Υπέρυθρη ακτινοβολία

Το υπέρυθρο φως, που συνήθως αναφέρεται ως υπέρυθρη ακτινοβολία, είναι ένας τύπος ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας με μήκος κύματος έως και 1050 nm. Δεδομένου ότι είναι πολύ υψηλότερο από το ορατό φως, μπορεί να αναγνωριστεί από το ανθρώπινο μάτι μόνο υπό ορισμένες συνθήκες.

Ηλεκτρομαγνητικά Κύματα

Τα πάντα στο περιβάλλον μας, συμπεριλαμβανομένου του ήλιου, της γης και άλλων σωμάτων, εκπέμπουν ηλεκτρομαγνητική ενέργεια ποικίλων μηκών κύματος. Η ηλεκτρομαγνητική ενέργεια ταξιδεύει στο διάστημα με τη μορφή ημιτονοειδών κυμάτων με την ταχύτητα του ορατού φωτός.

Το ηλεκτρομαγνητικό φάσμα είναι μια λέξη που χρησιμοποιούν οι επιστήμονες για να αναφερθούν στο πλήρες φάσμα του φωτός που υπάρχει. Τα μήκη κύματος στο φάσμα κυμαίνονται από μικρά έως μεγάλα. Τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα (EM) είναι ενεργειακά κύματα που αποτελούνται από ταλαντευόμενα ηλεκτρικά και μαγνητικά πεδία.

Οι πολυάριθμες ακτινοβολίες του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος απεικονίζονται στο παραπάνω γράφημα. Τα μήκη κύματος των ακτίνων στη δεξιά πλευρά του φάσματος είναι μικρότερα, ενώ εκείνα στην αριστερή έχουν μεγαλύτερα μήκη κύματος. Οι ακτινοβολίες μεγαλύτερου μήκους κύματος, όπως το ραδιόφωνο, τα μικροκύματα και οι υπέρυθρες, πιστεύεται ότι είναι λιγότερο επικίνδυνες. Οι ακτινοβολίες χαμηλότερου μήκους κύματος, όπως οι ακτίνες γάμμα, οι ακτίνες Χ και οι υπεριώδεις, πιστεύεται ότι είναι εξαιρετικά επιβλαβείς.

Υπέρυθρη ακτινοβολία

Μία από τις ηλεκτρομαγνητικές ακτινοβολίες στο ηλεκτρομαγνητικό φάσμα είναι η υπέρυθρη ακτινοβολία. Αναφέρεται επίσης ως υπέρυθρο φως λόγω του μεγαλύτερου μήκους κύματος του, που το καθιστά αόρατο με γυμνό μάτι. Ωστόσο, είναι ανιχνεύσιμες μόνο ως πηγή θερμότητας. Η υπέρυθρη ακτινοβολία έχει μήκος κύματος μεταξύ 700 nm και 1 nm, δηλαδή μεγαλύτερο μήκος κύματος από το ορατό φως και έχει συχνότητα 300-600 GHz.

Η υπέρυθρη ακτινοβολία εκπέμπει φωτεινή ενέργεια και συμπεριφέρεται τόσο ως κύμα όσο και ως κβαντικό σωματίδιο που περιγράφεται ως φωτόνιο. Η υπέρυθρη ακτινοβολία ταξινομείται σε πέντε τύπους με βάση το μήκος κύματος και τη συχνότητα. Περιλαμβάνονται όλα τα κοντινά μήκη κύματος, τα μικρού μήκους κύματος, τα μεσαία μήκη κύματος, το μεγάλο μήκος κύματος και το μακρινό υπέρυθρο.

Τύπος υπέρυθρης ακτινοβολίας

Ο νόμος της ακτινοβολίας Stefan-Boltzmann καθορίζει τον ρυθμό μεταφοράς θερμότητας από την εκπεμπόμενη ακτινοβολία.

