أطوال موجات الأشعة تحت الحمراء المفضلة للتدفئة المريحة

AUTHOR	تاريخ الإنشاء	VERSION	رقم المستند
الدكتور جيرارد ماكجرانجان	١٩ أكتوبر ٢٠٢٣	V1.1	CC11 - 00041

المُقدّمة

هذه الوثيقة عبارة عن مسح قصير للمعلومات المتعلقة بتسخين الأشعة تحت الحمراء للإنسان والحيوان ، وتسمى عادة التدفئة المريحة. وهو يشرح الأساس المنطقي العلمي وراء استخدام الأشعة تحت الحمراء متوسطة وطويلة الموجة عند استخدامها لتدفئة مريحة.

يستخدم الأشعة تحت الحمراء للتدفئة مريحة لتسخين البشر والحيوانات. يتعرض البشر والحيوانات للأشعة تحت الحمراء كل يوم تقريبًا عبر الشمس ، وقد طوروا آليات خاصة داخل بشرتهم لتحقيق أقصى استفادة من هذا المصدر. يجب مراعاة المعرفة بهذه الآليات والخصائص عند اختيار نوع السخان للتدفئة المريحة. على الرغم من الشدة العالية والتأثير القوي للتدفئة في سخانات الموجات القصيرة ، تشرح هذه الوثيقة العيوب والمشاكل الصحية التي قد يسببها استخدام سخانات "الموجة القصيرة".

خلفيّة

الأشعة تحت الحمراء هي إشعاع كهرمغنطيسي غير مؤين داخل أطوال موجات 780nm إلى 1mm. ضمن هذا النطاق العريض ، غالباً ما يتم تقسيمه إلى ثلاث مناطق ، IR-A ، IR- B و IR-C مصنفة على النحو التالي

• IR-A: 700nm-1400nm (0.7μm-1.4μm)
• IR-B: 1400nm-3000nm (1.4μm-3μm)
• IR-C: 3000nm-1mm (3μm-1000μm)

تسبب الأشعة تحت الحمراء تأثيرًا للتسخين عندما تضرب سطحًا ، وفي حالة تسخين مريح يكون هذا هو الجلد عادة. ومع ذلك ، لا يتم تحويل كل الأشعة تحت الحمراء إلى حرارة. كل الأشعة تحت الحمراء يمكن أن يكون

• يمتص
• أحال
• انعكست

يعتمد مقدار كل منها على خصائص السطح والمواد. لن يتم تحويل الأشعة تحت الحمراء المنعكسة إلى حرارة ، بينما يتم تحويل الأشعة تحت الحمراء التي يتم امتصاصها إلى حرارة مباشرة. قد يتم تحويل الأشعة تحت الحمراء التي يتم إرسالها جزئيًا إلى حرارة اعتمادًا على سمك الهدف ، ومقدار الإشعاع الذي يمكن أن يمر. الأطوال الموجية الأقصر تكون عادةً أكثر انتقائية وبالتالي تغلغل ، في حين أن طاقة الأشعة تحت الحمراء المتوسطة والطويلة تخترق عادةً طاقة أقل لتحويل معظم طاقتها إلى حرارة في المنطقة السطحية الصغرى.

امتصاص

فيما يتعلق بجسم الإنسان ، يعتمد الامتصاص بشكل كبير على خصائص الجلد. يمتص الجلد بشكل أساسي بسبب نسبة 80٪ منه أو نحو ذلك ، لذلك يحتوي على طيف امتصاص مثل الماء (Robinson 2014). كما هو موضح في الشكل 1 أدناه ، من بين النطاقات الثلاثة ذات الأهمية البيولوجية ، تتمتع IR-A و IR-B بامتصاص أقل مقارنة مع IR-C. هذا يعني أن الجلد البشري يمتص IR-C و IR-B اللذين يحدثان في أطوال موجية أطول. هذا يترجم إلى تسخين أكثر كفاءة للبشر عبر عصابات الموجة الطويلة والمتوسطة. بالطبع ، لا يزال استخدام السخان الذي يوفر IR-A يسخن البشرة ، لكنه سيكون أقل كفاءة لأن الجلد لا يمتص كذلك.

انعكاسية

يمكن أن يعكس الجلد إشعاع الأشعة تحت الحمراء وكذلك يعتمد هذا مرة أخرى بقوة على طول الموجة. كما هو موضح في الشكل 2 ، يكون للجلد انعكاس عالٍ في النطاقين المهمين من الناحية البيولوجية IR-A وهذا ينخفض ​​وينخفض ​​في النطاقين IR-B و IR-C.

هذا يعني أنه من بين جميع الأشعة تحت الحمراء التي تصيب الجلد ، ستنعكس نسبة كبيرة من الأشعة تحت الحمراء (إشعاع الموجات القصيرة) وبالتالي لن تتسبب في التسخين.

لذلك تساعد الأشعة تحت الحمراء في الأطوال الموجية الأطول بشكل إيجابي مع الامتصاص العالي والانعكاس المنخفض ، وهما من الخصائص الأساسية اللازمة للتدفئة الفعالة للهدف. على العكس ، لا يتم امتصاص الأشعة تحت الحمراء في الأطوال الموجية الأقصر جيدًا وينعكس ذلك على سطح الجلد.

