적외선과 그 응용

파장이 0.74미크론에서 2mm인 전자기 방사선은 물리학에서 적외선 또는 적외선이라고 하며 약어로는 «IR»입니다. 그것은 가시 광선(빨간색 영역에서 발생)과 단파 무선 주파수 범위 사이에 있는 전자기 스펙트럼의 해당 부분을 차지합니다.

적외선은 실제로 인간의 눈에 빛으로 인식되지 않고 특정 색상이 없지만 그럼에도 불구하고 광학 복사에 속하며 현대 기술에서 널리 사용됩니다.

특징적인 적외선은 신체의 표면을 가열하기 때문에 적외선을 흔히 열복사라고도 합니다. 전체 적외선 영역은 조건부로 세 부분으로 나뉩니다.

• 원적외선 영역 - 파장이 50~2000미크론입니다.

• 중적외선 영역 - 파장이 2.5~50미크론입니다.

• 근적외선 영역 — 0.74 ~ 2.5 미크론.

적외선은 1800년대에 발견되었습니다.영국 천문학자 William Herschel에 의해, 그리고 나중에 1802년에 영국 과학자 William Wollaston에 의해 독립적으로.

IR 스펙트럼

적외선 형태로 얻은 원자 스펙트럼은 선형입니다. 응축 물질 스펙트럼 — 연속; 분자 스펙트럼은 줄무늬가 있습니다. 결론은 적외선의 경우 전자기 스펙트럼의 가시광선 및 자외선 영역과 비교하여 반사 계수, 투과율, 굴절 계수와 같은 물질의 광학적 특성이 매우 다르다는 것입니다.

대부분의 물질은 가시광선을 투과하지만 적외선 범위의 일부에서는 파동에 대해 불투명한 것으로 밝혀졌습니다.

예를 들어, 수 센티미터 두께의 물층은 1미크론보다 긴 적외선에 대해 불투명하며 일부 조건에서는 열 보호 필터로 사용할 수 있습니다. 그리고 게르마늄이나 실리콘 층은 가시광선은 투과시키지 않고 특정 파장의 적외선은 잘 투과시킨다. 원적외선은 검은 종이에 의해 쉽게 전달되며 이를 격리하는 필터 역할을 할 수 있습니다.

알루미늄, 금, 은, 구리와 같은 대부분의 금속은 더 긴 파장의 적외선을 반사합니다. 예를 들어 10미크론의 적외선 파장에서 금속의 반사율은 98%에 이릅니다. 비금속 성질의 고체 및 액체는 특정 물질의 화학적 조성에 따라 IR 범위의 일부만 반사합니다. 이러한 적외선과 다양한 매체의 상호 작용 특성으로 인해 많은 연구에서 성공적으로 사용됩니다.

적외선 산란

지구 대기를 통과하는 태양이 방출하는 적외선은 공기 분자와 원자에 의해 부분적으로 산란되고 감쇠됩니다. 대기 중의 산소와 질소는 적외선을 부분적으로 약화시켜 산란시키지만 가시광선의 일부를 흡수하기 때문에 완전히 흡수하지는 못합니다.

대기 중에 포함된 물, 이산화탄소, 오존은 적외선을 부분적으로 흡수하며 물은 적외선 흡수 스펙트럼이 적외선 스펙트럼 전체 영역에 걸쳐 떨어지기 때문에 물이 가장 많이 흡수하고 이산화탄소의 흡수 스펙트럼은 중간 영역에만 떨어지기 때문입니다. .

지구 표면 근처의 대기층은 연기, 먼지 및 물이 에너지를 더 감쇠시켜 입자에 에너지를 분산시키기 때문에 적외선 복사를 거의 전달하지 않습니다. 입자(연기, 먼지, 물 등)가 작을수록 IR 산란이 적고 가시 파장 산란이 더 많습니다. 이 효과는 적외선 사진에 사용됩니다.

