La radiació infraroja i les seves aplicacions

La radiació electromagnètica amb una longitud d'ona de 0,74 micres a 2 mm s'anomena en física radiació infraroja o raigs infrarojos, abreujat "IR". Ocupa aquella part de l'espectre electromagnètic que es troba entre la radiació òptica visible (originada a la regió vermella) i el rang de radiofreqüències d'ona curta.

Tot i que la radiació infraroja pràcticament no és percebuda per l'ull humà com a llum i no té cap color específic, tanmateix pertany a la radiació òptica i s'utilitza àmpliament en la tecnologia moderna.

Les ones infrarojes, que són característiques, escalfen les superfícies dels cossos, per això la radiació infraroja també s'anomena radiació tèrmica. Tota la regió infraroja es divideix condicionalment en tres parts:

• regió de l'infraroig llunyà: amb longituds d'ona de 50 a 2000 micres;

• regió d'IR mitjà: amb longituds d'ona de 2,5 a 50 micres;

• regió infraroja propera: de 0,74 a 2,5 micres.

La radiació infraroja es va descobrir al 1800.per l'astrònom anglès William Herschel, i més tard, el 1802, de manera independent pel científic anglès William Wollaston.

Espectres IR

Els espectres atòmics obtinguts en forma de raigs infrarojos són lineals; espectres de matèria condensada — continu; els espectres moleculars estan en bandes. La conclusió és que per als raigs infrarojos, en comparació amb les regions visible i ultraviolada de l'espectre electromagnètic, les propietats òptiques de les substàncies, com ara el coeficient de reflexió, transmissió, refracció, són molt diferents.

Moltes de les substàncies, tot i que transmeten llum visible, resulten opaques a les ones en part del rang infraroig.

Per exemple, una capa d'aigua de diversos centímetres de gruix és opaca a les ones infrarojes de més d'1 micra i, en algunes condicions, es pot utilitzar com a filtre de protecció tèrmica. I les capes de germani o silici no transmeten llum visible, sinó que transmeten bé els raigs infrarojos d'una certa longitud d'ona. Els raigs infrarojos llunyans es transmeten fàcilment pel paper negre i poden servir com a filtre per aïllar-los.

La majoria dels metalls, com l'alumini, l'or, la plata i el coure, reflecteixen la radiació infraroja amb una longitud d'ona més llarga, per exemple, a una longitud d'ona infraroja de 10 micres, la reflexió dels metalls arriba al 98%. Els sòlids i líquids de naturalesa no metàl·lica reflecteixen només una part del rang IR, depenent de la composició química d'una substància determinada. A causa d'aquestes característiques de la interacció dels raigs infrarojos amb diversos mitjans, s'utilitzen amb èxit en molts estudis.

Dispersió infraroja

Les ones infraroges emeses pel Sol que travessen l'atmosfera terrestre estan parcialment disperses i atenuades per les molècules i els àtoms de l'aire. L'oxigen i el nitrogen de l'atmosfera debiliten parcialment els raigs infrarojos, dispersant-los, però no els absorbeixen completament, ja que absorbeixen part dels raigs de l'espectre visible.

L'aigua, el diòxid de carboni i l'ozó continguts a l'atmosfera absorbeixen parcialment els raigs infrarojos, i l'aigua els absorbeix més perquè els seus espectres d'absorció infrarojos cauen a tota la regió de l'espectre infraroig i els espectres d'absorció del diòxid de carboni només cauen a la regió mitjana. .

Les capes de l'atmosfera properes a la superfície terrestre transmeten molt poca radiació infraroja, ja que el fum, la pols i l'aigua l'atenuen encara més, dispersant l'energia sobre les seves partícules. Com més petites són les partícules (fum, pols, aigua, etc.), més menys dispersió d'IR i més dispersió de longitud d'ona visible. Aquest efecte s'utilitza en la fotografia infraroja.

Fonts de radiació infraroja

Per a nosaltres que vivim a la Terra, el Sol és una font natural molt poderosa de radiació infraroja perquè la meitat del seu espectre electromagnètic es troba en el rang infrarojo. Làmpades incandescents, l'espectre infrarojo és fins al 80% de l'energia de radiació.

A més, les fonts artificials de radiació infraroja inclouen: arc elèctric, llums de descàrrega de gas i, per descomptat, escalfadors domèstics d'elements de calefacció.En ciència, per obtenir ones infrarojes, s'utilitzen el pin de Nernst, filaments de tungstè, així com làmpades de mercuri d'alta pressió i fins i tot làsers IR especials (el vidre de neodimi dóna una longitud d'ona d'1,06 micres i un làser d'heli-neó: 1,15 i 3,39). micres, diòxid de carboni - 10,6 micres).

Receptors IR

El principi de funcionament dels receptors d'ones infrarojes es basa en la conversió de l'energia de la radiació incident en altres formes d'energia disponibles per a la seva mesura i ús. La radiació infraroja absorbida en el receptor escalfa l'element termosensible i es registra un augment de la temperatura.

Els receptors IR fotoelèctrics generen voltatge i corrent elèctrics en resposta a una part específica de l'espectre IR per a la qual estan dissenyats per funcionar, és a dir, els receptors fotoelèctrics IR són selectius. Per a ones IR en el rang de fins a 1,2 μm, el registre fotogràfic es realitza mitjançant emulsions fotogràfiques especials.

La radiació infraroja s'utilitza àmpliament en ciència i tecnologia, especialment per resoldre problemes de recerca pràctics. S'estudien els espectres d'absorció i emissió de molècules i sòlids que acaben de caure a la regió infraroja.

Aquest enfocament de la investigació s'anomena espectroscòpia infraroja, que permet resoldre problemes estructurals mitjançant la realització d'anàlisis espectrals quantitatives i qualitatives. La regió de l'infraroig llunyà conté emissions causades per transicions entre subplans atòmics. Gràcies als espectres IR, podeu estudiar les estructures de les capes d'electrons dels àtoms.

I això per no parlar de la fotografia, quan el mateix objecte fotografiat primer en el rang visible i després en l'infraroig es veurà diferent, perquè a causa de la diferència de transmissió, dispersió i reflexió per a diferents àrees de l'espectre electromagnètic, alguns elements i detalls en un mode de presa de fotos inusual pot faltar completament: en una foto normal, faltarà alguna cosa i en una foto infraroja es farà visible.

No es poden subestimar els usos industrials i de consum de la radiació infraroja. S'utilitza per assecar i escalfar diversos productes i materials a la indústria. A les cases, els locals tenen calefacció.

Els transductors electro-òptics utilitzen fotocàtodes que són sensibles a la regió infraroja de l'espectre electromagnètic, que us permeten veure allò que és invisible a simple vista.

Els dispositius de visió nocturna us permeten veure a la foscor a causa de la irradiació d'objectes amb raigs infrarojos, prismàtics infrarojos -per a l'observació nocturna, mires infrarojes- per apuntar a la foscor completa, etc. Per cert, amb l'ajuda de la radiació infraroja, podeu pot reproduir l'estàndard del comptador exacte.

Els receptors d'ones IR altament sensibles permeten determinar la direcció de diversos objectes mitjançant la seva radiació tèrmica, per exemple, els sistemes de guia de míssils funcionen, que a més generen la seva pròpia radiació IR.

Els telèmetres i localitzadors basats en raigs infrarojos permeten observar alguns objectes a la foscor i mesurar-ne la distància amb gran precisió. Els làsers IR s'utilitzen en investigació científica, per sondejar l'atmosfera, per a comunicacions espacials i molt més.