infrared(init ray, Malayong infrared ray, Malapit sa infrared ray)

english infrared

buod

  • ang infrared na rehiyon ng electromagnetic spectrum; mga frequency ng electromagnetic wave sa ibaba ng nakikitang hanay
    • nakikita nila ang radiation sa infrared
  • electromagnetic radiation na may mga wavelength na mas mahaba kaysa sa nakikitang liwanag ngunit mas maikli kaysa sa mga radio wave
  • isang sinag ng infrared radiation; gumagawa ng thermal effect (tulad ng mula sa isang infrared lamp)

Pangkalahatang-ideya

Ang infrared radiation (IR) ay electromagnetic radiation (EMR) na may mas mahabang haba ng daluyong kaysa sa mga nakikitang ilaw, at samakatuwid ay karaniwang hindi nakikita sa mata ng tao (bagaman ang IR sa wavelength hanggang 1050 nm mula sa espesyal na pulsed lasers ay makikita ng mga tao sa ilalim ng ilang kondisyon ). Kung minsan ito ay tinatawag na infrared light . IR wavelengths extend mula sa nominal na pulang gilid ng nakikitang spectrum sa 700 nanometer (kadalasan 430 THz), hanggang 1 milimetro (300 GHz) Karamihan sa mga thermal radiation na ibinubuga ng mga bagay na malapit sa temperatura ng kuwarto ay infrared. Tulad ng lahat ng EMR, ang IR ay nagliliwanag ng enerhiya, at kumikilos kapwa tulad ng isang alon at tulad ng kuwartong kabuuan nito, ang poton.
Ang infrared ay natuklasan noong 1800 sa pamamagitan ng astronomo na si Sir William Herschel, na natuklasan ang isang uri ng invisible radiation sa spectrum na mas mababa sa enerhiya kaysa sa pulang ilaw, sa pamamagitan ng epekto nito sa isang thermometer. Bahagyang higit sa kalahati ng kabuuang enerhiya mula sa Araw ay sa huli ay natagpuan na dumating sa Earth sa anyo ng infrared. Ang balanse sa pagitan ng hinihigop at emitted infrared radiation ay may kritikal na epekto sa klima ng Daigdig.
Ang infrared radiation ay pinalabas o hinihigop ng mga molecule kapag binago nila ang kanilang mga paggalaw na pang-vibrational. Pinupukaw nito ang mga mode ng vibrational sa isang molecule sa pamamagitan ng isang pagbabago sa dipole sandali, ginagawa itong isang kapaki-pakinabang na hanay ng dalas para sa pag-aaral ng mga estado ng enerhiya para sa mga molecule ng tamang mahusay na proporsyon. Sinusuri ng infrared spectroscopy ang pagsipsip at pagpapadala ng mga photon sa infrared range.
Ang infrared radiation ay ginagamit sa industriya, pang-agham, militar, pagpapatupad ng batas, at mga medikal na aplikasyon. Ang mga aparatong pangitain sa gabi na gumagamit ng aktibong malapit-infrared na pag-iilaw ay nagpapahintulot sa mga tao o hayop na sundin nang hindi nakita ang tagamasid. Ang infrared astronomy ay gumagamit ng mga teleskopyo na may sensor na sensor upang maipasok ang mga maalikabok na lugar ng espasyo tulad ng mga molekular na ulap, tuklasin ang mga bagay tulad ng mga planeta, at upang tingnan ang mga pulang bagay mula sa mga unang araw ng uniberso. Ang infrared thermal-imaging camera ay ginagamit upang matuklasan ang pagkawala ng init sa mga insulated system, upang obserbahan ang pagbabago ng daloy ng dugo sa balat, at upang makita ang overheating ng electrical apparatus.
Kabilang sa malawakang paggamit para sa mga aplikasyon ng militar at sibilyan ang target acquisition, surveillance, night vision, pag-homing, at pagsubaybay. Ang mga tao sa normal na temperatura ng katawan ay nagniningning sa mga wavelength sa paligid ng 10 μm (micrometers). Kabilang sa mga paggamit ng non-militar ang thermal analysis efficiency, pagsubaybay sa kapaligiran, pag-iinspeksyon ng pang-industriya na pasilidad, pagtuklas ng mga lumago, remote sensing temperatura, wireless na pakikipag-ugnayan ng wireless, spectroscopy, at weather forecasting.

