Инфрацрвено зрачење и његова примена

Електромагнетно зрачење са таласном дужином од 0,74 микрона до 2 мм у физици се назива инфрацрвено зрачење или инфрацрвени зраци, скраћено «ИР». Заузима онај део електромагнетног спектра који се налази између видљивог оптичког зрачења (који потиче из црвеног региона) и краткоталасног радио фреквенцијског опсега.

Иако људско око практично не перципира инфрацрвено зрачење као светлост и нема никакву специфичну боју, оно ипак спада у оптичко зрачење и широко се користи у савременој технологији.

Инфрацрвени таласи, који су карактеристични, загревају површине тела, због чега се инфрацрвено зрачење често назива и топлотно зрачење. Цео инфрацрвени регион је условно подељен на три дела:

• далеко инфрацрвена област — са таласним дужинама од 50 до 2000 микрона;

• средњи ИР регион — са таласним дужинама од 2,5 до 50 микрона;

• близу инфрацрвене области — од 0,74 до 2,5 микрона.

Инфрацрвено зрачење је откривено 1800-их година.енглески астроном Вилијам Хершел, а касније, 1802. године, независно енглески научник Вилијам Воластон.

ИР спектри

Атомски спектри добијени у облику инфрацрвених зрака су линеарни; спектри кондензоване материје — континуирани; молекуларни спектри су тракасти. Закључак је да су за инфрацрвене зраке, у поређењу са видљивим и ултраљубичастим регионима електромагнетног спектра, оптичка својства супстанци, као што су коефицијент рефлексије, трансмисије, преламања, веома различита.

Многе супстанце, иако преносе видљиву светлост, испадају непрозирне за таласе у делу инфрацрвеног опсега.

На пример, слој воде дебљине неколико центиметара је непрозиран за инфрацрвене таласе дуже од 1 микрона и под неким условима може да се користи као филтер за термичку заштиту. А слојеви германијума или силицијума не пропуштају видљиву светлост, већ добро преносе инфрацрвене зраке одређене таласне дужине. Далеки инфрацрвени зраци се лако преносе црним папиром и могу послужити као филтер за њихову изолацију.

Већина метала, као што су алуминијум, злато, сребро и бакар, рефлектују инфрацрвено зрачење са већом таласном дужином, на пример, на инфрацрвеној таласној дужини од 10 микрона, рефлексија од метала достиже 98%. Чврсте материје и течности неметалне природе одражавају само део ИР опсега, у зависности од хемијског састава одређене супстанце. Због ових карактеристика интеракције инфрацрвених зрака са различитим медијима, они се успешно користе у многим студијама.

Инфрацрвено расејање

Инфрацрвени таласи које емитује Сунце пролазећи кроз Земљину атмосферу делимично су распршени и пригушени молекулима и атомима ваздуха. Кисеоник и азот у атмосфери делимично слабе инфрацрвене зраке, расипајући их, али их не апсорбују у потпуности, пошто апсорбују део зрака видљивог спектра.

Вода, угљен-диоксид и озон који се налазе у атмосфери делимично апсорбују инфрацрвене зраке, а вода их апсорбује највише јер њени инфрацрвени апсорпциони спектри падају на цео регион инфрацрвеног спектра, а апсорпциони спектри угљен-диоксида падају само у средњем делу. .

Слојеви атмосфере у близини Земљине површине преносе врло мало инфрацрвеног зрачења, јер га дим, прашина и вода додатно пригушују, распршујући енергију на своје честице. Што су честице мање (дим, прашина, вода, итд.) мање ИЦ расејања и видљивије расејање таласне дужине. Овај ефекат се користи у инфрацрвеној фотографији.

Извори инфрацрвеног зрачења

За нас који живимо на Земљи, Сунце је веома моћан природни извор инфрацрвеног зрачења јер је половина његовог електромагнетног спектра у инфрацрвеном опсегу. Лампе са жарном нити, инфрацрвени спектар је до 80% енергије зрачења.

Такође, вештачки извори инфрацрвеног зрачења укључују: електрични лук, гасне лампе и, наравно, кућне грејаче грејних елемената.У науци се за добијање инфрацрвених таласа користе Нернст пин, волфрамове нити, као и живине лампе високог притиска, па чак и специјални ИР ласери (неодимијумско стакло даје таласну дужину од 1,06 микрона, а хелијум-неонски ласер - 1,15 и 3,39 микрона, угљен-диоксид - 10,6 микрона).

ИР пријемници

Принцип рада пријемника инфрацрвених таласа заснива се на претварању енергије упадног зрачења у друге облике енергије доступне за мерење и употребу. Инфрацрвено зрачење апсорбовано у пријемнику загрева термоосетљиви елемент и бележи се пораст температуре.

Фотоелектрични ИР пријемници генеришу електрични напон и струју као одговор на специфичан уски део ИР спектра за који су пројектовани да раде, односно ИР фотоелектрични пријемници су селективни. За ИЦ таласе у опсегу до 1,2 μм, фотографска регистрација се врши помоћу специјалних фотографских емулзија.

Инфрацрвено зрачење се широко користи у науци и технологији, посебно за решавање практичних истраживачких проблема. Проучавају се апсорпциони и емисиони спектри молекула и чврстих материја које само падају у инфрацрвену област.

Овај приступ истраживању назива се инфрацрвена спектроскопија, која омогућава решавање структурних проблема извођењем квантитативне и квалитативне спектралне анализе. Далеки инфрацрвени регион садржи емисије изазване прелазима између атомских подравни. Захваљујући ИР спектрима, можете проучавати структуре електронских шкољки атома.

А ово да не помињем фотографију, када ће исти објекат фотографисан прво у видљивом, а затим у инфрацрвеном опсегу изгледати другачије, јер због разлике у преносу, расејању и рефлексији за различите области електромагнетног спектра, неки елементи и детаљи у необичном режиму снимања фотографија може у потпуности да недостаје: на обичној фотографији нешто ће недостајати, а на инфрацрвеној ће постати видљиво.

Индустријска и потрошачка употреба инфрацрвеног зрачења не може се потценити. Користи се за сушење и загревање разних производа и материјала у индустрији. У кућама се просторије греју.

Електро-оптички претварачи користе фотокатоде које су осетљиве у инфрацрвеном подручју електромагнетног спектра, омогућавајући вам да видите шта је невидљиво голим оком.

Уређаји за ноћно осматрање вам омогућавају да видите у мраку услед озрачивања објеката инфрацрвеним зрацима, инфрацрвени двоглед - за ноћно посматрање, инфрацрвени нишани - за нишањење у потпуном мраку, итд. Иначе, уз помоћ инфрацрвеног зрачења, ви може да репродукује тачан стандард мерача.

Високоосетљиви пријемници ИЦ таласа омогућавају одређивање правца различитих објеката по њиховом топлотном зрачењу, на пример, раде системи за навођење ракете, који додатно генеришу сопствено ИР зрачење.

Даљиномери и локатори засновани на инфрацрвеним зрацима омогућавају посматрање неких објеката у мраку и мерење удаљености до њих са великом прецизношћу. ИР ласери се користе у научним истраживањима, за сондирање атмосфере, за свемирске комуникације и друго.