Инфрачервеното лъчение (инфрачервеното лъчение) или инфрачервената светлина е вид лъчева енергия, невидима за човешките очи, но която можем да усетим като топлина. Всички обекти във Вселената излъчват някакво ниво на ИЧ лъчение, но два от най-очевидните източници са слънцето и огънят.
IR е вид електромагнитно излъчване, континуум от честоти, произведени, когато атомите абсорбират и след това освобождават енергия. От най-висока до най-ниска честота, електромагнитното лъчение включва гама-лъчи, рентгенови лъчи, ултравиолетово лъчение, видима светлина, инфрачервено лъчение, микровълни и радиовълни. Заедно тези видове радиация съставят електромагнитния спектър.
Британският астроном Уилям Хершел е открил инфрачервена светлина през 1800 г., според НАСА. В експеримент за измерване на разликата в температурата между цветовете във видимия спектър той постави термометри по пътя на светлината в рамките на всеки цвят от видимия спектър. Той наблюдава повишаване на температурата от синьо до червено и откри още по-топло измерване на температурата точно отвъд червения край на видимия спектър.
В електромагнитния спектър инфрачервените вълни се появяват на честоти над честотите на микровълните и точно под тези на червената видима светлина, оттук и името "инфрачервена". Вълните на инфрачервеното лъчение са по-дълги от тези на видимата светлина, според Калифорнийския технологичен институт (Caltech). ИЧ честотите варират от около 3 гигагерца (GHz) до около 400 терагерца (THz), а дължините на вълните се изчисляват между 1000 микрометра (µm) и 760 нанометра (2.9921 инча), въпреки че тези стойности не са окончателни, според НАСА.
Подобно на спектъра на видимата светлина, който варира от виолетов (най-късата дължина на вълната на видимата светлина) до червения (най-дългата дължина на вълната), инфрачервеното лъчение има свой диапазон от дължини на вълните. По-късите вълни, близки до инфрачервените лъчи, които са по-близо до видимата светлина в електромагнитния спектър, не излъчват никаква откриваема топлина и са това, което се изхвърля от дистанционното управление на телевизора за промяна на каналите. По-дългите "далечни инфрачервени" вълни, които са по-близо до секцията на микровълновата на електромагнитния спектър, могат да се усещат като интензивна топлина, като топлината от слънчева светлина или огън, според НАСА.
ИЧ лъчението е един от трите начина, по които топлината се предава от едно място на друго, като другите два са конвекция и проводимост. Всичко с температура над около 5 градуса Келвин (минус 450 градуса по Фаренхайт или минус 268 градуса по Целзий) излъчва ИЧ лъчение. Слънцето отделя половината от общата си енергия като IR и голяма част от видимата светлина на звездата се абсорбира и излъчва отново като IR, според Университета в Тенеси.
Домакински приложения
Домакинските уреди като топлинни лампи и тостери използват инфрачервено лъчение за предаване на топлина, както и индустриалните нагреватели, като тези, използвани за сушене и втвърдяване на материали. Крушките с нажежаема жичка превръщат само около 10 процента от своята електрическа енергия във видима светлинна енергия, докато останалите 90 процента се превръщат в инфрачервено лъчение, според Агенцията за опазване на околната среда.
Инфрачервените лазери могат да се използват за комуникация от точка до точка на разстояния от няколкостотин метра или ярда. Телевизионните дистанционни управления, които разчитат на инфрачервено лъчение, изстрелват импулси от ИЧ енергия от светодиод (LED) към IR приемник в телевизора, според How Stuff Works. Приемникът преобразува светлинните импулси в електрически сигнали, които инструктират микропроцесор да изпълни програмираната команда.
Инфрачервено усещане
Едно от най-полезните приложения на инфрачервения спектър е в откриването и откриването. Всички обекти на Земята излъчват ИЧ лъчение под формата на топлина. Това може да бъде открито чрез електронни сензори, като тези, използвани в очила за нощно виждане и инфрачервени камери.
Прост пример за такъв сензор е болометърът, който се състои от телескоп с чувствителен към температурата резистор или термистор във фокуса му, според Калифорнийския университет в Бъркли (UCB). Ако топло тяло попадне в зрителното поле на този инструмент, топлината причинява видима промяна в напрежението в термистора.
Камерите за нощно виждане използват по-сложна версия на болометър. Тези камери обикновено съдържат чипове за изобразяване на устройство (CCD), свързани с зареждане, които са чувствителни към инфрачервена светлина. Образът, образуван от CCD, след това може да бъде възпроизведен във видима светлина. Тези системи могат да бъдат направени достатъчно малки, за да се използват в ръчни устройства или носещи очила за нощно виждане. Камерите могат да се използват и за мерници с пистолет със или без добавяне на инфрачервен лазер за насочване.
Инфрачервената спектроскопия измерва ИЧ емисиите от материали с определена дължина на вълната. Инфрачервеният спектър на веществото ще покаже характерни спадове и пикове, тъй като фотоните (частиците светлина) се абсорбират или излъчват от електрони в молекулите като електроните преминават между орбитите или енергийните нива. Тази спектроскопска информация може след това да се използва за идентифициране на вещества и наблюдение на химичните реакции.
Според Робърт Маянович, професор по физика в Държавния университет в Мисури, инфрачервената спектроскопия, като спектроскопия за трансформация на Фурие (FTIR), е много полезна за множество научни приложения. Те включват изследване на молекулни системи и 2D материали, като графен.
Инфрачервена астрономия
Калтех описва инфрачервената астрономия като „откриване и изследване на инфрачервеното лъчение (топлинната енергия), излъчвано от обекти във Вселената“. Напредъкът на IR CCD системи за изобразяване позволи детайлно наблюдение на разпределението на ИЧ източниците в пространството, разкривайки сложни структури в мъглявините, галактиките и мащабната структура на Вселената.
Едно от предимствата на IR наблюдението е, че той може да открива твърде готини обекти, за да излъчват видима светлина. Това доведе до откриването на неизвестни досега обекти, включително комети, астероиди и мъгливи междузвездни прахови облаци, които изглежда са разпространени в цялата галактика.
IR астрономията е особено полезна за наблюдение на студени молекули на газ и за определяне на химическия състав на праховите частици в междузвездната среда, заяви Робърт Патерсън, професор по астрономия в държавния университет в Мисури. Тези наблюдения се провеждат с помощта на специализирани CCD детектори, които са чувствителни към IR фотоните.
Друго предимство на инфрачервеното лъчение е, че по-дългата му дължина на вълната означава, че той не разсейва толкова, колкото видимата светлина, според НАСА. Докато видимата светлина може да бъде абсорбирана или отразена от частици газ и прах, по-дългите ИК вълни просто обикалят тези малки препятствия. Поради това свойство, IR може да се използва за наблюдение на обекти, чиято светлина е затъмнена от газ и прах. Такива обекти включват новообразуващи се звезди, вградени в мъглявини или центъра на земната галактика.
Тази статия е актуализирана на 27 февруари 2019 г. от сътрудника на науката на живо Traci Pedersen.
