Инфрацрвено зрачење

Инфрацрвено зрачење или инфрацрвена светлост ( – „испод“; скраћено -{IR}- од )Dr. S. C. Liew "Electromagnetic Waves", publisher=Centre for Remote Imaging, Sensing and Processing, 2006. обухвата електромагнетско зрачење с таласним дужинама већим од таласне дужине видљиве црвене светлости, а мањим од таласне дужине радио таласа. То је распон од приближно 750 -{nm}- до 3 -{mm}-, односно од 4,5*1014 до 1012 -{Hz}-, (мада људи могу да виде инфрацрвену светлост до бар 1050 -{nm}- у експериментима). Распон енергије коју преносе креће се од 4,7 до 0,01 -{eV}-.

Инфрацрвену радијацију је открио 1800. године астроном Сер Вилхелм Хершел, који је открио тип невидљиве радијације у спектру с нижом енергијом од црвеног светла, путем њеног дејства на термометар.> Касније је утврђено да нешто више од половине тоталне енергије Сунца доспева на земљу у облику инфрацрвеног зрачења. Баланс између апсорбоване и емитоване инфрацрвене радијације има критичан ефекат на климу Земље.

Те таласе емитују загрејана тела и неки молекули када се нађу у побуђеном стању. Добро их апсорбира већина материја при чему се енергија инфрацрвеног зрачења претвара у унутрашњу енергију што резултира порастом температуре. Сунчева светлост омогућује отприлике снагу зрачења од 1004 W по квадратном метру; од тога на инфрацрвено зрачење отпада 527 W, 445 W на видљиву светлост и 32 W на ултраљубичасто зрачење."Reference Solar Spectral Irradiance: Air Mass 1.5" , 2009.

Инфрацрвена радијација налази индустријске, научне, и медицинске примене. Уређаји за ноћни вид који користе активну блиско инфрацрвену илуминацију омогућавају људима да виде у мраку, а да посматрач не буде детектован. Инфрацрвена астрономија користи телескопе опремљене сензорима за пенетрацију прашњавих региона свемира, као што су молекулски облаци; детектовање објеката као што су планете, и за посматрање високо црвено-померених објеката из раних дана свемира. Камере са инфрацрвено термалним сликама се користе за детектовање топлотних губитака изолованих система, за посматрање променљивог крвног протока у кожи, и за детектовање прегревања електричних апарата.

Топлотно-инфрацрвене слике се екстензивно користе за војне и цивилне сврхе. Војне примене обухватају аквизиције мете, присмотру, ноћни вид, навођење и праћење. Људи са нормалном телесном температуром емитују углавном на таласним дужинама око 10 -{μm}- (микрометара). Цивилне примене обухватају анализу термалне ефикасности, праћење стања животне средине, инспекцију индустријских постројења, даљинско очитавање температуре, краткораспонску бежичну комуникацију, спектроскопију, и временске прогнозе.

Преглед Инфрацрвена термографија или термално снимање се доста користи у војне и цивилне сврхе. Војна примена обухвата активно откривање циљева у мраку, праћење и откривање непријатеља, те за праћење циљева на пројектилима. Цивилне примене укључују проучавање ступња термичког искориштења објеката, даљинско мерење температуре, блиске бежичне комуникације, спектроскопију и временску прогнозу. Инфрацрвена астрономија користи телескопе са -{IC}- сензорима за откривање подручја која су прекривена прашином, као што су молекуларни облаци, за откривање планета и за гледање објеката са великим црвеним помаком, који потјечу из времена настајања свемира.

Људско тело нормално зрачи са таласним дужинама од отприлике 12 -{μм}-, као што се може израчунати из Виновог закона помака.

Спектроскопија инфрацрвеног зрачења (-{IR}- спектроскопија) користи инфрацрвено зрачење као медиј проучавања, које емитују молекули захваљујући својим вибрацијама. Апсорбовањем инфрацрвеног зрачења молекулске вибрације се побуђују, па молекули почињу јаче да вибрирају. Због тога се инфрацрвена спектроскопија, заједно с рамановом спектроскопијом зове вибрацијска спектроскопија. Слободни атоми не емитују инфрацрвено зрачење. Сваки молекул има карактеристичне вибрације, које зависе од чврстоћа веза и маса делова молекула који вибрирају.Reusch William, 1999.

Инфрацрвено зрачење обухвата широк распон електромагнетског зрачења, а како сензори покривају само одређена подручја -{IC}- спектра, постоје разне поделе које детаљније одређују подручја.

