Kızılötesi radyasyon ve uygulamaları

0,74 mikron ila 2 mm dalga boyuna sahip elektromanyetik radyasyon, fizikte kızılötesi radyasyon veya kızılötesi ışınlar olarak adlandırılır ve "IR" olarak kısaltılır. Elektromanyetik spektrumun görünür optik radyasyon (kırmızı bölgeden kaynaklanan) ile kısa dalga radyo frekans aralığı arasında kalan kısmını işgal eder.

Kızılötesi radyasyon pratikte insan gözü tarafından ışık olarak algılanmamasına ve belirli bir rengi olmamasına rağmen, yine de optik radyasyona aittir ve modern teknolojide yaygın olarak kullanılmaktadır.

Karakteristik olan kızılötesi dalgalar vücut yüzeylerini ısıtır, bu nedenle kızılötesi radyasyona genellikle termal radyasyon da denir. Kızılötesi bölgenin tamamı şartlı olarak üç bölüme ayrılmıştır:

• uzak kızılötesi bölge — dalga boyları 50 ila 2000 mikron;

• orta IR bölgesi — 2,5 ila 50 mikron arası dalga boylarıyla;

• yakın kızılötesi bölge — 0,74 ila 2,5 mikron.

Kızılötesi radyasyon 1800'lerde keşfedildi.İngiliz astronom William Herschel tarafından ve daha sonra 1802'de bağımsız olarak İngiliz bilim adamı William Wollaston tarafından.

IR spektrumları

Kızılötesi ışınlar şeklinde elde edilen atomik spektrumlar doğrusaldır; yoğun madde spektrumları — sürekli; moleküler spektrumlar bantlanmıştır. Sonuç, kızılötesi ışınlar için, elektromanyetik spektrumun görünür ve ultraviyole bölgeleri ile karşılaştırıldığında, maddelerin yansıma, iletim, kırılma katsayısı gibi optik özelliklerinin çok farklı olduğudur.

Maddelerin çoğu, görünür ışığı iletmelerine rağmen, kızılötesi aralığın bir kısmında dalgalara karşı opak hale gelir.

Örneğin, birkaç santimetre kalınlığındaki bir su tabakası, 1 mikrondan daha uzun kızılötesi dalgalara karşı opaktır ve bazı koşullar altında termal koruma filtresi olarak kullanılabilir. Ve germanyum veya silikon katmanları görünür ışığı iletmez, ancak belirli bir dalga boyundaki kızılötesi ışınları iyi iletir. Uzak kızılötesi ışınlar siyah kağıt tarafından kolayca iletilir ve izolasyonları için bir filtre görevi görebilir.

Alüminyum, altın, gümüş ve bakır gibi çoğu metal, daha uzun bir dalga boyuna sahip kızılötesi radyasyonu yansıtır, örneğin, 10 mikronluk bir kızılötesi dalga boyunda, metallerden yansıma% 98'e ulaşır. Metalik olmayan yapıdaki katılar ve sıvılar, belirli bir maddenin kimyasal bileşimine bağlı olarak IR aralığının yalnızca bir kısmını yansıtır. Kızılötesi ışınların çeşitli ortamlarla etkileşiminin bu özelliklerinden dolayı birçok çalışmada başarıyla kullanılmaktadır.

Kızılötesi saçılma

Dünya atmosferinden geçen Güneş tarafından yayılan kızılötesi dalgalar, hava molekülleri ve atomları tarafından kısmen dağılır ve zayıflatılır. Atmosferdeki oksijen ve nitrojen, kızılötesi ışınları kısmen zayıflatır, saçar, ancak görünür spektrumdaki ışınların bir kısmını emdikleri için tamamen emmezler.

Atmosferde bulunan su, karbondioksit ve ozon, kızılötesi ışınları kısmen emer ve en çok su emer çünkü kızılötesi absorpsiyon spektrumları, kızılötesi spektrumun tüm bölgesine düşer ve karbondioksitin absorpsiyon spektrumları, yalnızca orta bölgeye düşer. .

Dünya yüzeyine yakın atmosfer katmanları, kızılötesi radyasyonun çok azını iletir, çünkü duman, toz ve su onu daha da zayıflatır ve enerjiyi parçacıklarının üzerine saçar.Parçacıklar (duman, toz, su, vb.) daha az IR saçılması ve daha görünür dalga boyu saçılması. Bu efekt kızılötesi fotoğrafçılıkta kullanılır.

