קרינת אינפרא אדום ויישומיה

קרינה אלקטרומגנטית באורך גל של 0.74 מיקרון עד 2 מ"מ נקראת בפיזיקה קרינה אינפרא אדומה או קרני אינפרא אדום, בקיצור "IR". הוא תופס את החלק הזה של הספקטרום האלקטרומגנטי שנמצא בין קרינה אופטית גלויה (שמקורה באזור האדום) לבין טווח תדרי הרדיו של הגלים הקצרים.

למרות שקרינת אינפרא אדום כמעט ולא נתפסת על ידי העין האנושית כאור ואין לה שום צבע ספציפי, היא בכל זאת שייכת לקרינה אופטית ונמצאת בשימוש נרחב בטכנולוגיה מודרנית.

גלי אינפרא אדום, שהם אופייניים, מחממים את משטחי הגופים, וזו הסיבה שקרינה אינפרא אדום נקראת לעתים קרובות גם קרינה תרמית. כל אזור האינפרא אדום מחולק על תנאי לשלושה חלקים:

• אזור אינפרא אדום רחוק - עם אורכי גל מ-50 עד 2000 מיקרון;

• אזור אמצע IR - עם אורכי גל מ-2.5 עד 50 מיקרון;

• אזור אינפרא אדום קרוב - מ-0.74 עד 2.5 מיקרון.

קרינת אינפרא אדום התגלתה במאה ה-18.על ידי האסטרונום האנגלי ויליאם הרשל, ומאוחר יותר, ב-1802, באופן עצמאי על ידי המדען האנגלי ויליאם וולסטון.

ספקטרום IR

הספקטרום האטומי המתקבל בצורה של קרני אינפרא אדום הן ליניאריות; ספקטרום חומר מעובה - רציף; הספקטרים ​​המולקולריים הם פסים. המסקנה היא שעבור קרני אינפרא אדום, בהשוואה לאזורים הנראים והאולטרה סגולים של הספקטרום האלקטרומגנטי, התכונות האופטיות של חומרים, כגון מקדם השתקפות, שידור, שבירה, שונות מאוד.

רבים מהחומרים, למרות שהם מעבירים אור נראה, מתגלים כאטומים לגלים בחלק מתחום האינפרא אדום.

לדוגמה, שכבת מים בעובי של מספר סנטימטרים אטומה לגלי אינפרא אדום ארוכות מ-1 מיקרון, ובתנאים מסוימים יכולה לשמש כמסנן הגנה תרמי. ושכבות הגרמניום או הסיליקון אינן מעבירות אור נראה, אלא משדרות היטב קרני אינפרא אדום באורך גל מסוים. קרני אינפרא אדום רחוקות מועברות בקלות על ידי נייר שחור ויכולות לשמש מסנן לבידודן.

רוב המתכות, כמו אלומיניום, זהב, כסף ונחושת, מחזירות קרינת אינפרא אדום באורך גל ארוך יותר, למשל, באורך גל אינפרא אדום של 10 מיקרון, ההחזר ממתכות מגיע ל-98%. מוצקים ונוזלים בעלי אופי לא מתכתי משקפים רק חלק מטווח ה-IR, בהתאם להרכב הכימי של חומר מסוים. בשל תכונות אלה של האינטראקציה של קרני אינפרא אדום עם אמצעי תקשורת שונים, הם משמשים בהצלחה במחקרים רבים.

פיזור אינפרא אדום

גלי אינפרא אדום הנפלטים על ידי השמש העוברים באטמוספירה של כדור הארץ מפוזרים חלקית ומוחלשים על ידי מולקולות אוויר ואטומים. החמצן והחנקן באטמוספרה מחלישים חלקית את קרני האינפרא-אדום, מפזרים אותן, אך אינם סופגים אותן לחלוטין, שכן הן סופגות חלק מקרני הספקטרום הנראה.

מים, פחמן דו חמצני ואוזון הכלולים באטמוספירה סופגים חלקית קרני אינפרא אדום, והמים סופגים אותם הכי הרבה מכיוון שספקטרום בליעת האינפרא אדום שלו נופל על כל אזור הספקטרום של אינפרא אדום, וספקטרום הספיגה של פחמן דו חמצני נופל רק באזור האמצעי .

שכבות האטמוספירה ליד פני כדור הארץ מעבירות מעט מאוד מקרינת האינפרה האדומה, שכן עשן, אבק ומים מחלישים אותה עוד יותר ומפזרים את האנרגיה על חלקיקיהן. ככל שהחלקיקים קטנים יותר (עשן, אבק, מים וכו'), פחות פיזור IR ויותר פיזור אורך גל גלוי. אפקט זה משמש בצילום אינפרא אדום.