적외선 방사원

지구에 사는 우리에게 태양은 전자기 스펙트럼의 절반이 적외선 범위에 있기 때문에 매우 강력한 천연 적외선 복사원입니다. 백열 램프의 적외선 스펙트럼은 방사 에너지의 최대 80%입니다.

또한 인공 적외선 방사원에는 전기 아크, 가스 방전 램프 및 물론 가열 요소의 가정용 히터가 포함됩니다.과학에서는 적외선을 얻기 위해 Nernst 핀, 텅스텐 필라멘트, 고압 수은 램프 및 특수 IR 레이저가 사용됩니다 (네오디뮴 유리는 1.06 미크론의 파장을 제공하고 헬륨-네온 레이저는 1.15 및 3.39입니다. 미크론, 이산화탄소 — 10.6 미크론).

IR 수신기

적외선 수신기의 작동 원리는 입사 방사선의 에너지를 측정 및 사용에 사용할 수 있는 다른 형태의 에너지로 변환하는 것을 기반으로 합니다. 수신기에 흡수된 적외선이 감열 소자를 가열하고 온도 상승이 기록됩니다.

광전 IR 수신기는 작동하도록 설계된 IR 스펙트럼의 특정 좁은 부분에 대한 응답으로 전압과 전류를 생성합니다. 즉, IR 광전 수신기는 선택적입니다. 최대 1.2μm 범위의 IR 파장의 경우 특수 사진 유제를 사용하여 사진 정합이 수행됩니다.

적외선은 과학과 기술, 특히 실용적인 연구 문제를 해결하는 데 널리 사용됩니다. 적외선 영역에 속하는 분자 및 고체의 흡수 및 방출 스펙트럼을 연구합니다.

연구에 대한 이러한 접근 방식을 적외선 분광법이라고 하며 정량적 및 정성적 스펙트럼 분석을 수행하여 구조적 문제를 해결할 수 있습니다. 원적외선 영역에는 원자 하위 평면 간의 전이로 인해 발생하는 방출이 포함됩니다. IR 스펙트럼 덕분에 원자의 전자 껍질 구조를 연구할 수 있습니다.

전자기 스펙트럼의 다른 영역에 대한 전송, 산란 및 반사의 차이로 인해 일부 요소 및 세부 사항이 있기 때문에 가시광 범위에서 먼저 촬영된 다음 적외선 범위에서 동일한 물체가 다르게 보일 때 사진은 말할 것도 없습니다. 비정상적인 사진 촬영 모드에서는 완전히 누락될 수 있습니다. 일반 사진에서는 무언가 누락되고 적외선 사진에서는 표시됩니다.

적외선 복사의 산업 및 소비자 용도를 과소평가할 수 없습니다. 산업현장에서 각종 제품 및 자재의 건조 및 가열에 사용됩니다. 집에서는 구내가 가열됩니다.

전기 광학 변환기는 전자기 스펙트럼의 적외선 영역에서 민감한 광음극을 사용하므로 육안으로 볼 수 없는 것을 볼 수 있습니다.

야간 투시 장치를 사용하면 적외선, 적외선 쌍안경-야간 관찰, 적외선 조준기-완전한 어둠 속에서 조준 등으로 물체의 조사로 인해 어둠 속에서 볼 수 있습니다. 정확한 미터 기준을 재현할 수 있습니다.

IR 파의 매우 민감한 수신기를 사용하면 열 복사에 의해 다양한 물체의 방향을 결정할 수 있습니다. 예를 들어 자체 IR 복사를 추가로 생성하는 미사일 유도 시스템이 작동합니다.

적외선을 기반으로 하는 거리 측정기와 탐지기는 어둠 속에서 일부 물체를 관찰하고 높은 정확도로 물체까지의 거리를 측정할 수 있습니다. IR 레이저는 과학 연구, 대기 탐사, 우주 통신 등에 사용됩니다.