Інфрачервоне випромінювання (ІЧ) або інфрачервоне світло - це тип випромінюючої енергії, який невидимий людським очам, але який ми можемо відчувати як тепло. Усі об’єкти у Всесвіті випромінюють певний рівень ІЧ-випромінювання, але два найбільш очевидних джерела - це сонце та вогонь.
ІЧ - це тип електромагнітного випромінювання, континуум частот, що утворюються, коли атоми поглинають, а потім вивільняють енергію. Електромагнітне випромінювання від найвищої до найнижчої частоти включає гамма-промені, рентгенівські випромінювання, ультрафіолетове випромінювання, видиме світло, інфрачервоне випромінювання, мікрохвилі та радіохвилі. Разом ці види випромінювання складають електромагнітний спектр.
Британський астроном Вільям Гершель виявив інфрачервоне світло в 1800 році, повідомляє NASA. В експерименті для вимірювання різниці температур між кольорами у видимому спектрі він розмістив термометри на шляху світла в межах кожного кольору видимого спектру. Він спостерігав підвищення температури від синього до червоного, і виявив ще тепліше вимірювання температури за межами червоного кінця видимого спектру.
У електромагнітному спектрі інфрачервоні хвилі виникають на частотах, що перевищують частоти мікрохвильових печей і трохи нижче, ніж у червоного видимого світла, звідси і назва "інфрачервона". За даними Каліфорнійського технологічного інституту (Caltech), хвилі інфрачервоного випромінювання довші, ніж видимого світла. ІЧ-частоти коливаються від приблизно 3 гігагерц (ГГц) до приблизно 400 терагерц (ТГц), а довжина хвилі, за оцінками, становить від 1000 мікрометрів (мкм) до 760 нанометрів (2.9921 дюйма), хоча ці значення не є остаточними, повідомляє NASA.
Подібно спектру видимого світла, який коливається від фіолетового (найкоротша довжина хвилі видимого світла) до червоного (найдовша довжина хвилі), інфрачервоне випромінювання має свій діапазон довжин хвиль. Більш короткі хвилі "ближнього інфрачервоного випромінювання", які ближче до видимого світла в електромагнітному спектрі, не випромінюють тепла, який можна виявити, і є тим, що скидається з пульта дистанційного керування телевізора для зміни каналів. Більш довгі хвилі "далекого інфрачервоного випромінювання", які ближче до секції НВЧ по електромагнітному спектру, можуть відчуватися як сильне тепло, наприклад, тепло від сонячного світла або вогню, повідомляє NASA.
ІЧ-випромінювання - це один із трьох способів передачі тепла з одного місця в інше, інші два - конвекція та провідність. Все, що має температуру вище 5 градусів Кельвіна (мінус 450 градусів Фаренгейта або мінус 268 градусів Цельсія), випромінює ІЧ-випромінювання. Сонце виділяє половину всієї енергії у вигляді ІЧ, і значна частина видимого світла зірки поглинається та випромінюється як ІЧ, повідомляє університет Теннессі.
Домашнє користування
Побутові прилади, такі як теплові лампи та тостери, використовують ІЧ-випромінювання для передачі тепла, як і промислові обігрівачі, такі як для сушіння та затвердіння матеріалів. Лампи розжарювання перетворюють лише близько 10 відсотків своєї введеної електричної енергії у енергію видимого світла, а інші 90 відсотків перетворюються на інфрачервоне випромінювання, повідомляє Агентство з охорони навколишнього середовища.
Інфрачервоні лазери можна використовувати для точкового зв’язку на відстані в кілька сотень метрів або ярдів. Телевізійні пульти дистанційного керування, які покладаються на інфрачервоне випромінювання, вистрілюють імпульси ІЧ-енергії від світлодіода (світлодіода) до ІЧ-приймача в телевізорі, згідно з даними How Stuff Works. Приймач перетворює світлові імпульси в електричні сигнали, які доручають мікропроцесору виконувати запрограмовану команду.
Інфрачервоне зондування
Одне з найкорисніших застосувань ІЧ-спектру - у зондуванні та виявленні. Усі об'єкти на Землі випромінюють ІЧ-випромінювання у вигляді тепла. Це можна визначити за допомогою електронних датчиків, таких як окуляри нічного бачення та інфрачервоні камери.
Простим прикладом такого датчика є болометр, який складається з телескопа з терморезистором, чутливим до температури, або термістором у своєму фокусному центрі, згідно з даними Каліфорнійського університету в Берклі (UCB). Якщо тепле тіло потрапляє в поле зору цього приладу, тепло викликає помітну зміну напруги в термісторі.
Камери нічного бачення використовують більш досконалу версію болометра. Ці камери, як правило, містять мікросхеми зображень, пов'язаних із зарядом (CCD), чутливі до ІЧ-світла. Зображення, утворене CCD, може потім відтворюватися у видимому світлі. Ці системи можуть бути зроблені досить малі, щоб їх можна було використовувати в портативних пристроях або захисних окулярах нічного бачення. Камери можуть також використовуватися для прицілів гармати з або без додавання ІЧ-лазера для націлювання.
Інфрачервона спектроскопія вимірює ІЧ-викиди з матеріалів на певній довжині хвилі. ІЧ-спектр речовини буде показувати характерні занурення та піки, оскільки фотони (частинки світла) поглинаються або випромінюються електронами в молекулах у міру переходу електронів між орбітами або рівнями енергії. Цю спектроскопічну інформацію потім можна використовувати для ідентифікації речовин та контролю хімічних реакцій.
За словами Роберта Майяновича, професора фізики Державного університету Міссурі, інфрачервона спектроскопія, така як інфрачервона спектроскопія перетворення Фур'є (FTIR), є дуже корисною для численних наукових застосувань. До них належить вивчення молекулярних систем та 2D матеріалів, таких як графен.
Інфрачервона астрономія
Caltech описує інфрачервону астрономію як "виявлення та вивчення інфрачервоного випромінювання (теплової енергії), випромінюваного від об'єктів Всесвіту". Успіхи в системах візуалізації ІЧ-ПЗЗ дозволили детально спостерігати за розподілом джерел ІЧ в просторі, виявляючи складні структури в туманностях, галактиках та масштабній структурі Всесвіту.
Однією з переваг ІЧ-спостереження є те, що воно може виявити занадто круті об'єкти, щоб випромінювати видиме світло. Це призвело до виявлення раніше невідомих об’єктів, включаючи комети, астероїди та мудрі міжзоряні хмари пилу, які, здається, переважають у всій галактиці.
ІЧ-астрономія особливо корисна для спостереження за холодними молекулами газу та для визначення хімічного складу частинок пилу в міжзоряному середовищі, сказав Роберт Паттерсон, професор астрономії Державного університету Міссурі. Ці спостереження проводяться за допомогою спеціалізованих детекторів CCD, чутливих до ІЧ-фотонів.
Ще одна перевага ІЧ-випромінювання полягає в тому, що довша довжина хвилі означає, що він не розсіює стільки, скільки видиме світло, повідомляє NASA. У той час як видиме світло може бути поглинене або відбите частинками газу та пилу, довші ІЧ-хвилі просто обходять ці невеликі перешкоди. Завдяки цій властивості ІЧ можна використовувати для спостереження за об'єктами, світло яких затьмарене газом і пилом. До таких об'єктів відносяться новоутворюючі зірки, занурені в туманності або центр земної галактики.
Цю статтю оновлено 27 лютого 2019 р. Доповідачем Live Science Трачі Педерсен.
