Promieniowanie ultrafioletowe i podczerwone

PROMIENIOWANIE ULTRAFIOLETOWE

Co to jest promieniowanie ultrafioletowe?

Promieniowanie ultrafioletowe jest niewidzialnym promieniowaniem elektromagnetycznym o długości fali od 400 nm do 10 nm. W zależności od długości fal wyróżnia się promieniowanie typa A (UVA), typu B (UVB) i typu C (UVC).

Ultrafiolet ma najistotniejszy wpływ na naszą skórę i proces opalania. Promieniowanie UVC jest prawie całkowicie pochłaniane przez warstwę ozonową atmosfery, otaczającą kulę ziemską, tak więc promienie UVC nie występują w świetle słonecznym docierającym do powierzchni Ziemi. Promienie UVB stanowią 5 % całego promieniowania ultrafioletowego dociera-jącego do powierzchni Ziemi. Jest ono odpowiedzialne za pojawianie się rumienia i oparzeń słonecznych, a także powoduje pigmentację czyli efekt opalonej skóry. Promie-niowanie UVA stanowi 95 % całego promieniowania ultra-fioletowego docierającego do powierzchni Ziemi. Nie po-woduje powstawania rumie-nia i poparzeń, natomiast powoduje pigmentację skóry czyli opaleniznę oraz jak się okazało w ostatnim czasie to ono jest głównie odpowiedzialne za tzw. fotostarzenie się oraz zmiany nowotworowe skóry.

Historia promieniowania ultrafioletowego

Promieniowanie nadfioletowe odkryli w 1801 roku J. Ritter i W.H. Wollaston badając rozszczepione w pryzmacie światło słoneczne.

Żródła i sposoby wytwarzania

Promieniowanie ultrafioletowe emituje każde ciało rozgrzane do bardzo wysokiej temperatury. Jest emitowane zarówno przez Słońce, którego temperatura wynosi ok. 6000oC jak i przez łuk elektryczny, powstający podczas spawania. Przed krótkimi, bardzo niebezpiecznymi dla zdrowia i życia falami ultrafioletowymi emitowanymi przez Słońce, chroni nas atmosfera, która przepuszcza jedynie fale dłuższe niż 240 nm. Do detekcji promieniowania nadfioletowego wykorzystuje się: fotoogniwa, fotopowielacze, przetworniki promieniowania. Dzięki dużej energii fotonów promieniowania nadfioletowego pochłaniane przez substancję może wyraźnie wpływać na jej właściwości fizyczne i chemiczne. Najsilniejszym naturalnym źródłem promieniowania nadfioletowego jest Słońce. Do powierzchni Ziemi dociera jednak nieznaczna jego część w wyniku silnego pochłaniania, jakiemu ulega to promieniowanie w atmosferze ziemskiej, głównie dzięki zawartemu w niej ozonowi (stąd niezmiernie ważnym problemem jest zapobieganie obserwowanemu od pewnego czasu zmniejszaniu się całkowitej zawartości ozonu w atmosferze). Udział promieniowania nadfioletowego w świetle słonecznym zależy od: szerokości geograficznej (największy jest między 30 szerokości pd. a 30 szerokości pn.), wysokości położenia Słońca na niebie, wysokości n.p.m. (na każde 1000 m przybywa 15% promieniowania nadfioletowego), stopnia czystości powietrza, ilości promieniowania odbitego (od śniegu, powierzchni wody, piasku, chmur typu cumulus). Najbardziej rozpowszechnionymi sztucznymi źródłami promieniowania nadfioletowego są lampy wyładowcze.

Natura i własności

Promieniowanie ultrafioletowe nie jest rejestrowane przez oko ludzkie, ani odczuwane przez
zakończenia nerwowe skóry, tak jak to było przy falach widzialnych. Niemniej jednak możemy w sposób pośredni stwierdzić istnienie tego promieniowania - pod jego wpływem ciemnieje skóra, pojawia się opalenizna. Fale ultrafioletowe wywołują fluorescencję, fotoluminescencję, odznaczają się silnym działaniem fotochemicznym i dużą aktywnością biologiczną. Silnie oddziaływują na błony fotograficzne, a pochłaniane są przez powietrze. Powodują opalenie skóry, wytwarzając jednocześnie w organiźmie witaminę D. Są one szkodliwe dla oczu, toteż na źródła promieni nadfioletowych należy patrzeć przez szkła ochronne. Promienie te załamują się silniej niż fioletowe, ponieważ mają mniejszą długość fali. Są bardzo przenikliwe, jonizują powietrze i wywołują zjawisko fotoelektryczne. Promieniowanie ultrafioletowe jest częścią promieniowania słonecznego. Działa mutagennie, powodując łączenie wiązaniami kowalencyjnymi dwóch zasad pirymidynowych leżących obok siebie w jednym łańcuchu DNA. Nasze komórki bezustannie naprawiają uszkodzenia DNA powodowane przez ten rodzaj promieniowania.

