Infrasarkanais starojums: kas tas ir, īpašības un pielietojumi

Uzzini visu par infrasarkano starojumu — tā īpašības, termisko attēlveidošanu, pielietojumus ikdienā un aizsardzībā ar skaidriem piemēriem un praktiskām lietotnēm.

Infrasarkanais (IR) starojums ir elektromagnētiskā starojuma veids (elektriskais vilnis). Šis vilnis ir garāks par cilvēka acīm redzamo gaismu un īsāks par mikroviļņiem. Vārds infrasarkanais nozīmē “zemāks par sarkano” — tas cēlies no latīņu vārda infra (kas nozīmē “zem”) un angļu vārda red. Infrasarkanās gaismas frekvence ir zemāka nekā sarkanās gaismas frekvence, tāpēc cilvēka acs infrasarkanos viļņus nespēj uztvert kā redzamu gaismu.

Spektrālā sadalījuma un viļņu garumi

Infrasarkanā starojuma viļņu garums pārsniedz redzamās gaismas garumu (aptuveni >700 nm) un stiepjas līdz aptuveni 1 mm. To parasti iedala apakšjoslās:

• Tuvie infrasarkanie (NIR): apmēram 0,7–1,4 µm (700–1400 nm). Tuvie infrasarkanie viļņi ir arī daļa no Saules spektra, un tie bieži tiek izmantoti optiskajās sakaru sistēmās.
• Īss viļņa garums / SWIR: apmēram 1,4–3 µm.
• Vidējais viļņa garums / MWIR: apmēram 3–8 µm.
• Gara viļņa garums / LWIR: apmēram 8–15 µm — termiskajai attēlveidošanai bieži izmanto tieši šo diapazonu.
• Tālās infrasarkanās: apmēram 15 µm līdz 1 mm (pāreja uz mikrobangām).

Galvenās īpašības

• Infrasarkanais starojums ir termisks — visi objekti ar temperatūru virs absolūtā nulles izstaro IR starojumu; aukstāki objekti izstaro mazāk, karstāki — vairāk (Plancka likums).
• Atmosfēra absorbē IR starojumu atšķirīgi dažādos diapazonos; pastāv atmosfēras logi (piem., ~3–5 µm un ~8–14 µm), kuros starojums caur atmosfēru nonāk brīvāk.
• IR starojums ir nejonizējošs, tas neiznīcina molekulas tādā veidā kā rentgenstari, tomēr liela intensitāte var sildīt audus.

Pielietojumi

Cilvēki infrasarkano starojumu izjūt kā siltumu, un tas ir plaši pielietots dažādās jomās:

• Mājsaimniecība un elektronika: lielākā daļa tālvadības pults vadības signālu nosūtīšanai izmanto infrasarkano starojumu.
• Termiskā attēlveidošana un drošība: kameras, kas strādā diapazonā ap 8–15 µm, ļauj redzēt objektu temperatūras sadalījumu tumsā vai caur dūmiem; izmanto ugunsdzēsībā, meklēšanā un glābšanā, drošības uzraudzībā.
• Medicīna un terapija: fizioterapijā infrasarkanie sildītāji var mazināt sāpes un uzlabot asinsriti; diagnostikā izmanto termogrāfiju.
• Rūpniecība un kvalitātes kontrole: termiskais monitorings, procesu kontrole, materiālu spektroskopija (piem., šķidruma un gāzu analīze).
• Telekomunikācijas: optiskajās šķiedrās un bezvadu sakaros bieži izmanto tuvā IR diapazona viļņus.
• Astronomija: infrasarkanā astronomija atklāj aukstākus un putekļiem aizsegtus objektus un sniedz informāciju par zvaigžņu veidošanos.
• Lauksaimniecība un siltumnīcas: siltuma kontrole un augu novērtēšana.
• Karadarbība: daudzas pretgaisa aizsardzības raķetes orientē savus mērķus, izmantojot infrasarkano starojumu; arī naktssarīkošanas sistēmas un siltuma atrašanās ierīces.
• Sildīšana: infrasarkanās lampas un saunas izmanto tiešu siltuma nodošanu cilvēkam vai procesiem.

Detektori un tehnoloģijas

Infrasarkano starojumu uztver dažādi sensori, atkarībā no viļņa garuma un pielietojuma: fotodetektori (piem., InGaAs, PbS), termopiles, bolometri un mikrobolometri termiskajās kamerās. IR spektroskopija ļauj identificēt molekulas pēc to vibrāciju un rotāciju spektriem.

Drošība un ietekme uz veselību

Infrasarkanais starojums parasti tiek uzskatīts par nejonizējošu un drošu pie normālām intensitātēm. Tomēr intensīva vai ilgstoša sildīšana var izraisīt audu bojājumus (apdegumus) un acu bojājumus, tāpēc industriālās iekārtas un sildierīces jāizmanto piesardzīgi un ar atbilstošu aizsargaprīkojumu.

Kopsavilkumā: infrasarkanais starojums ir būtiska elektromagnētiskā spektra daļa ar plašu pielietojumu loku — no vienkāršas tālvadības pults līdz sarežģītām termālajām kamerām, teleskopiem un industriālajām sensoriekārtām. Termiskās īpašības un spektrālie logi padara IR par neaizstājamu līdzekli gan zinātnē, gan ikdienas tehnoloģijās.

Jautājumi un atbildes

J: Kas ir infrasarkanais starojums?

Q: No kurienes nāk vārds "infrasarkanais starojums"?

J: Vai cilvēki var redzēt infrasarkanos viļņus?

J: Kāds ir infrasarkano viļņu diapazons?

J: Ar ko visbiežāk veic termovizualizāciju?

J: Kā cilvēki uztver infrasarkano starojumu?

J: Ko parasti izmanto, lai nosūtītu vadības signālus tālvadības pultīs?

Meklēt pēc burta