انتقال

أخيرًا ، يمكن للبشرة أن تنقل الإشعاع أيضًا ومرة ​​أخرى دالة الطول الموجي. في الواقع ، بالنسبة إلى الأشعة تحت الحمراء القريبة (~ 1.2 μm أي قريبة من نهاية IR-A) ، يمكن أن يصل حوالي 65٪ من الأشعة تحت الحمراء إلى الأدمة (Schroeder et al. 2008). ما وراء 2 them الجلد غير شفاف. في الواقع ، على الرغم من حقيقة أن الجلد سيتم تسخينه بواسطة IR-A الذي يتغلب على الانعكاسية العالية للجلد ، فإن الأشعة تحت الحمراء القريبة قد تكون أكثر خطورة من الأشعة تحت الحمراء المتوسطة والبعيدة لأنها يمكن أن تخترق المنطقة الجلدية من الجلد وتسبب إصابة أكبر.

لذلك ، يحتوي IR-C ذو الأهمية البيولوجية على امتصاص عالٍ ، وانعكاسية منخفضة ، ونفاذية منخفضة ، وكل ذلك لصالح تسخين الجلد ، والذي ينقل الحرارة في النهاية إلى داخل الجسم عن طريق الانتشار في الأنسجة الداخلية الأكثر برودة. إنه أيضًا نطاق الموجات الأكثر أمانًا ، ولهذا السبب عادةً ما تهدف الراحة IR إلى أطوال الموجات الطويلة (بشكل مريح في منطقتي IR-B و IR-C)

صحة الإنسان

بصرف النظر عن الخطر المباشر للتلامس مع الباعث الساخن نفسه ، فإن الأشعة تحت الحمراء ذات الموجات القصيرة عالية الكثافة قد تسبب حروقًا حرارية إذا كان الجلد يتلقى الكثير من التعرض لفترة طويلة جدًا أو إذا كانت وحدة التسخين في وضع قريب جدًا من الهدف. تُعرف تأثيرات الشيخوخة هذه بأذرع Bakers ووجوه المنافيخ الزجاجية (Cho et al 2009). يمكن أن يحدث تلف العين على مدى فترة طويلة من الوقت لذلك ينصح باستخدام النظارات أو الحدود الزمنية (Voke 1999). بالقرب من الأشعة تحت الحمراء مسؤولة عن التقاط الصور للجلد (Schroeder et al. 2008) ، حيث يؤدي التعرض لـ IR-A إلى إحداث تأثيرات بيولوجية مشابهة لضوء الأشعة فوق البنفسجية (Schroeder et al 2009). لذلك ، إن أمكن ، يجب استخدام IR- B و IR-C كبديلين لا يكون لهما هذه الآثار الضارة.

نظرًا للأسباب المذكورة أعلاه بشأن القيود الطبيعية لجسم الإنسان تجاه IR-A ، من المفيد التركيز على نطاقات IR-B الإعلانية IR-C متوسطة المدى بأطوال موجية بين أطياف 3-10. يتم وضع الإخراج الطيفي لسخانات السيراميك في وضع جيد للغاية لمثل هذه المهام (انظر الشكل 4 أدناه)

نبذة عامة

يتم امتصاص الأشعة تحت الحمراء أو نقلها أو تنعكس اعتمادا على خصائص السطح. في حالة البشر أو الحيوانات ، هذا السطح هو الجلد. تطورت البشرة التي تغطي جسم الإنسان من الامتصاص والانتقال والخصائص العاكسة ربما كنتيجة للتعرض لأشعة الشمس. تطورت خصائص الدفاع الطبيعي مثل الامتصاص المواتي للأشعة تحت الحمراء ذات الموجة الطويلة والانعكاس العالي للموجة القصيرة للأشعة تحت الحمراء. بالإضافة إلى ذلك ، توصلت الدراسات الحديثة إلى أن الأشعة تحت الحمراء القصيرة (IR-A) تلحق الضرر بالبشرة مما يؤدي إلى الشيخوخة المبكرة. الأشعة تحت الحمراء في النطاقين IR-B و IR-C ليس لها مثل هذه الآثار الضارة ويجب تفضيلها.

يرجى الملاحظة: يمكن شراء منتجات التدفئة المريحة بالأشعة تحت الحمراء من هيرشل الأشعة تحت الحمراء.

مراجع حسابات

بيتر شرودر ، جوديث هاندلر ، جان كروتمان ، دور الأشعة تحت الحمراء القريبة في تصوير الجلد ، علم الشيخوخة التجريبي ، المجلد 43 ، العدد 7 ، يوليو 2008 ، الصفحات 629-632 ، ISNN 0531 ،

المراسلات الشخصية. أستاذ أنتوني روبنسون ، قسم الهندسة الميكانيكية والتصنيع ، كلية ترينيتي ، دبلن 2.

Soyun Cho، Mi Hee Shin، Yeon Kyung Kim، Jo-Eun Seo، Young Mee Lee، Chi-Hyun Park and Jin Ho Chung، Effects of Infrared Radiation and Heat on Human Human Ageing in vivo ، مجلة إجراءات ندوة الأمراض الجلدية الاستقصائية 2009 14، 15 – 19 ،

Schroeder P، Calles C، Krutmann J. الوقاية من الأشعة تحت الحمراء - الإشعاع بوساطة الآثار الضارة في جلد الإنسان. رسائل علاج الجلد. 2009 يونيو ؛ 14 (5): 4-5.

د.جانيت فوك ، تأثيرات الإشعاع على العين ، الجزء الأول - تأثيرات الأشعة تحت الحمراء على أنسجة العين ، قياس البصر اليوم ، مايو 1