfléchi, réfracté comme la lumière visible) et les propriétés des ondes radio (il peut traverser certains matériaux opaques au rayonnement visible).

Les émetteurs infrarouges avec une température de surface de 700 C à 2 500 C ont une longueur d'onde de 1,55 à 2,55 microns et sont appelés « lumière » - en longueur d'onde, ils sont plus proches de la lumière visible, les émetteurs avec une température de surface inférieure ont une longueur d'onde plus longue et sont appelés " sombre".

Sources de rayonnement infrarouge

D'une manière générale, tout corps chauffé à une certaine température émet de l'énergie thermique dans la gamme infrarouge du spectre des ondes électromagnétiques et peut transférer cette énergie par échange de chaleur radiante à d'autres corps. Le transfert d'énergie se produit d'un corps avec une température plus élevée vers un corps avec une température plus basse, tandis que différents corps ont des capacités d'émission et d'absorption différentes, qui dépendent de la nature des deux corps, de l'état de leur surface, etc.

Le rayonnement électromagnétique a un caractère quantique-photonique. Lorsqu'il interagit avec la matière, un photon est absorbé par les atomes de la substance et leur transfère son énergie. Dans le même temps, l'énergie des vibrations thermiques des atomes dans les molécules de la substance augmente, c'est-à-dire l'énergie du rayonnement se transforme en chaleur.

L'essence du chauffage radiant est que le brûleur, étant une source de rayonnement, génère, se forme dans l'espace et dirige le rayonnement thermique vers la zone de chauffage. Il tombe sur les structures d'enceinte (sols, murs), les équipements technologiques, les personnes se trouvant dans la zone d'irradiation, est absorbé par ceux-ci et les réchauffe. Le flux de rayonnement, absorbé par les surfaces, les vêtements et la peau humaine, crée un confort thermique sans augmenter la température ambiante. L'air des pièces chauffées, tout en restant presque transparent au rayonnement infrarouge, est chauffé par la « chaleur secondaire », c'est-à-dire convection des structures et des objets chauffés par rayonnement.

Propriétés et applications du rayonnement infrarouge

Il a été établi que l'exposition au rayonnement infrarouge a un effet bénéfique sur l'homme. Si un rayonnement thermique d'une longueur d'onde supérieure à 2 microns est perçu principalement par la peau et que l'énergie thermique qui en résulte est conduite à l'intérieur, alors un rayonnement d'une longueur d'onde allant jusqu'à 1,5 microns pénètre dans la surface de la peau, la chauffe partiellement, atteint le réseau de vaisseaux sanguins et augmente directement la température du sang. A une certaine intensité du flux thermique, son impact provoque une agréable sensation thermique. Lors du chauffage radiant, le corps humain libère la majeure partie de son excès de chaleur par convection vers l’air ambiant, qui a une température plus basse. Cette forme de transfert de chaleur a un effet rafraîchissant et a un effet bénéfique sur le bien-être.

Dans notre pays, l'étude de la technologie du chauffage infrarouge est réalisée depuis les années 30, tant en relation avec l'agriculture qu'avec l'industrie.

Des études médicales et biologiques menées ont permis d'établir que les systèmes de chauffage infrarouge répondent mieux aux spécificités des bâtiments d'élevage que les systèmes de chauffage central ou à air par convection. Tout d'abord, en raison du fait qu'avec le chauffage infrarouge, la température des surfaces internes des clôtures, en particulier du sol, dépasse la température de l'air ambiant. Ce facteur a un effet bénéfique sur l'équilibre thermique des animaux, éliminant les pertes de chaleur intenses.

Les systèmes infrarouges, fonctionnant en conjonction avec les systèmes de ventilation naturelle, assurent une réduction de l'humidité relative de l'air aux valeurs standard (dans les élevages porcins et les étables pour veaux jusqu'à 70-75 % et moins).

Grâce au fonctionnement de ces systèmes, les conditions de température et d'humidité dans les locaux atteignent des paramètres favorables.