Qt=σeAT4

Εδώ, σ=5,67×10-8J/s.m2.k4 είναι η σταθερά Stefan-Boltzmann, A είναι η επιφάνεια του αντικειμένου και T είναι η απόλυτη θερμοκρασία του σε Kelvin

Χαρακτηριστικά της υπέρυθρης ακτινοβολίας

Η υπέρυθρη ακτινοβολία έχει μια ποικιλία ιδιοτήτων, μερικές από τις οποίες παρατίθενται παρακάτω:

Το μήκος κύματος του υπέρυθρου φωτός κυμαίνεται μεταξύ 700 και 1 nm.

Λειτουργεί σε συχνότητες που κυμαίνονται από 430 THz έως 300 GHz.

Ένα εγκάρσιο κύμα είναι υπέρυθρη ακτινοβολία.

Εμφανίζουν την ιδιότητα της διάθλασης, η οποία δεν υπάρχει στο ορατό φως.

Προκαλείται από μια αλλαγή στην κίνηση των ηλεκτρονίων.

Έχει χαρακτηριστικά που προκαλούν τη θέρμανση του σώματος.

Οι εγγύς υπέρυθρες ακτίνες έχουν μήκος κύματος παρόμοιο με το ορατό φως. Μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε τηλεχειριστήρια τηλεόρασης, φωτογραφία και άλλες εφαρμογές.

Σε σύγκριση με τα εγγύς υπέρυθρα μήκη κύματος, οι υπέρυθρες ακτίνες είναι περισσότερη θερμότητα.

Ιδιότητες της υπέρυθρης ακτινοβολίας

Η υπέρυθρη ακτινοβολία έχει μια σειρά από διακριτά χαρακτηριστικά, τα οποία παρατίθενται παρακάτω:

Ηλεκτρονική προέλευση

Όλη η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία, συμπεριλαμβανομένου του υπέρυθρου φωτός, θεωρείται ότι προέρχεται από ένα σημείο όπου αλλάζει η ροή των ηλεκτρονίων.

Εγκάρσια κύματα

Τα εγκάρσια κύματα βρίσκονται σε άλλες ηλεκτρομαγνητικές ακτινοβολίες, όπως το υπέρυθρο. Ως εγκάρσιο κύμα ορίζεται οποιαδήποτε μετατόπιση ή κυματισμός του κύματος που βρίσκεται σε ορθή γωνία προς την κατεύθυνση στην οποία ταξιδεύει η ενέργεια του κύματος.

Ταχύτητα

Σύμφωνα με το "Serway's College Physics", το υπέρυθρο φως ταξιδεύει με ρυθμό 299.792.458 m/s, όπως και άλλες ηλεκτρομαγνητικές ακτινοβολίες.

Απορρόφηση και αντανάκλαση

Η υπέρυθρη ακτινοβολία μπορεί να απορροφηθεί ή να ανακλαστεί με παρόμοιο τρόπο με την ακτινοβολία ορατού φωτός ανάλογα με τη φύση της ουσίας που αγγίζει. Οι υδρατμοί, το CO2 και το όζον, για παράδειγμα, απορροφούν αποτελεσματικά την υπέρυθρη ακτινοβολία.

Θερμικές ιδιότητες

Η θερμότητα είναι ο όρος για τη μεταφορά ενέργειας. Το υπέρυθρο φως είναι ένας από τους φορείς μέσω του οποίου μεταφέρεται η ενέργεια. Η υπέρυθρη ακτινοβολία είναι υπεύθυνη για μεγάλο μέρος της ενέργειας που φθάνει στον πλανήτη από τον ήλιο.

Διάθλαση

Εάν το υπέρυθρο φως πηγαίνει από ένα μέσο, ​​όπως το διάστημα, σε ένα άλλο μέσο με διαφορετική πυκνότητα, όπως η γήινη ατμόσφαιρα, εμφανίζει το χαρακτηριστικό της διάθλασης, που δείχνει ότι η κατεύθυνση όπου ρέει το φως υφίσταται μια μικρή αλλαγή στην κατεύθυνση .