Isang pangkalahatang termino para sa mga electromagnetic wave sa pagitan ng mahabang wavelength na dulo ng nakikitang liwanag (wavelength na humigit-kumulang 700 nm) at ang maikling wavelength na dulo ng mga radio wave (wavelength na humigit-kumulang 1 mm). Ito ay may ganitong pangalan dahil ito ay nasa labas ng pulang bahagi sa spectrum ng liwanag. Ito ang unang pagkakataon noong 1800 na natuklasan ng British forward na si Herschel na mayroong isang bahagi na may malaking thermal effect sa mahabang wavelength na bahagi ng pulang bahagi ng solar spectrum. Ang wavelength na ilang μm o mas kaunti ay tinatawag na near-infrared, ang wavelength na 25 μm o higit pa ay tinatawag na far-infrared, at ang wavelength na 25 μm o higit pa ay tinatawag na mid-infrared. Minsan. Gayunpaman, ang mga hangganan na ito ay hindi malinaw, at ang mga electromagnetic wave na may magandang pagkakaugnay na nabuo sa mga electronic circuit ay tinatawag na submillimeter waves kahit na ang wavelength ay maikli. Ang mga infrared ray ay mga electromagnetic wave na nailalarawan sa pamamagitan ng kanilang thermal action, at kapag ang isang substance ay sumisipsip ng malapit-infrared rays sa isang malawak na kahulugan, ang thermal motion sa loob ng substance ay nasasabik at ang temperatura ay tumataas. Para sa kadahilanang ito, kung minsan ang bahaging ito ay tinatawag na heat ray.

Infrared spectrum

Ang spectra ng molecular vibrations at lattice vibrations ng mga kristal ay lumilitaw sa malapit-infrared hanggang mid-infrared na rehiyon, at ang rotation spectra ng mga light molecule ay lumilitaw sa malayong infrared na rehiyon. Ang wavelength ng paglipat sa pagitan ng mataas na electron excited na estado ng mga atomo at molekula ay nasa infrared na rehiyon din. Bilang karagdagan, lumilitaw din ang mga inter-band transition at inter-impurity level transition ng ilang uri ng semiconductors sa malapit-infrared hanggang far-infrared na rehiyon, at ginagamit ang mga ito para sa infrared detection bilang panloob na photoelectric effect.

Infrared optical na materyal

Ang mga kristal ay nagpapakita ng magagandang katangian ng paghahatid para sa liwanag hanggang sa isang wavelength na humigit-kumulang 3 μm, lithium fluoride LiF at calcium fluoride CaF 2 hanggang 5-6 μm, sodium chloride NaCl hanggang 15 μm, at potassium bromide KBr hanggang 25 μm. Ang KRS-5 (TlBr-TlI) at KRS-6 (TlBr-TlCl), na binubuo ng mga thallium compound, ay may maliit na transmittance na 50% o mas kaunti, ngunit flat transmittance mula sa malapit na infrared hanggang sa malayong infrared ng ilang sampu ng μm. Nagpapakita ng mga katangian. Dahil ang mga prism na gawa sa mga sangkap na ito ay ginagamit bilang isang sistema ng pagpapakalat para sa mga spectroscope, ang haba ng daluyong hanggang sa humigit-kumulang 25 μm ay tinatawag na prism infrared na rehiyon. Ang Silicon Si at germanium Ge, na may mababang konsentrasyon ng impurity, ay nagpapakita rin ng medyo mahusay na mga katangian ng paghahatid hanggang sa mid-infrared. Sa malayong infrared na rehiyon, ang polyethylene, polystyrene, Teflon, paraffin, atbp. ay mga materyales na may mahusay na transmittance. Sa pangkalahatan, ang mga metal ay may mataas na reflectance sa infrared na rehiyon, at ang mga metal tulad ng ginto, pilak, platinum, at aluminum o ang kanilang mga ibabaw na nakadeposito ng singaw ay ginagamit bilang mga materyales para sa mga salamin, reflective filter, atbp. sa infrared na rehiyon.