L'utilisation de systèmes de chauffage radiant pour les bâtiments agricoles permet non seulement de créer les conditions microclimatiques nécessaires, mais également d'intensifier la production. Dans de nombreuses fermes de Bachkirie (ferme collective du nom de Lénine, ferme collective du nom de Nurimanov), la production de progéniture a considérablement augmenté après l'introduction du chauffage infrarouge (augmentation de 4 fois la mise bas en hiver) et la sécurité des jeunes animaux a augmenté (de 72,8% à 97,6%).

Actuellement, le système de chauffage infrarouge est installé et fonctionne depuis une saison dans l'entreprise Chuvash Broiler, dans la banlieue de Cheboksary. Selon les critiques des chefs d'exploitation, pendant la période de températures hivernales minimales de -34 à 36 °C, le système a fonctionné sans interruption et a fourni la chaleur nécessaire à l'élevage de volailles pour la viande (logement au sol) pendant une période de 48 jours. Ils réfléchissent actuellement à la question d'équiper les poulaillers restants de systèmes infrarouges.

En 1800, le scientifique William Herschel annonça sa découverte lors d'une réunion de la Royal Society de Londres. Il mesura des températures en dehors du spectre et découvrit des rayons invisibles dotés d'un grand pouvoir calorifique. Il a réalisé l'expérience en utilisant des filtres de télescope. Il a remarqué qu'ils absorbaient la lumière et la chaleur des rayons du soleil à des degrés divers.

Après 30 ans, l’existence de rayons invisibles situés au-delà de la partie rouge du spectre solaire visible était incontestablement prouvée. Le français Becquerel a appelé ce rayonnement infrarouge.

Propriétés du rayonnement IR

Le spectre du rayonnement infrarouge se compose de raies et de bandes individuelles. Mais cela peut aussi être continu. Tout dépend de la source des rayons IR. En d’autres termes, ce qui compte, c’est l’énergie cinétique ou la température d’un atome ou d’une molécule. Tout élément du tableau périodique a des caractéristiques différentes à différentes températures.

Par exemple, les spectres infrarouges des atomes excités, en raison de l'état de repos relatif du faisceau de noyaux, auront des spectres IR strictement linéaires. Et les molécules excitées sont rayées et localisées de manière aléatoire. Tout ne dépend pas seulement du mécanisme de superposition des spectres linéaires propres de chaque atome. Mais aussi de l’interaction de ces atomes entre eux.

À mesure que la température augmente, les caractéristiques spectrales du corps changent. Ainsi, les solides et liquides chauffés émettent un spectre infrarouge continu. À des températures inférieures à 300°C, le rayonnement d’un solide chauffé se situe entièrement dans la région infrarouge. L’étude des ondes IR et l’application de leurs propriétés les plus importantes dépendent de la plage de température.

Les principales propriétés des rayons IR sont l'absorption et l'échauffement supplémentaire des corps. Le principe du transfert de chaleur par les radiateurs infrarouges diffère des principes de convection ou de conduction. Étant dans un flux de gaz chauds, un objet perd une certaine quantité de chaleur tant que sa température est inférieure à la température du gaz chauffé.

Et vice versa : si des émetteurs infrarouges irradient un objet, cela ne veut pas dire que sa surface absorbe ce rayonnement. Il peut également réfléchir, absorber ou transmettre les rayons sans perte. Presque toujours, l'objet irradié absorbe une partie de ce rayonnement, en réfléchit une partie et en transmet une partie.

Tous les objets lumineux ou corps chauffés n'émettent pas d'ondes infrarouges. Par exemple, les lampes fluorescentes ou la flamme d'une cuisinière à gaz n'ont pas un tel rayonnement. Le principe de fonctionnement des lampes fluorescentes est basé sur la lueur (photoluminescence). Son spectre est le plus proche du spectre de la lumière du jour, la lumière blanche. Par conséquent, il n’y a presque aucun rayonnement IR. Et l’intensité de rayonnement la plus élevée provenant de la flamme d’une cuisinière à gaz se produit à la longueur d’onde bleue. Le rayonnement IR des corps chauffés répertoriés est très faible.

Il existe également des substances transparentes à la lumière visible, mais incapables de transmettre les rayons infrarouges. Par exemple, une couche d’eau de plusieurs centimètres d’épaisseur ne transmettra pas de rayonnement infrarouge d’une longueur d’onde supérieure à 1 micron. Dans ce cas, une personne peut distinguer à l'œil nu les objets situés en bas.