Infracrveno zračenje i njegova primjena

Elektromagnetsko zračenje valne duljine od 0,74 mikrona do 2 mm u fizici se naziva infracrveno zračenje ili infracrvene zrake, skraćeno «IR». Zauzima onaj dio elektromagnetskog spektra koji se nalazi između vidljivog optičkog zračenja (koje potječe iz crvenog područja) i kratkovalnog radiofrekvencijskog područja.

Iako infracrveno zračenje ljudsko oko praktički ne percipira kao svjetlost i nema određenu boju, ono ipak spada u optičko zračenje i naširoko se koristi u modernoj tehnologiji.

Infracrveni valovi, koji su karakteristični, zagrijavaju površine tijela, zbog čega se infracrveno zračenje često naziva i toplinskim zračenjem. Cijelo infracrveno područje uvjetno je podijeljeno u tri dijela:

• daleko infracrveno područje — s valnim duljinama od 50 do 2000 mikrona;

• srednje IR područje — s valnim duljinama od 2,5 do 50 mikrona;

• blisko infracrveno područje — od 0,74 do 2,5 mikrona.

Infracrveno zračenje otkriveno je 1800-ih.engleski astronom William Herschel, a kasnije, 1802., neovisno o tome engleski znanstvenik William Wollaston.

IR spektri

Atomski spektri dobiveni u obliku infracrvenih zraka su linearni; spektri kondenzirane tvari — kontinuirani; molekularni spektri su prugasti. Zaključak je da su za infracrvene zrake, u usporedbi s vidljivim i ultraljubičastim područjem elektromagnetskog spektra, optička svojstva tvari, kao što su koeficijent refleksije, transmisije, refrakcije, vrlo različita.

Mnoge tvari, iako propuštaju vidljivu svjetlost, ispadaju neprozirne za valove u dijelu infracrvenog raspona.

Na primjer, sloj vode debljine nekoliko centimetara neproziran je za infracrvene valove dulje od 1 mikrona, te se pod nekim uvjetima može koristiti kao toplinski zaštitni filter. A slojevi germanija ili silicija ne propuštaju vidljivu svjetlost, ali dobro propuštaju infracrvene zrake određene valne duljine. Daleke infracrvene zrake lako propušta crni papir i može poslužiti kao filter za njihovu izolaciju.

Većina metala, kao što su aluminij, zlato, srebro i bakar, reflektiraju infracrveno zračenje veće valne duljine, na primjer, na infracrvenoj valnoj duljini od 10 mikrona, refleksija od metala doseže 98%. Krutine i tekućine nemetalne prirode odražavaju samo dio IR raspona, ovisno o kemijskom sastavu određene tvari. Zbog ovih značajki interakcije infracrvenih zraka s različitim medijima, uspješno se koriste u mnogim studijama.

Infracrveno raspršenje

Infracrveni valovi koje emitira Sunce prolazeći kroz Zemljinu atmosferu djelomično su raspršeni i prigušeni molekulama i atomima zraka. Kisik i dušik u atmosferi djelomično slabe infracrvene zrake, raspršuju ih, ali ih ne apsorbiraju u potpunosti, jer apsorbiraju dio zraka vidljivog spektra.

Voda, ugljični dioksid i ozon sadržani u atmosferi djelomično apsorbiraju infracrvene zrake, a najviše ih apsorbira voda jer njeni infracrveni apsorpcijski spektri padaju preko cijelog područja infracrvenog spektra, a apsorpcijski spektri ugljičnog dioksida padaju samo u srednje područje. .

Slojevi atmosfere blizu Zemljine površine propuštaju vrlo malo infracrvenog zračenja, budući da ga dim, prašina i voda dodatno prigušuju, raspršujući energiju na svoje čestice. Što su čestice manje (dim, prašina, voda itd.), manje IC raspršenje i više vidljivog raspršenja valne duljine. Ovaj se efekt koristi u infracrvenoj fotografiji.