Pinagmulan ng henerasyon

Hanggang ngayon, ang mga high-temperature na incandescent na katawan ay ang tanging pinagmumulan ng liwanag sa infrared na rehiyon. Ang mga karaniwang pinagmumulan ng liwanag sa mid-infrared na rehiyon ay Glover (kadalasang tinutukoy ng trade name ng Siliconit sa Japan) at Nernst Grower. Ang una ay ginawa sa pamamagitan ng pagpasa ng isang kasalukuyang ng humigit-kumulang 10 A sa pamamagitan ng isang manipis na baras na hugis-silicon carbide at pag-init nito sa humigit-kumulang 1300 K, at ang huli ay ginawa sa pamamagitan ng pagpasa ng isang kasalukuyang ng tungkol sa 1 A sa pamamagitan ng isang baras na naglalaman ng zirconium oxide ZrO 2 bilang ang pangunahing bahagi at pinainit ito sa humigit-kumulang 1700 K. Sa malapit-infrared na rehiyon, ang tungsten incandescent lamp at arc lamp ng zirconium at carbon ay ginagamit upang makakuha ng mas mataas na temperatura, at sa malayong infrared na rehiyon, ang mga high-pressure na mercury lamp na may isang wavelength na 100 μm o higit pa at medyo malakas na paglabas ng liwanag ang ginagamit.

Ang pag-unlad ng mga laser ay naging posible upang makakuha ng maraming malakas na magkakaugnay na pinagmumulan ng liwanag kahit na sa infrared na rehiyon, na sinasabing ang lambak sa pagitan ng liwanag at radio wave. Sa malapit-infrared na rehiyon, ang mga elektronikong transition ng trivalent neodymium ions (Nd 3⁺) na may wavelength na 1.06 μm ay patuloy na nag-o-oscillate at sa mga pulso. Sa partikular, sa isang neodymium laser batay sa salamin, ang dami ng laser ay maaaring tumaas, kaya ang isang malaking output ay maaaring makuha.

Sa mid-infrared na rehiyon, ang praktikal na halaga ng carbon monoxide laser sa 5 μm band, carbon dioxide gas sa 10 μm band, at nitrous oxide lasers ay mataas. Dahil ang vibrational rotation transition ng molekula ay nag-o-oscillate sa mga ito, dose-dosenang hanggang daan-daang laser beam na malapit sa isa't isa ang maaaring makuha. Ang mga malalaking laser ay patuloy na gumagawa ng sampu hanggang daan-daang watts, at ang mga high-pressure na gas laser ay gumagawa ng mga instant na output ng pulso ng ilang MW, na hindi lamang para sa optika at pagsasaliksik ng pagsasanib, kundi pati na rin para sa pagputol ng mga tela at pagproseso ng mga iron plate. Ginagamit din ito para sa mga layuning pang-industriya.

Sa malayong infrared na rehiyon, dose-dosenang mga linya ng oscillation ang nakuha sa hanay ng wavelength ng ilang sampu-sampung μm hanggang ilang daang μm dahil sa paglabas ng singaw ng tubig o hydrogen cyanide, at ginagamit ang mga ito bilang mga light source para sa spectroscopic analysis. Bilang karagdagan, ang tinatawag na photoexcited far-infrared laser, na nagpapasigla sa halos 100 uri ng mga molekula tulad ng ammonia, methyl alcohol, at methyl fluoride na may carbon-dioxide laser sa itaas at nag-o-oscillate sa far-infrared rotational transition, ay mayroong isang libo. at ilang daang linya ng oscillation. .. Gayunpaman, marami sa kanila ay hindi masyadong output at maaaring mapabuti bago sila gamitin para sa iba pang mga layunin.

