Az infravörös sugárzás (IR) vagy infravörös fény olyan sugárzó energia, amely az emberi szem számára láthatatlan, de hőnek érezhető. Az univerzum minden tárgya valamilyen szintű infravörös sugárzást bocsát ki, de a két legnyilvánvalóbb forrás a nap és a tűz.
Az IR egy olyan elektromágneses sugárzás, amely frekvenciák folytonosságát képezi, amikor az atomok abszorbeálják, majd felszabadítják az energiát. Az elektromágneses sugárzás a legmagasabbtól a legalacsonyabb frekvenciáig terjed a gamma-sugarak, a röntgen, az ultraibolya sugárzás, a látható fény, az infravörös sugárzás, a mikrohullámok és a rádióhullámok között. Az ilyen típusú sugárzás együttesen alkotja az elektromágneses spektrumot.
A NASA szerint William Herschel brit csillagász 1800-ban fedezte fel az infravörös fényt. A látható spektrum színei közötti hőmérsékleti különbség mérésére szolgáló kísérletben a hőmérőket a látható spektrum minden színén belül a fény útjába helyezte. Megfigyelte a hőmérséklet kékről pirosra emelkedését, és még melegebb hőmérsékleti mérést talált a látható spektrum piros végén túl.
Az elektromágneses spektrumon belül az infravörös hullámok a mikrohullámok frekvenciáinál magasabb frekvencián és közvetlenül a vörös látható fény frekvenciáin fordulnak elő, ezért az "infravörös" elnevezésről van szó. Az infravörös sugárzás hulláma hosszabb, mint a látható fényé, a kaliforniai Technológiai Intézet (Caltech) szerint. Az infravörös frekvencia körülbelül 3 gigaherc (GHz) és körülbelül 400 terahertz (THz) között van, és a becslések szerint a hullámhosszok 1000 mikrométer (μm) és 760 nanométer (2,9921 hüvelyk) között vannak, bár ezek az értékek a NASA szerint nem határozottak meg.
A látható fény spektrumához hasonlóan, amely a lila (a legrövidebb látható fény hullámhossza) és a vörös (leghosszabb hullámhossz) tartományba esik, az infravörös sugárzásnak megvan a saját hullámhossz-tartománya. A rövidebb „közeli infravörös” hullámok, amelyek közelebb vannak az elektromágneses spektrum látható fényéhez, nem bocsátanak ki érzékelhető hőt, és ezeket a csatornák cseréjéhez a TV távirányítója bocsátja ki. A NASA szerint a hosszabb „távoli infravörös” hullámok, amelyek közelebb vannak az elektromágneses spektrum mikrohullámú szakaszához, intenzív hőnek vannak kitéve, például napfény vagy tűz hője.
Az infravörös sugárzás a hő átadásának egyik módja az egyik helyről a másikra, a másik kettő pedig a konvekció és vezetőképesség. Minden, amelynek hőmérséklete körülbelül 5 Kelvin (körülbelül 450 Fahrenheit fok vagy mínusz 268 Celsius fok) felett van, IR sugárzást bocsát ki. A Tennessee Egyetem szerint a nap teljes energiájának felét IR formájában bocsátja ki, és a csillag látható fényének nagy része elnyelődik és IR sugárzás alatt áll.
Háztartási felhasználások
A háztartási készülékek, mint például a hőszórók és a kenyérpirítók, IR sugárzást használnak a hő továbbítására, csakúgy, mint az ipari fűtőberendezéseket, mint például az anyagok szárításához és kikeményítéséhez használt fűtőberendezéseket. A Környezetvédelmi Ügynökség szerint az izzólámpák villamos energiájuknak csak körülbelül 10% -át alakítják át látható fényenergiává, míg a másik 90% -át infravörös sugárzásra konvertálják.
Az infravörös lézerek felhasználhatók pont-pont kommunikációra néhány száz méter vagy yard távolságra. Az infravörös sugárzásra támaszkodó TV távirányítók az IR-energia impulzusát egy fénykibocsátó diódából (LED) a TV-készülék IR-vevőjébe bocsátják ki, a How Stuff Works szerint. A vevő a fényimpulzumokat elektromos jelekké alakítja, amelyek utasítják a mikroprocesszort a programozott parancs végrehajtására.