Подела према -{CIE}- Међународна комисија за расвету (скраћено -{CIE}- од ) дели инфрацрвено зрачење у 3 подручја:Henderson Roy, "Wavelength considerations", publisher=Instituts für Umform- und Hochleistungs, 2007. -{IC – A: 700 nm–1400 nm (0,7 µm – 1,4 µm)}- -{IC – B: 1400 nm–3000 nm (1,4 µm – 3 µm)}- -{IC – C: 3000 nm–1 mm (3 µm – 1000 µm)}- Ипак, најчешће се инфрацрвено зрачење дели на 5 подручја: Блиско инфрацрвено подручје: (0,7 -{µm}- – 1,4 -{µm}-), то је подручје одређено са апсорпцијом водене паре. Обично се користи за оптичка влакна у телекомуникацијама, због малих губитака пригушења силицијум-диоксида (-{SiO2}-). За активно откривање циљева у мраку, ово је подручје врло осетљиво и користи се за наочаре за ноћно посматрање. Краткоталасно инфрацрвено подручје: (1,4 -{µm}- – 3 -{µm}-), то је подручје где се апсорпција водене паре јако повећава, на таласној дужини 1450 -{nm}-. Подручје од 1530 до 1560 -{nm}- је врло важно подручје за телекомуникације на великим удаљеностима. Средњеталасно инфрацрвено подручје: (3 -{µm}- – 8 -{µm}-), то је подручје значајно зато што има „атмосферски прозор“ или подручје у којем нити један стакленички гас не упија Сунчево топлотно зрачење. Дуготаласно инфрацрвено подручје: (8 -{µm}- – 15 -{µm}-), то је подручје „термалног снимања“, где се могу добити најбоље -{IC}- слике, када нема светлости Сунца или месеца. Далеко инфрацрвено подручје: (15 -{µm}- – 1000 -{µm}-), то је подручје значајно за далеки инфрацрвени ласер.

Подела према -{ISO 20473}- Међународна организација за стандардизацију у свом стандарду -{ISO}- 20473 дели инфрацрвено зрачење на 3 подручја:

Ознака Скраћеница Таласна дужина Блиско инфрацрвено подручје -{NIR}- 0,78—3 -{µm}- Средње инфрацрвено подручје -{MIR}- 3—50 -{µm}- Далеко инфрацрвено подручје -{FIR}- 50—1000 -{µm}-

Астрономска подела инфрацрвеног зрачења Астрономи деле инфрацрвено зрачење на 3 подручја:

Ознака Скраћеница Таласна дужина Блиско инфрацрвено подручје -{NIR}- (0,7—1) до 5 -{µm}- Средње инфрацрвено подручје МИР-{}- 5 до (25—40) -{µm}- Далеко инфрацрвено подручје -{FIR}- (25—40) до (200—350) -{µm}-. Подмилиметарско инфрацр. подручје -{THz}- 100 до 1000 -{µm}- (1 -{mm}-).

Подела према електронским сензорима Инфрацрвено зрачење се може поделити према разним електронским сензорима, који имају одзив у тим подручјима:Miller; Principles of Infrared Technology, Van Nostrand Reinhold, 1992. Блиско инфрацрвено подручје: (-{0,7 µm – 1,0 µm}-), то је подручје од краја осећаја људског ока до одзива силицијума. Краткоталасно инфрацрвено подручје: (-{1,0 µm – 3 µm}-), то је подручје од одзива силицијума до подручја „атмосферског прозора“. То подручје покрива полупроводник -{In}- -{Ga}- -{As}- на таласној дужини око 1,8 -{µm}-, а мање су осетљиве оловне соли. Средњеталасно инфрацрвено подручје: (-{3 µm – 5 µm}-), то је подручје „атмосферског прозора“, и покривају га полупроводници -{InSb}-, -{Hg}- -{Cd}- -{Te}- и делимично -{Pb}- -{Se}-. Дуготаласно инфрацрвено подручје: (-{8 µm – 12 µm}- или -{7 µm – 14 µm}-), покривају га полуводници -{HgCdTe}- и микроболометри. Врло дуготаласно инфрацрвено подручје: (-{12 µm – 30 µm}-), покрива га силицијум с примесама.

Подела према телекомуникацијским подручјима Инфрацрвено зрачење се дели у комуникацијама с оптичким влакнима у 7 појаса:Ramaswami Rajiv, 2002. "Optical Fiber Communication: From Transmission to Networking", publisher=IEEE, 2006.

