Infrarød stråling og dens anvendelser

Elektromagnetisk stråling med en bølgelengde på 0,74 mikron til 2 mm kalles i fysikken infrarød stråling eller infrarød stråling, forkortet «IR». Den okkuperer den delen av det elektromagnetiske spekteret som ligger mellom synlig optisk stråling (med opprinnelse i det røde området) og kortbølget radiofrekvensområde.

Selv om infrarød stråling praktisk talt ikke oppfattes av det menneskelige øye som lys og ikke har noen spesifikk farge, tilhører den likevel optisk stråling og er mye brukt i moderne teknologi.

Infrarøde bølger, som er karakteristiske, varmer opp kroppens overflater, og derfor kalles infrarød stråling også ofte termisk stråling. Hele den infrarøde regionen er betinget delt inn i tre deler:

• fjernt infrarødt område - med bølgelengder fra 50 til 2000 mikron;

• midt-IR-region - med bølgelengder fra 2,5 til 50 mikron;

• nær infrarød region - fra 0,74 til 2,5 mikron.

Infrarød stråling ble oppdaget på 1800-tallet.av den engelske astronomen William Herschel, og senere, i 1802, uavhengig av den engelske vitenskapsmannen William Wollaston.

IR-spektra

Atomspektre oppnådd i form av infrarøde stråler er lineære; spektra for kondensert stoff — kontinuerlig; molekylære spektre er båndet. Konklusjonen er at for infrarøde stråler, sammenlignet med de synlige og ultrafiolette områdene i det elektromagnetiske spekteret, er de optiske egenskapene til stoffer, som refleksjonskoeffisienten, transmisjon, brytning, svært forskjellige.

Mange av stoffene, selv om de overfører synlig lys, viser seg å være ugjennomsiktige for bølger i deler av det infrarøde området.

For eksempel er et lag med flere centimeter tykt vann ugjennomsiktig for infrarøde bølger lengre enn 1 mikron, og kan under noen forhold brukes som et termisk beskyttelsesfilter. Og lagene av germanium eller silisium overfører ikke synlig lys, men overfører infrarøde stråler med en viss bølgelengde godt. Langt infrarøde stråler overføres lett av svart papir og kan tjene som et filter for deres isolasjon.

De fleste metaller, som aluminium, gull, sølv og kobber, reflekterer infrarød stråling med lengre bølgelengde, for eksempel ved en infrarød bølgelengde på 10 mikron når refleksjonen fra metaller 98 %. Faste stoffer og væsker av ikke-metallisk natur reflekterer bare en del av IR-området, avhengig av den kjemiske sammensetningen til et bestemt stoff. På grunn av disse egenskapene til interaksjonen av infrarøde stråler med ulike medier, er de vellykket brukt i mange studier.

Infrarød spredning

Infrarøde bølger som sendes ut av solen som passerer gjennom jordens atmosfære, er delvis spredt og svekket av luftmolekyler og atomer. Oksygen og nitrogen i atmosfæren svekker delvis infrarøde stråler, sprer dem, men absorberer dem ikke helt, siden de absorberer en del av strålene i det synlige spekteret.

Vann, karbondioksid og ozon som finnes i atmosfæren absorberer delvis infrarøde stråler, og vann absorberer dem mest fordi dets infrarøde absorpsjonsspektra faller over hele området av det infrarøde spekteret, og absorpsjonsspektrene til karbondioksid faller bare i midtområdet. .

Lagene i atmosfæren nær jordoverflaten overfører svært lite av den infrarøde strålingen, ettersom røyk, støv og vann demper den ytterligere, og sprer energien på partiklene deres. Jo mindre partiklene er (røyk, støv, vann osv.), mindre IR-spredning og mer synlig bølgelengdespredning. Denne effekten brukes i infrarød fotografering.

Kilder til infrarød stråling

For oss som bor på jorden er solen en veldig kraftig naturlig kilde til infrarød stråling fordi halvparten av dens elektromagnetiske spektrum er i det infrarøde området. Glødelamper, det infrarøde spekteret er opptil 80% av strålingsenergien.

Kunstige kilder til infrarød stråling inkluderer også: elektrisk lysbue, gassutladningslamper og, selvfølgelig, husholdningsvarmer av varmeelementer.I vitenskapen, for å oppnå infrarøde bølger, brukes Nernst-pinnen, wolframfilamenter, samt høytrykkskvikksølvlamper og til og med spesielle IR-lasere (neodymglass gir en bølgelengde på 1,06 mikron, og en helium-neon-laser - 1,15 og 3,39 mikron, karbondioksid - 10,6 mikron).

IR-mottakere

Prinsippet for drift av infrarøde bølgemottakere er basert på konvertering av energien til den innfallende strålingen til andre former for energi tilgjengelig for måling og bruk. Den infrarøde strålingen som absorberes i mottakeren varmer det varmefølsomme elementet og en temperaturøkning registreres.

Fotoelektriske IR-mottakere genererer elektrisk spenning og strøm som svar på en spesifikk smal del av IR-spekteret som de er designet for å fungere for, det vil si at IR-fotoelektriske mottakere er selektive. For IR-bølger i området opp til 1,2 μm utføres fotografisk registrering ved bruk av spesielle fotografiske emulsjoner.

Infrarød stråling er mye brukt innen vitenskap og teknologi, spesielt for å løse praktiske forskningsproblemer. Absorpsjons- og emisjonsspektrene til molekyler og faste stoffer som akkurat faller inn i det infrarøde området studeres.

Denne tilnærmingen til forskning kalles infrarød spektroskopi, som gjør det mulig å løse strukturelle problemer ved å utføre kvantitativ og kvalitativ spektralanalyse. Det fjerne infrarøde området inneholder utslipp forårsaket av overganger mellom atomære underplan. Takket være IR-spektra kan du studere strukturene til elektronskallene til atomer.

Og dette er ikke å nevne fotografering, når det samme objektet først fotografert i det synlige og deretter i det infrarøde området vil se annerledes ut, fordi på grunn av forskjellen i overføring, spredning og refleksjon for forskjellige områder av det elektromagnetiske spekteret, noen elementer og detaljer i en uvanlig fotoopptaksmodus kan det mangle helt: i et vanlig bilde vil noe mangle, og i et infrarødt bilde vil det bli synlig.

Industriell og forbrukerbruk av infrarød stråling kan ikke undervurderes. Den brukes til tørking og oppvarming av ulike produkter og materialer i industrien. I hus er lokalene oppvarmet.

Elektro-optiske transdusere bruker fotokatoder som er følsomme i det infrarøde området av det elektromagnetiske spekteret, slik at du kan se det som er usynlig for det blotte øye.

Nattsynsapparater lar deg se i mørket på grunn av bestråling av gjenstander med infrarøde stråler, infrarøde kikkerter - for nattobservasjon, infrarøde sikter - for å sikte i fullstendig mørke osv. Forresten, ved hjelp av infrarød stråling kan du kan gjengi den nøyaktige målerstandarden.

Svært følsomme mottakere av IR-bølger gjør det mulig å bestemme retningen til forskjellige objekter ved deres termiske stråling, for eksempel fungerer missilstyringssystemer, som i tillegg genererer sin egen IR-stråling.

Avstandsmålere og lokalisatorer basert på infrarøde stråler gjør det mulig å observere noen objekter i mørket og måle avstanden til dem med høy nøyaktighet. IR-lasere brukes i vitenskapelig forskning, for å undersøke atmosfæren, for romkommunikasjon og mer.