Kızılötesi radyasyon kaynakları

Dünya'da yaşayan bizler için Güneş çok güçlü bir doğal kızılötesi radyasyon kaynağıdır çünkü elektromanyetik spektrumunun yarısı kızılötesi aralığındadır. Akkor lambaların kızılötesi spektrumu, radyasyon enerjisinin %80'ine kadardır.

Ayrıca, yapay kızılötesi radyasyon kaynakları şunları içerir: elektrik arkı, gaz deşarj lambaları ve tabii ki ısıtma elemanlarının ev tipi ısıtıcıları.Bilimde, kızılötesi dalgalar elde etmek için Nernst pimi, tungsten filamanlar, ayrıca yüksek basınçlı cıva lambaları ve hatta özel IR lazerler kullanılır (neodimyum cam 1.06 mikron dalga boyu ve helyum-neon lazer - 1.15 ve 3.39 verir) mikron, karbondioksit — 10,6 mikron).

IR alıcıları

Kızılötesi dalga alıcılarının çalışma prensibi, gelen radyasyonun enerjisinin, ölçüm ve kullanım için mevcut diğer enerji biçimlerine dönüştürülmesine dayanır. Alıcıda emilen kızılötesi radyasyon, ısıya duyarlı elemanı ısıtır ve sıcaklıkta bir artış kaydedilir.

Fotoelektrik IR alıcıları, çalışmak üzere tasarlandıkları IR spektrumunun belirli bir dar kısmına yanıt olarak elektrik voltajı ve akımı üretir, yani IR fotoelektrik alıcıları seçicidir. 1,2 μm'ye kadar olan aralıktaki IR dalgaları için, özel fotoğrafik emülsiyonlar kullanılarak fotoğraf kaydı yapılır.

Kızılötesi radyasyon, özellikle pratik araştırma problemlerini çözmek için bilim ve teknolojide yaygın olarak kullanılmaktadır. Kızılötesi bölgeye düşen moleküllerin ve katıların absorpsiyon ve emisyon spektrumları incelenir.

Araştırmaya yönelik bu yaklaşım, nicel ve nitel spektral analiz gerçekleştirerek yapısal sorunların çözülmesine izin veren kızılötesi spektroskopi olarak adlandırılır. Uzak kızılötesi bölge, atomik alt düzlemler arasındaki geçişlerin neden olduğu emisyonları içerir. IR spektrumları sayesinde atomların elektron kabuklarının yapılarını inceleyebilirsiniz.

Ve bu, önce görünür ve sonra kızılötesi aralıkta fotoğraflanan aynı nesnenin farklı görüneceği fotoğrafçılıktan bahsetmiyor, çünkü elektromanyetik spektrumun farklı alanları için iletim, saçılma ve yansımadaki farklılık nedeniyle, bazı öğeler ve ayrıntılar alışılmadık bir fotoğraf çekim modunda tamamen eksik olabilir: sıradan bir fotoğrafta bir şeyler eksik olacak ve kızılötesi bir fotoğrafta görünür hale gelecektir.

Kızılötesi radyasyonun endüstriyel ve tüketici kullanımları hafife alınamaz. Sanayide çeşitli ürün ve malzemeleri kurutmak ve ısıtmak için kullanılır. Evlerde, binalar ısıtılır.

Elektro-optik dönüştürücüler, elektromanyetik spektrumun kızılötesi bölgesinde hassas olan ve çıplak gözle görülemeyenleri görmenizi sağlayan foto katotlar kullanır.

Gece görüş cihazları, nesnelerin kızılötesi ışınlarla ışınlanması nedeniyle karanlıkta görmenizi sağlar, kızılötesi dürbünler - gece gözlemi için, kızılötesi manzaralar - tamamen karanlıkta nişan almak için vb. tam sayaç standardını yeniden üretebilir.

Son derece hassas IR dalgaları alıcıları, termal radyasyonlarıyla çeşitli nesnelerin yönünü belirlemeye izin verir, örneğin, ek olarak kendi IR radyasyonunu üreten füze yönlendirme sistemleri çalışır.

Kızılötesi ışınlara dayalı telemetreler ve yer belirleyiciler, karanlıkta bazı nesneleri gözlemlemeyi ve bunlara olan mesafeyi yüksek doğrulukla ölçmeyi sağlar. Kızılötesi lazerler, bilimsel araştırmalarda, atmosferi araştırmak, uzay iletişimi ve daha fazlası için kullanılır.