Инфракрасное излучение

Термография льва, в псевдо-цветах

Инфракрасное излучение (от лат. infra - Ниже, сокращенно ИК) - оптическое излучение с длиной волны большей, чем в видимого излучения, что соответствует длине волны, побольше примерно 750 нм.

Человеческое глаз не видит инфракрасного излучения, органы чувств других животных, например, змей и летучих мышей, воспринимают инфракрасное излучение, помогает им хорошо ориентироваться в темноте.

Инфракрасные лучи излучаются всеми телами, имеющих температуру выше абсолютный ноль, максимум интенсивности излучения зависит от температуры. При повышении температуры максимум смещается в сторону коротких волн, т.е. в направлении видимого диапазона. В связи с зависимостью спектра и интенсивности инфракрасного излучения от температуры его часто называют тепловым излучением.

Примерно 52% общей интенсивности излучения Солнца над поверхностью моря в солнечный день приходится на инфракрасный диапазон.


1. Классификация по длине волны

Прозрачность земной атмосферы в инфракрасной области. Провалы на графике соответствуют областям поглощения, которые ассоциируются с различными атомосфернимы газами

В электромагнитном спектре инфрачеровоне излучение ограничено с коротковолнового стороны видимым светом, а с длинноволнового стороны - микроволновым излучением, которое относится к радиочастотного диапазона. Границы диапазонов не являются строго определенными.

Существует несколько стандартов классификации инфраструктуры красного излучения.

По определению Международной комиссии по освещенности за длиной волны инфракрасное излучение подразделяется на три диапазона [1] :

  • IR-A - от 700 до 1400 нм,
  • IR-B - от 1400 до 3000 нм,
  • IR-C - от 3000 нм до 1 мм.

Первый из этих диапазонов, IR-A называют также ближними инфракрасными волнами. Он определяется окном в спектре поглощения воды и в основном используется для оптоволоконных телекоммуникаций, потому электромагнитные волны этого диапазона слабо поглощаются стеклом.

По стандарту ISO 20473 [2] инфракрасное излучение делится на три диапазона

  • ближний инфракрасное излучение - от 780 до 3000 нм
  • среднее инфракрасное излучение - от 3000 до 50 000 нм
  • дальнее инфракрасное излучение - от 50 до 1000 мкм

В астрономии используется следующая классификация [3] :

  • ближний инфракрасное излучение - от 700 до 5000 нм
  • среднее инфракрасное излучение - от 5000 до (25-40) мкм
  • дальнее инфракрасное излучение - от (25-40) мкм до (200-350) мкм

Еще одна схема классификация основана на чувствительности типа детекторов [4]

  • Ближний инфракрасное излучение - это область от 700 до 1000 нм, т.е. от приблизительной границы человеческого зрения к диапазону кремниевых детекторов.
  • Коротковолновое инфракрасное излучение - область длин волн от 1 до 3 микрон, т.е. от границы чувствительности кремниевых детекторов к окну прозрачности атмосферы. Детекторы на основе InGaAs покрывают область до 1,8 микрон, всю эту область покрывают менее чувствительны детекторы на основе солей свинца.
  • Средневолновое инфракрасное излучение "- область, соответствует атмосферному окну, от 3 ​​до 5 микрон. В этой области работают детекторы на основе антимонида индия InSb, HgCdTe и отчасти на основе PbSe).
  • длинноволновое инфракрасное излучение - по различным определениям область длин волн от 8 до 12 мкм, или от 7 до 14 мкм. Это область атмосефрного окна, в которой работают детекторы на основе HgCdTe и микроболометры.
  • Очень длинноволновое червеоне излучения - область длин волн от 12 до 30 мкм, где работают детекторы на основе легированного кремния.