Promieniowanie UVB jest najsilniejsze w godzinach od 10 rano do 3 po południu, w okresie letnim jego natężenie jest najwyższe. Jest ono filtrowane przez chmury i szyby okienne lub samochodowe, tak więc w pochmurne dni oraz podczas pobytu w pomieszczeniach lub samochodzie dociera do nas mniejsza dawka promieni UVB. Natężenie promieniowanie UVA jest takie samo przez cały dzień, niezależnie od pogody oraz pory roku, czyli zimą jest równie intensywne jak latem. Nie zatrzymują go ani chmury, szyby okienne czy samochodowe czyli nawet siedząc w samochodzie lub w nasłonecznionym pokoju, bądź w pochmurny dzień latem czy zimą jesteśmy poddani działaniu takiej samej dawki promieni UVA. Ponieważ promienie UVB posiadają krótszą długość fali (280 - 320 nm), nie wnikają głęboko w skórę, głównie tylko do poziomu naskórka. Jest ono odpowiedzialne za rumień posłoneczny i poparzenia skóry, gdyż mimo krótszej długości fali promienie te posiadają wyższą energię w porównaniu z promieniami UVA.
Promieniowanie ultrafioletowe powoduje obniżenie odporności immunologicznej organizmu, przez co także przyczynia się do zmian nowotworowych, nie tylko skóry, ale także innych organów. Może być jednym z powodów zaćmy-choroby oczu. Przyczynia się do pojawiania się reakcji fotouczulających. Jest główną przyczyną fotostarzenia się skóry.

Zastosowanie

Promienie ultrafioletowe znajdują zastosowanie w lampach wyładowczych np. w neonach. Barwa światła takiej lampy zależy od gazu, który jest wewnątrz. Kiedy między elektrodami takiej lampy płynie prąd elektryczny, następuje emisja promieniowania ultrafioletowego w postaci światła o odpowiednim kolorze. Podział promieniowania ultrafioletowego na UVA, UVB i UVC dotyczy także zastosowania poszczególnych typów tego rodzaju promieniowania elektromagnetycznego. Promieniowanie ultrafioletowe powoduje pigmentację czyli efekt opalonej skóry.

W lampie jarzeniowej rura wyładowcza wypełniona jest parami rtęci. Kiedy prąd elektryczny płynie przez pary rtęci, zaczyna wydobywać się promieniowanie ultrafioletowe. Promieniowanie pada na luminofor, którym pokryta jest rura od wewnątrz, i pobudza go do świecenia przez fluorescencję. Promieniowanie UVC wykorzystuje się na przykład w warunkach laboratoryjnych do sterylizacji czyli odkażania i zabijania chorobotwórczych mikroorganizmów jak np. bakterii.

Wiadomo, że gdyby nie Słońce życie na Ziemi nie byłoby możliwe. Każdy wie już z własnego doświadczenia, że słońce poprawia nastrój, pomaga zwalczyć zimową depresję, poza tym polepsza działanie układu krążenia. Latem, kiedy słońca mamy pod dostatkiem, stajemy się bardziej radośni i pozytywnie nastawieni do życia. Promienie świetlne stymulują szyszynkę i pobudzają ją do wydzielania serotoniny - hormonu dobrego samopoczucia. Dzięki swoim właściwościom promieniowanie nadfioletowe jest wykorzystywane m.in. w technice oświetleniowej (świetlówki), w analizie luminescencyjnej, w badaniach nieniszczących, do sterylizacji pomieszczeń, w biologii w badaniach mikroskopowych tkanek i komórek, w kryminalistyce, muzealnictwie, w przemyśle do przyspieszania procesów polimeryzacji tworzyw sztucznych.

PROMIENIOWANIE PODCZERWONE

Co to jest promieniowanie podczerwone?

Promieniowanie podczerwone jest termicznym promieniowaniem elektromagnetycznym o długości fali z zakresu od 1 mm do 800 nm. Emitowane jest przez wzbudzone atomy przy przejściach między bliskimi poziomami elektronowymi. Podczerwień dzieli się na trzy podzakresy tj.: podczerwień bliską λ = 0,74 - 2,5 μm, podczerwień średnią λ = 2,5 - 50 μm i podczerwień daleką λ = 50 - 2000 μm.

Historia promieniowania podczerwonego

Promieniowanie podczerwone zostało odkryte przez angielskiego astronoma Herschela. W trakcie badań światła słonecznego, uczony postanowił sprawdzić, w jaki sposób różne barwy rozszczepionego przez pryzmat światła ogrzewają jednakowe ter-mometry.
Okazało się, że temperatura termometru umieszczonego przypadkowo poniżej bar-wy czerwonej wzrasta szyb-ciej niż dla czerwieni i innych barw. Na termometr musiało padać jakieś niewidoczne promieniowanie powodujące wzrost temperatury. Ten nowy rodzaj promieniowania został nazwany podczerwonym.

