Что такое инфракрасное излучение?
ИК-излучение — это один из трёх способов передачи тепла из одного места в другое.
ИК — это тип электромагнитного излучения, континуум частот, возникающий, когда атомы поглощают, а затем выделяют энергию. Электромагнитное излучение от самой высокой до самой низкой частоты включает гамма-лучи, рентгеновские лучи, ультрафиолетовое излучение, видимый свет, инфракрасное излучение, микроволны и радиоволны. Вместе эти виды излучения составляют электромагнитный спектр.
По данным НАСА, британский астроном Уильям Гершель открыл инфракрасный свет в 1800 году. В эксперименте по измерению разницы температур между цветами видимого спектра он поместил термометры на пути света в пределах каждого оттенка. Он наблюдал повышение температуры от синего до красного и обнаружил ещё более высокую температуру сразу за красным концом видимого спектра.
Как появляются ИК-волны
В электромагнитном спектре инфракрасные волны возникают на частотах выше частот микроволн и чуть ниже частот красного видимого света — отсюда и название «инфракрасный». По данным Калифорнийского технологического института, волны инфракрасного излучения длиннее, чем волны видимого света. Частоты ИК-излучения находятся в диапазоне от примерно 300 гигагерц (ГГц) до примерно 400 терагерц (ТГц), а длина волны оценивается в диапазоне от 1000 микрометров (мкм) до 760 нанометров. Хотя, по данным НАСА, эти значения не являются окончательными.
А знаете ли вы, как выглядит современный Лас-Вегас в инфракрасном свете?
Подобно спектру видимого света, который варьируется от фиолетового (самая короткая длина волны видимого света) до красного (самая длинная длина волны), инфракрасное излучение имеет свой собственный диапазон длин волн. Более короткие «ближние инфракрасные» волны, которые ближе к видимому свету в электромагнитном спектре, не излучают заметного тепла и излучаются пультом дистанционного управления телевизором для переключения каналов.
По данным НАСА, более длинные «дальние инфракрасные» волны, которые ближе к микроволновой части электромагнитного спектра, можно ощущать как сильное тепло — такое как тепло от солнечного света или огня.
ИК-излучение — это один из трёх способов передачи тепла из одного места в другое, два других — конвекция и теплопроводность. Всё, что имеет температуру выше примерно минус 268 градусов по Цельсию, излучает ИК-излучение. По данным Университета Теннесси, Солнце излучает половину своей полной энергии в виде инфракрасного излучения, а большая часть видимого света звезды поглощается и как бы переизлучается в виде инфракрасного излучения.
Бытовое использование
Бытовые приборы, такие как тепловые лампы и тостеры, используют ИК-излучение для передачи тепла — как и промышленные обогреватели, например те, которые используются для сушки и отверждения материалов. По данным Агентства по охране окружающей среды, лампы накаливания преобразуют только около 10 процентов потребляемой ими электроэнергии в энергию видимого света. Остальные 90 процентов преобразуются в инфракрасное излучение.
Хорошие новости! Исследователи разработали специальные очки для незрячих, которые используют инфракрасную технологию, помогающую ориентироваться в пространстве.
Инфракрасные лазеры можно использовать для прямой связи на расстоянии в несколько сотен метров или ярдов. Согласно How Stuff Works, пульты дистанционного управления телевизора, использующие инфракрасное излучение, посылают импульсы ИК-энергии от светоизлучающего диода (LED) к ИК-приёмнику в телевизоре. Приёмник преобразует световые импульсы в электрические сигналы, которые указывают микропроцессору выполнить запрограммированную команду.
Инфракрасное зондирование
Одним из наиболее полезных применений ИК-спектра является обнаружение. Все объекты на Земле излучают ИК-излучение в виде тепла. Это можно обнаружить с помощью электронных датчиков — таких как те, которые используются в очках ночного видения и инфракрасных камерах.
Простым примером такого датчика является болометр, который состоит из телескопа с чувствительным к температуре резистором или термистором в фокусе, согласно Калифорнийскому университету в Беркли. Если тёплое тело попадает в поле зрения этого прибора, тепло вызывает заметное изменение напряжения на термисторе.
Камеры ночного видения используют более сложную версию болометра. Эти камеры обычно содержат микросхемы формирования изображений с зарядовой связью (ПЗС), которые чувствительны к ИК-излучению. Изображение, сформированное ПЗС, затем можно воспроизвести в видимом свете. Эти системы могут быть сделаны достаточно маленькими, чтобы их можно было использовать в портативных устройствах или очках ночного видения. Такие камеры можно использовать и для прицелов с добавлением ИК-лазера для наведения или без него.
Инфракрасная спектроскопия измеряет ИК-излучение материалов на определённых длинах волн. ИК-спектр вещества будет показывать характерные провалы и пики, когда фотоны (частицы света) поглощаются или испускаются электронами в молекулах, когда электроны переходят между орбитами или энергетическими уровнями. Затем эту спектроскопическую информацию можно использовать для идентификации веществ и мониторинга химических реакций.