2. Использование

Основная статья Инфракрасная спектроскопия
Основная статья Тепловидения

Инфракрасная спектроскопия позволяет получить информацию о структуре молекул и твердых тел и типы атомных колебаний в них. На инфракрасный диапазон приходятся частоты колебаний атомов в молекулах и твердых телах, а также частично частоты электронных переходов. В этой области лежат ширины запрещенных зон узкозонных полупроводников, что создает возможности для использования полупроводниковых веществ в качестве детекторов инфракрасного света и источников электромагнитных волн в телекоммуникационных приборах. Материалы, такие как кремний имеют небольшую ширину запрещенной зоны, а потому прозрачные только в инфракрасной области спектра. Соответственно, изготовленные на основе кремния светодиоды и лазеры излучают только инфракрасные волны. Инфракрасная спектроскопия особенно эффективна при исследовании органических вещества, так как частоты нормальных мод, соответствующих колебаниям в радикалах вроде СH 2 хорошо известны.


Одним из применений инфракрасного излучения является приборы ночного видения, регистрирующие тепловое излучение предметов окружения и превращают его в видимое изображение. В военной технике инфракрасные лучи используются также для наведения ракет на тепловое излучение самолетов и вертолетов.

Инфракрасные диоды и фотодиоды используются в пультах дистанционного управления, системах автоматики, охранных системах и т.д. Они не отвлекают внимание человека в силу своей невидимости.

Инфракрасные излучатели применяют в промышленности для сушки лакокрасочных поверхностей. Инфракрасный метод сушки имеет существенные преимущества перед традиционным, конвекционным методом. В первую очередь это, безусловно, экономический эффект. Скорость и потрачена энергия при инфрачервоновому сушке меньше тех же показателей при традиционных методах. Положительным побочным эффектом так же является стерилизация пищевых продуктов, повышение устойчивости к коррозии поверхностей покрываемых красками. Недостатком же является существенно большая неравномерность нагрева, что в ряде технологических процессов абсолютно неприйнятливо. Особенностью применения ИК-излучения в пищевой промышленности является возможность проникновения электромагнитной волны в такие капиллярно-пористые продукты, как зерно, крупа, мука и т.д. на глубину до 7 мм. Эта величина зависит от характера поверхности, структуры, свойств материала и частотной характеристики излучения. Электромагнитная волна определенного частотного диапазона оказывает не только термическое, но и биологическое воздействие на продукт, способствует ускорению биохимических превращений в биологических полимерах ( крахмал, белок, липиды). Конвейерные сушильные транспортеры с успехом могут использоваться при закладке зерна в зернохранилища и в борошномельный промышленности.

Кроме того, в последнее время инфракрасное излучение все чаще начинают применять для обогрева помещений и уличных пространств. Инфракрасные обогреватели используются для организации дополнительного или основного отопления в помещениях (домах, квартирах, офисах и т.п.), а так же для локального обогрева уличного пространства (уличные кафе, беседки, веранды).


3. Парниковый эффект

Основная статья Парниковый эффект

Поглощения и повторное излучение инфракрасного света некоторыми газами является причиной парникового эффекта, что значительно повышает температуру поверхности планет, в частности Земли.

4. Историческая справка

Инфракрасное излучение открыл в 1800 году Вильям Гершель, исследуя распределение энергии в спектре при помощи чувствительного термометра.

См.. также

5. Сноски

  1. Henderson, Roy. "Wavelength considerations". Instituts f?r Umform-und Hochleistungs. Архив оригинала за 2007-10-28 . http://web.archive.org/web/20071028072110/http://info.tuwien.ac.at/iflt/safety/section1/1_1_1.htm . Проверено 2007-10-18 .
  2. "ISO 20473:2007". ISO.
  3. IPAC Staff. "Near, Mid and Far-Infrared". NASA ipac . http://www.ipac.caltech.edu/Outreach/Edu/Regions/irregions.html . Проверено 2007-04-04 .
  4. Miller, Principles of Infrared Technology (Van Nostrand Reinhold, 1992), and Miller and Friedman, Photonic Rules of Thumb, 2004. ISBN 978-0-442-01210-6 Шаблон: Page needed