ПојасОписРаспон таласних дужинаО појасИзворни1260–1360 -{nm}-Е појасПроширени1360–1460 -{nm}-С појасКраткоталасни1460–1530 -{nm}-Ц појасОсновни 1530–1565 -{nm}-Л појасДуготаласни1565–1625 -{nm}-У појасЈако дуготаласни1625–1675 -{nm}-

Ц – појас превладава за телекомуникацијске мреже на велике удаљености.

Топлотно зрачење Инфрацрвено зрачење се често назива „топлотним зрачењем“, будући да многи верују да топлота долази од -{IC}- зрачења. Али то је заблуда, будући и да остало електромагнетско зрачење, чак и видљива светлост, греју површине, које га упијају. Инфрацрвено зрачење са Сунца доприноси око 49% загревању Земље, док остало је у видљивом делу спектра и мањи део, око 3% у ултраљубичастом делу спектра. Објекти који имају собну температуру, зраче у -{IC}- подручју, углавном од 8 до 25 -{µm}- таласне дужине."Introduction to Solar Energy"

Топлота је енергија која ће остварити пренос топлоте, ако постоји разлика температура. Топлота се може пренети кондукцијом топлоте или проводљивошћу, конвекцијом или преношењем топлоте, и електромагнетним зрачењем, а то је једини начин како се може пренети топлота у вакууму. 229px284pxГлавнина људског електромагнетског зрачења је у подручју инфрацрвеног зрачења. Неки су материјали прозирни за инфрацрвено зрачење, али непрозирни за видљиву светлост, као пластична црна врећа. Неки су материјали прозирни за видљиву светлост, али непрозирни и одбијају инфрацрвено зрачење, као стакло на наочарима. Појам емисивности је врло важан за разумевање инфрацрвеног зрачења неког објекта. То својство материје успоређује топлотно зрачење неког објекта са топлотним зрачењем идеалног црног тела. Другим речима, два објекта која имају исту температуру, неће се појавити са једнаким интензитетом на термалној слици; онај који има већу емисивност, ће бити интензивнији.McCreary Jeremy, 2004. , publisher=Digital Photography For What It's Worth

Примена Ноћно гледање Уређаји са ноћно гледање се користе када нема довољно светла за нормално гледање. Ови уређаји раде поступком претварања светлосних фотона у електроне, који се затим појачавају, хемијским или електричним поступцима, и затим поново претварају назад у видљиве фотоне. Ноћно гледање не треба мешати са инфрацрвеном термографијом, која ствара слике на основи разлике температуре различитих објеката., 2017.

Инфрацрвеном термографијом Инфрацрвена термографија, термално снимање, термографско снимање, или термални видео, је тип науке инфрацрвеног снимања. Термографске камере опажају зрачење у инфрацрвеном појасу електромагнетског спектра (угрубо 0,9—14 -{μm}-) и стварају снимке тог зрачења које се назива термограмима.

Како инфрацрвено зрачење емитују сва тела зависно од њихове температуре, према закону зрачења црног тела, термографија омогућава „гледање“ околине без видљивог осветљења. Количина зрачења се повећава с температуром, стога термографија омогућава да се види промене температуре (отуда и име термографија). Гледани термографском камером, топли предмети се добро истичу у односу на хладнију позадину; људи и друге топлокрвне животиње постају лако видљиви у односу на околину, дању и ноћу. Стога се широка употреба термографије историјски везује за војне примене и за службе осигурања.

Остале врсте сликања Инфрацрвена фотографија, инфрацрвени филтри служе да се направе слике у блиском инфрацрвеном подручју. Дигитални фотоапарати користе често инфрацрвене „блокере“, док јефтинији дигитални фотоапарати и камере на мобилним телефонима, „виде“ сјајне љубичасто-беле мрље у блиском инфрацрвеном подручју. Новија технологија, која је још у развоју, је сликање у подручју таласне дужине терахерца. мини|десно|250п|Инфрацрвена грејалица

Навођење пројектила Навођење пројектила користи електромагнетско зрачење у инфрацрвеном подручју за праћење циљева и уништавање. У 25 година ратовања, 90% војних губитака САД у опреми је било због пројектила са инфрацрвеним навођењем.Mahulikar, S.P., Sonawane, H.R., & Rao, G.A.:

Грејање

Инфрацрвено зрачење

Źródło i licencja