3. Тепловое излучение. Источники ик излучения.

ПРОПУСКАНИЕ АТМОСФЕРЫ В ИК ДИАПАЗОНЕ

ИК лучи представляют собой электромагнитное излучение с длиной волны от 0,76 мкм примерно до 700 мкм. ИК-излучение еще называют тепловым излучением (тепловыми лучами).

Среди ИК-спектров различают линейчатые, полосатые и непрерывные.

Линейчатые (атомные) ИК-спектры испускают возбужденные атомы и молекулы при переходах между близко расположенными электронными уровнями энергии.

Полосатые (молекулярные) ИК-спектры возникают при переходах между колебательными и вращательными уровнями энергии молекул.

Непрерывный ИК-спектр излучают все нагретые тела. Например, максимум теплового излучения тела человека приходится на длину волны 10 мкм (средняя область ИК). Непрерывный (сплошной) спектр обусловлен тем, что в конденсированном состоянии в жидкостях и твердых телах происходит сильное взаимодействие молекул и атомов, что приводит к размытию дискретных энергетических уровней и образованию сплошных спектров излучения.

Источники ИК-излучения.

1) Естественные. Гл. ист. - Солнце. При температуре внешней поверхности Солнца 6000 К примерно 50% энергии излучения приходится на ИК-диапазон. Так же это действующие вулканы, термальные воды, процессы тепломассопереноса в атм-ре, все нагретые тела, лесные пожары и т.п.

Поверхность Земли испускает тепловое излучение в диапазоне длин волн примерно от 3 до 80 мкм.

2) Техногенные. Лампа накаливания (макс излучения приходится на длину волны 1,2 мкм), газоразрядные лампы, угольная электрическая дуга, электрические спирали из нихромовой проволоки, нагреваемые пропускаемым током, электронагревательные приборы, плазменные установки, любые печи, электропечи, электротехнические устройства с неизбежным превращением доли электрической энергии в тепловую, ДВС, электродвигатели, ракетные и авиационные двигатели, МГД-генераторы, реакторы атомных станций и т.д. К числу когерентных техногенных источников с узкой полосой ИК-излучения относятся ИК-лазеры.

Пропускание атмосферы в ИК-диапазоне.

Коэффициент пропускания К оптического излучения в какой-либо среде можно в общем виде определить по формуле закона Бугера-Ламберта: К=ехр(fL)

Где f – коэффициент экстинкции (ослабления); L – длина пути, пройденного излучением.

Коэффициент экстинкции (ослабления) равен сумме коэффициентов поглощения и рассеяния, измеряется в обратных единицах длины (см^-1, м^-1 и т.п.). при взаимодействии излучения с атмосферной средой происходят в основном процессы поглощения и рассеяния.

Пары воды, молекулы СО₂, О₃ и другие примеси, имеющиеся в атмосфере, селективно поглощают ИК-излучение. Особенно интенсивно поглощают ИК-излучение пары воды. Например, слой воды в несколько сантиметров является непрозрачным для ИК-излучения с длиной волны более 1 мкм. Поэтому слой воды можно использовать в качестве теплозащитного экрана (фильтра), что и

применяется при тушении пожаров. Молекулы азота, кислорода ослабляют ИК-излучение за счет молекулярного рассеяния, которое значительно интенсивнее в видимом и УФ-диапазонах. Этим объясняется голубой цвет неба, поскольку УФ компонента видимого света рассеивается интенсивнее, чем другие виды волн видимого диапазона.

Рассеяние и поглощение ИК-излучения аэрозольными образованиями зависит от размера и химического состава частиц, их концентрации, длины волны излучения, географического положения (над морем или над континентом, на экваторе или на высоких широтах) и от других многих факторов и параметров.

В результате влияния всех этих процессов ИК-излучение, проходя через атмосферу и достигая земной поверхности, ослабевает.

Изучение свойств земной атмосферы с точки зрения ее прозрачности в ИК-диапазоне (как и для видимого и УФ-диапазонов) имеет большое значение для радиационного и теплового баланса при обмене между падающими на Землю солнечным излучением и ИК-излучением, испускаемым ею в космос (обратное излучение Земли). Так же изучение пропускания атмосферы в ИК диапазоне важно для связи, локации планет, медицины, экологии, сельского хозяйства, метеорологии, биофизики и т.д.