Izvori infracrvenog zračenja

Za nas koji živimo na Zemlji Sunce je vrlo moćan prirodni izvor infracrvenog zračenja jer je polovica njegovog elektromagnetskog spektra u infracrvenom području. Žarulje sa žarnom niti, infracrveni spektar čini do 80% energije zračenja.

Također, umjetni izvori infracrvenog zračenja uključuju: električni luk, plinske žarulje i, naravno, kućanske grijače grijaćih tijela.U znanosti se za dobivanje infracrvenih valova koriste Nernst pin, volframove niti, kao i visokotlačne živine žarulje, pa čak i posebni IR laseri (neodimsko staklo daje valnu duljinu od 1,06 mikrona, a helij-neonski laser - 1,15 i 3,39). mikrona, ugljični dioksid — 10,6 mikrona).

IR prijemnici

Princip rada prijemnika infracrvenih valova temelji se na pretvaranju energije upadnog zračenja u druge oblike energije dostupne za mjerenje i korištenje. Infracrveno zračenje apsorbirano u prijemniku zagrijava termoosjetljivi element i bilježi se porast temperature.

Fotoelektrični IR prijamnici generiraju električni napon i struju kao odgovor na određeni uski dio IR spektra za koji su predviđeni da rade, odnosno IR fotoelektrični prijamnici su selektivni. Za IR valove u rasponu do 1,2 μm, fotografska registracija se provodi posebnim fotografskim emulzijama.

Infracrveno zračenje ima široku primjenu u znanosti i tehnologiji, posebice za rješavanje praktičnih istraživačkih problema. Proučavaju se apsorpcijski i emisijski spektri molekula i krutih tvari koje tek padaju u infracrveno područje.

Ovaj pristup istraživanju naziva se infracrvena spektroskopija, koja omogućuje rješavanje strukturnih problema provođenjem kvantitativne i kvalitativne spektralne analize. Daleko infracrveno područje sadrži emisije uzrokovane prijelazima između atomskih podravni. Zahvaljujući IR spektrima, možete proučavati strukture elektronskih ljuski atoma.

A o fotografiji da i ne govorimo, kada će isti objekt fotografiran najprije u vidljivom, a zatim u infracrvenom području izgledati drugačije, jer zbog razlike u transmisiji, raspršenju i refleksiji za različita područja elektromagnetskog spektra, neki elementi i detalji ne mogu se promijeniti. u neobičnom načinu snimanja fotografija može potpuno nedostajati: na običnoj fotografiji nešto će nedostajati, a na infracrvenoj fotografiji postat će vidljivo.

Industrijska i potrošačka uporaba infracrvenog zračenja ne može se podcijeniti. Koristi se za sušenje i zagrijavanje raznih proizvoda i materijala u industriji. U kućama se prostorije griju.

Elektrooptički pretvornici koriste fotokatode koje su osjetljive u infracrvenom području elektromagnetskog spektra, omogućujući vam da vidite ono što je nevidljivo golim okom.

Uređaji za noćno gledanje omogućuju vam da vidite u mraku zbog zračenja predmeta infracrvenim zrakama, infracrveni dalekozori - za noćno promatranje, infracrveni nišani - za ciljanje u potpunom mraku itd. Usput, uz pomoć infracrvenog zračenja možete može reproducirati točan standard metra.

Visoko osjetljivi prijemnici IC valova omogućuju određivanje smjera različitih objekata njihovim toplinskim zračenjem, na primjer, rade sustavi za navođenje projektila koji dodatno generiraju vlastito IC zračenje.

Daljinomjeri i lokatori temeljeni na infracrvenim zrakama omogućuju promatranje nekih objekata u mraku i mjerenje udaljenosti do njih s velikom točnošću. IR laseri se koriste u znanstvenim istraživanjima, za ispitivanje atmosfere, za svemirske komunikacije i drugo.