מקורות לקרינה אינפרא אדומה

עבורנו החיים על כדור הארץ, השמש היא מקור טבעי חזק מאוד לקרינה אינפרא-אדום מכיוון שמחצית מהספקטרום האלקטרומגנטי שלה נמצא בתחום האינפרא אדום. מנורות ליבון, ספקטרום האינפרא אדום הוא עד 80% מאנרגיית הקרינה.

כמו כן, מקורות מלאכותיים לקרינה אינפרא אדומה כוללים: קשת חשמלית, מנורות פריקת גז וכמובן תנורי חימום ביתיים של גופי חימום.במדע, כדי להשיג גלי אינפרא אדום, נעשה שימוש בסיכת Nernst, חוטי טונגסטן, כמו גם מנורות כספית בלחץ גבוה ואפילו לייזרים IR מיוחדים (זכוכית ניאודימיום נותנת אורך גל של 1.06 מיקרון, ולייזר הליום-ניאון - 1.15 ו-3.39 מיקרון, פחמן דו חמצני - 10.6 מיקרון).

מקלטי IR

עקרון הפעולה של מקלטי גל אינפרא אדום מבוסס על המרת אנרגיית הקרינה הפוגעת לצורות אחרות של אנרגיה זמינות למדידה ושימוש. קרינת האינפרה האדומה הנספגת במקלט מחממת את האלמנט הרגיש לתרמי ונרשמת עלייה בטמפרטורה.

מקלטי IR פוטואלקטריים מייצרים מתח וזרם חשמליים בתגובה לחלק צר ספציפי של ספקטרום ה-IR שעבורו הם מיועדים לפעול, כלומר, מקלטי IR פוטואלקטריים הם סלקטיביים. עבור גלי IR בטווח של עד 1.2 מיקרומטר, רישום צילומי מתבצע באמצעות תחליב צילום מיוחד.

קרינת אינפרא אדום נמצאת בשימוש נרחב במדע ובטכנולוגיה, במיוחד לפתרון בעיות מחקר מעשיות. חוקרים את ספקטרום הקליטה והפליטה של ​​מולקולות ומוצקים שנופלים רק לאזור האינפרא אדום.

גישה זו למחקר נקראת ספקטרוסקופיה אינפרא אדום, המאפשרת פתרון בעיות מבניות על ידי ביצוע ניתוח ספקטרלי כמותי ואיכותי. אזור האינפרה האדום הרחוק מכיל פליטות הנגרמות על ידי מעברים בין מישורי משנה אטומיים. הודות לספקטרום IR, אתה יכול ללמוד את המבנים של קליפות האלקטרונים של אטומים.

וזה עוד בלי לדבר על צילום, כאשר אותו אובייקט שצולם תחילה בטווח הנראה ולאחר מכן בתחום האינפרא אדום ייראה אחרת, כי בשל ההבדל בשידור, פיזור והשתקפות לאזורים שונים בספקטרום האלקטרומגנטי, ישנם אלמנטים ופרטים מסוימים. במצב צילום יוצא דופן עלול להיות חסר לחלוטין: בתמונה רגילה, משהו יחסר, ובתמונה אינפרא אדום הוא יהפוך לגלוי.

אי אפשר לזלזל בשימושים התעשייתיים והצרכניים של קרינת אינפרא אדום. הוא משמש לייבוש וחימום מוצרים וחומרים שונים בתעשייה. בבתים, המקום מחומם.

מתמרים אלקטרו-אופטיים משתמשים בפוטוקתודות הרגישות באזור האינפרה-אדום של הספקטרום האלקטרומגנטי, מה שמאפשר לך לראות מה בלתי נראה לעין בלתי מזוינת.

מכשירי ראיית לילה מאפשרים לראות בחושך עקב הקרנת עצמים בקרני אינפרא אדום, משקפת אינפרא אדום - לתצפית לילה, מראות אינפרא אדום - לכיוון בחושך מוחלט וכו', אגב, בעזרת קרינת אינפרא אדום אתה יכול לשחזר את תקן המונה המדויק.

מקלטים רגישים במיוחד של גלי IR מאפשרים לקבוע את הכיוון של עצמים שונים על פי הקרינה התרמית שלהם, למשל, עבודת מערכות הנחיית טילים, שמייצרות בנוסף קרינת IR משלהן.

מדדי טווח ומאתרים המבוססים על קרני אינפרא אדום מאפשרים לצפות בכמה עצמים בחושך ולמדוד את המרחק אליהם בדיוק רב. לייזרים IR משמשים במחקר מדעי, לבדיקת האטמוספירה, לתקשורת בחלל ועוד.