Παρεμβολή

Αυτή η ιδιότητα δηλώνει ότι εάν δύο υπέρυθρες ακτίνες του ίδιου μήκους κύματος συγκρούονται, θα παρεμβαίνουν. Θα ενισχύσουν ή θα ακυρώσουν το ένα το άλλο σε διαφορετικά επίπεδα ανάλογα με τον τρόπο που συναντιούνται.

Εφαρμογή υπέρυθρης ακτινοβολίας 

Οι υπέρυθρες ακτινοβολίες χρησιμοποιούνται με διάφορους τρόπους, όπως:

Εφαρμογή Κοσμετολογίας:

Δεδομένου ότι η υπέρυθρη ακτινοβολία μπορεί να διεισδύσει τρία έως τέσσερα μικρόμετρα στο δέρμα, χρησιμοποιείται συχνά για αισθητικές εφαρμογές όπως η θεραπεία τραυματισμών του δέρματος, η εξομάλυνση των ρυτίδων, η μείωση του επιπολασμού των μαύρων στιγμάτων πιτυρίδας και ούτω καθεξής. Η ακτινοβολία του βοηθά επίσης στη θέρμανση του δέρματος, με αποτέλεσμα τη βελτιωμένη και αυξημένη κυκλοφορία του αίματος και τη συνεχή παροχή οξυγόνου και άλλων θρεπτικών συστατικών στο δέρμα.

Αστρονομία:

Προκειμένου να διερευνήσουν πράγματα από το διάστημα, οι αστρονόμοι χρησιμοποιούν υπέρυθρη ακτινοβολία σε συνδυασμό με οπτικά όργανα όπως ψηφιακούς ανιχνευτές στερεάς κατάστασης, καθρέφτες και φακούς. Με τη χρήση ενός υπέρυθρου τηλεσκοπίου, οι εικόνες που λαμβάνονται από αυτές τις συσκευές μπορούν να αποκρυπτογραφηθούν.

Θεραπεία μασάζ

Οι υπέρυθρες ακτίνες χρησιμοποιούνται κατά τη διάρκεια της θεραπείας μασάζ για να ζεσταθεί το δέρμα, το οποίο βοηθά στη χαλάρωση των μυών. Είναι επίσης προτιμότερο επειδή είναι μη τοξικά και μπορούν να διαπεράσουν το δέρμα.

 Φωτογραφία υπερύθρων

Τα φίλτρα υπέρυθρων χρησιμοποιούνται συνήθως για τη λήψη εικόνων κατά τη διάρκεια της υπέρυθρης φωτογραφίας. Οι φωτογραφίες που καταγράφηκαν για αντικείμενα στο εγγύς υπέρυθρο φάσμα. Οι αποκλειστές υπερύθρων χρησιμοποιήθηκαν στις περισσότερες ψηφιακές φωτογραφικές μηχανές για να κάνουν το εγγύς υπέρυθρο ένα καθαρό μωβ λευκό χρώμα στην τελική εικόνα.

Συμπέρασμα

Ηλεκτρομαγνητική ενέργεια διαφόρων μηκών κύματος εκπέμπεται από τα πάντα στο περιβάλλον μας, όπως ο ήλιος, η γη και άλλες οντότητες. Με την ταχύτητα του ορατού φωτός, η ηλεκτρομαγνητική ενέργεια κινείται στο διάστημα με τη μορφή ημιτονοειδών κυμάτων. Το υπέρυθρο φως, που γενικά περιγράφεται ως υπέρυθρη ακτινοβολία, έχει μήκος κύματος έως και 1050 nm και είναι μια μορφή ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας. Μπορεί να το δει μόνο το ανθρώπινο μάτι υπό ειδικές συνθήκες, καθώς είναι πολύ υψηλότερο από το ορατό φως.