Źródła i sposoby wytwarzania

Promieniowanie podczerwone jest niewidzialne dla oka, jest jednak odczuwalne w postaci ciepła. Naturalnymi źródłami promieniowania podczerwonego są wszystkie ciała ogrzane, także ciało człowieka czy Słońce. Kiedy ciepłe i gorące przedmioty oddają ciepło przez promieniowanie, wysyłają promienie podczerwone. Pilot do zdalnego sterowania magnetowidem i telewizorem używa słabej wiązki promieni podczerwonych do przekazywania sygnałów sterujących zestawem. Ponadto źródłami promieniowania podczerwonego są także lampy żarowe wysokiej mocy, czy kwarcowe wysokociśnieniowe lampy rtęciowe. Podczerwień wysyła także nagrzana ziemia.

Natura i własności

Promieniowanie podczerwone zachowuje się jak promieniowanie świetlne. Rozchodzi się w próżni, może być rejestrowane za pomocą aparatu fotograficznego, można je skupić za pomocą zwierciadeł. Promieniowanie podczerwone, tak jak światło, wychodzi z ogniska zwierciadła, odbija się od niego i biegnie równoległą wiązką, by po powtórnym odbiciu od drugiego zwierciadła znowu skupić się w jego ognisku. Podczerwień jest mało rozpraszana i absorbowana przez mgłę, ponieważ posiada większą długość fal niż promienie świetlne. Zdjęcia wykonane za pomocą podczerwonych filtrów, na specjalnych błonach fotograficznych, pokazują wiele niewidocznych dla oka szczegółów zamglonego krajobrazu. Atmosfera ziemska przepuszcza podczerwień w zakresie 400-700 nm. Promienie podczerwone są silnie pochłaniane przez niektóre składniki atmosfery (para wodna i dwutlenek węgla).

Promieniowanie podczerwone załamuje się w pryzmacie słabiej niż światło czerwone, widoczne przy rozszczepieniu światła białego w pryzmacie. Widma emisyjne par i gazów jednoatomowych mają linie widmowe w części podczerwonej, tak samo jak widmo wodoru.
Pomiary energii emitowanej przez gorące ciała stałe w różnych zakresach długości fali pozwalają stwierdzić, że energia ta ma wartość maksymalną dla pewnej długości fali, zależnej od temperatury ciała stałego. Okazuje się, że odpowiadająca maksimum energii długość fali jest odwrotnie proporcjonalna do temperatury ciała (w skali Kelwina). Jest to tzw. prawo Wiena. Każde rozgrzane ciało emituje energię; im niższa jest temperatura ciała, tym większa jest długość fali odpowiadająca maksimum energii. Każde ciało emituje promieniowanie, niekiedy o fali bardzo długiej, przypadającej nie na widzialny zakres widma, lecz na zakres dalekiej podczerwieni czy fal radiowych.

Zastosowanie

Zastosowanie podczerwieni jest bardzo duże. Dioda krzemowa wykorzystująca promienie podczerwone znalazła zastosowanie w termometrach elektronicznych jako czujnik termoelektryczny. W termometrze takim, każda zmiana fali podczerwonej powoduje zmianę oporu elementu elektronicznego. Jeszcze większą czułość posiadają wszelkiego rodzaju fotodetektory. Podczerwień znalazła ogromne zastosowanie we wszelkiego rodzaju sprzęcie wojskowym np. systemy naprowadzania rakiet krótkiego i średniego zasięgu. Każde urządzenie będące w ruchu wysyła fale podczerwone. Podczerwień pozwala widzieć w ciemności dzięki wykorzystaniu do tego celu noktowizorów.

Detektory piroelektryczne będące świetnym czujnikiem ruch wykorzystuje się do budowy systemów alarmowych i przekaźnikowych umożliwiając np. włączanie oświetlenia tylko w momencie wykrycia ruchu. W dziedzinie informatyczno - telekomunikacyjnej zastosowanie odbiorników i nadajników IR umożliwia transfery danych bez konieczności połączenia kablowego. Termometry IR (wirometry) pozwalają mierzyć temperaturę bez bezpośredniego kontaktu z przedmiotem. W technice kryminalistyki fale podczerwone wykrywają fałszywe dokumenty i dzieła sztuki. Promieniowanie podczerwone wykorzystywane jest przy robieniu zdjęć astronomicznych, gdyż podczerwień doznaje mniejszego osłabienia niż widmo widzialne przy przechodzeniu przez warstwę chmur.

Do wykrywania promieniowania podczerwonego służą detektory podczerwieni (termiczne, radiacyjne, bolometry, detektory piroelektryczne, detektory pneumatyczne, i fotonowe). Badanie widm promieniowania podczerwonego znajduje zastosowanie przy określaniu struktury cząsteczek i analizie chemicznej. Ponadto promieniowanie podczerwone wykorzystuje się w celach leczniczych (diatermia krótkofalowa), w biologii (mikroskopia w podczerwieni), w termolokacji, do obserwacji w ciemności (noktowizor), do suszenia, ogrzewania, fotografowania m.in. w astrofizyce, także do fotografii lotniczej. Promieniowanie podczerwone doznaje mniejszego osłabienia niż widzialne przy przechodzeniu przez warstwę chmur i mgłę, co pozwala na fotografowanie przedmiotów położonych w znacznej odległości. Na wykorzystaniu promieniowania podczerwonego oparte jest działanie kamery termowizyjnej.