Infravörös érzékelés
Az IR spektrum egyik leghasznosabb alkalmazása az érzékelésben és a detektálásban. A Földön található összes tárgy infravörös sugárzást bocsát ki hő formájában. Ez elektronikus érzékelőkkel érzékelhető, például az éjjellátó védőszemüvegben és az infravörös kamerában.
Az ilyen érzékelők egyszerű példája a bolométer, amely egy fókuszpontjában hőérzékeny ellenállású vagy termisztoros távcsőből áll, a kaliforniai Berkeley Egyetem (UCB) egyeteme szerint. Ha egy meleg test kerül a készülék látóterébe, akkor a hő észlelhető változást okoz a termisztoron át a feszültségben.
Az éjjellátó kamerák a bolométer kifinomultabb változatát használják. Ezek a kamerák általában töltéscsatolt eszköz (CCD) képalkotó chipeket tartalmaznak, amelyek érzékenyek az IR fényre. A CCD által létrehozott képet ezután látható fényben reprodukálni lehet. Ezeket a rendszereket elég kicsiké lehet tenni, hogy a kézi eszközökben vagy a hordható éjjellátó szemüvegben használhatóak legyenek. A kamerák fegyverek célzásához is használhatók, célzáshoz IR lézerrel vagy anélkül.
Az infravörös spektroszkópia méri az anyagok IR-kibocsátását meghatározott hullámhosszon. Az anyag IR spektruma jellegzetes csúszásokat és csúcsokat fog mutatni, amikor a fotonok (fényrészecskék) az elektronok abszorbeálják vagy bocsátják ki a molekulákban, miközben az elektronok átmennek a keringési pályákon, vagy az energiaszintek. Ez a spektroszkópikus információ felhasználható az anyagok azonosítására és a kémiai reakciók monitorozására.
Robert Mayanovic, a Missouri Állami Egyetem fizikai professzora szerint az infravörös spektroszkópia, például a Fourier-transzformációs infravörös (FTIR) spektroszkópia nagyon sok tudományos alkalmazás számára hasznos. Ezek magukban foglalják a molekuláris rendszerek és a 2D anyagok, például a grafén tanulmányozását.
Infravörös csillagászat
A Caltech az infravörös csillagászatot úgy írja le, mint "a világegyetem tárgyainak kibocsátott infravörös sugárzás (hőenergia) kimutatását és tanulmányozását". Az IR CCD képalkotó rendszerek fejlődése lehetővé tette az IR-források űrben történő eloszlásának részletes megfigyelését, feltárva az összetett struktúrákat a ködökben, galaxisokban és az univerzum nagy léptékű szerkezetét.
Az IR-megfigyelés egyik előnye, hogy érzékeli azokat a tárgyakat, amelyek túl hidegek ahhoz, hogy látható fényt bocsássanak ki. Ez korábban ismeretlen tárgyak felfedezéséhez vezetett, köztük üstökösök, aszteroidák és okos csillagközi csillagközi felhők, amelyek úgy tűnik, hogy az egész galaxisban elterjedtek.
Az IR-csillagászat különösen hasznos a hideg gázmolekulák megfigyelésére és a csillagközi közegben lévő porrészecskék kémiai összetételének meghatározására - mondta Robert Patterson, a Missouri Állami Egyetem csillagászati professzora. Ezeket a megfigyeléseket speciális CCD detektorok segítségével hajtják végre, amelyek érzékenyek az IR fotonokra.
Az IR sugárzás további előnye, hogy hosszabb hullámhossza azt jelenti, hogy a NASA szerint nem szétszórja annyira, mint a látható fény. Míg a látható fény elnyelhető vagy visszatükröződik a gáz- és porrészecskék között, a hosszabb infravörös hullámok egyszerűen csak ezen apró akadályok körül mozognak. Ezen tulajdonság miatt az IR használható olyan tárgyak megfigyelésére, amelyek fényét a gáz és a por eltakarja. Ilyen tárgyak például az újonnan képződő csillagok, amelyek be vannak ágyazva a ködökbe vagy a Föld galaxisának középpontjába.
Ezt a cikket 2019. február 27-én frissítette a Live Science közreműködője, Traci Pedersen.