Detektor

Ang mga thermocouples na nakakakita ng mga thermocouples, mga thermocouples na nagkokonekta sa mga ito sa serye, mga borometer na nakakakita ng mga pagbabago sa temperatura sa electrical resistance ng mga metal, at mga thermister na nakakatuklas ng mga pagbabago sa temperatura sa resistensya ng mga semiconductors ay pawang mga infrared ray. Ito ay isang hindi direktang detektor na gumagamit ng thermal effect ng. Para sa isang yugto ng panahon, ang mga Goray cell, na optically detect ang deformation ng manipis na film na bumubuo ng isang bahagi ng lalagyan dahil sa thermal expansion ng gas, ay madalas ding ginagamit. Sa prinsipyo, ang mga detector na ito ay walang wavelength dependence, ngunit ang wavelength selectivity ay lilitaw depende sa window material para sa partitioning ng detection element. Ang mga thermal detector sa pangkalahatan ay may mabagal na bilis ng pagtugon at hindi masyadong sensitibo.

Ang mga detektor na gumagamit ng panloob na photoelectric na epekto ng mga semiconductor ay matagal nang ginagamit sa malapit-infrared na rehiyon, ngunit kamakailan, ang mga materyales na maaaring gamitin sa malayong-infrared na rehiyon ay binuo. Mayroong dalawang uri: ang uri ng photoconducting, na nakikita na tumataas ang konsentrasyon ng carrier sa conduction band at bumababa ang resistensya ng kuryente dahil sa infrared irradiation, at ang uri ng photovoltaic, na nakikita na ang carrier ay polarized sa semiconductor at nagdudulot ng potensyal na pagkakaiba. . May mabilis na bilis ng pagtugon. Ang isang detektor na gumagamit ng isang semiconductor ay may isang disbentaha na ang sensitibong wavelength band ay makitid, na sumasalamin sa antas ng enerhiya na istraktura ng semiconductor. Sa mahabang wavelength na rehiyon, ang malapit na antas ng enerhiya ay ginagamit, kaya ang carrier ay madaling nasasabik ng thermal energy ng solid mismo. Samakatuwid, ang elemento ng pagtuklas ay dapat palamigin ng likidong nitrogen sa mid-infrared na rehiyon at likidong helium sa malayong infrared na rehiyon. Cadmium CdS (0.3-1.6 μm), lead sulfide PbS (0.3-3.2 μm), lead selenium PbSe (77K, 1.5-8 μm), germanium Ge-gold Au (77K, -10 μm), cadmium Cd-mercury Hg- Ang mga karaniwang semiconductor detector ay tellurium Te (77K, ~ 14μm), germanium Ge-copper Cu (4K, ~ 27μm), germanium Ge-indium In (1.5K, ~ 500μm) (ang operating temperature sa mga panaklong). At ang wavelength range na ginamit). Bilang karagdagan, ang mga detektor na gumagamit ng iba't ibang mga pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga semiconductors at infrared ray ay binuo din.

aplikasyon

Ang infrared spectroscopy, kasama ng microwave spectroscopy, ay nilinaw ang mga geometrical na istruktura ng maraming molekula at ang mga katangian ng reference oscillations. Ang mga resulta ay malawakang ginagamit sa industriya, tulad ng infrared spectroscopic analysis ng mga gas at solids. Kasama ng radio astronomy at X-ray astronomy, ang mga infrared ray ay ginamit kamakailan bilang isang paraan ng pagsisiyasat sa uniberso. Infrared astronomy Nakakakuha din ng atensyon. Bilang isang praktikal na aplikasyon, kunan ng larawan ang isang malayong view Infrared photography , Maaari mong makita ang bagay kahit sa dilim Night vision device , Pyrometer na sumusukat sa mataas na temperatura nang walang contact , Tracking device gaya ng missile , Infrared radar , Komunikasyon gamit ang semiconductor laser , Thermography At iba pa.
Tadao Shimizu

Parehong init ray. Generic na pangalan ng mga electromagnetic waves ng tungkol sa 700 nm hanggang 1 mm sa haba ng daluyong mula sa mahabang haba ng daluyong dulo ng nakikitang liwanag sa milimetro na alon ng microwave. Ang 1800 FW Herschel ay natagpuan sa labas ng pulang bahagi ng solar spectrum. Malapit sa infrared wavelength ay nahahati sa malapit sa infrared, 25 μm o higit pa sa malayo infrared, 1.3 μm o mas mababa ay tinatawag ding litrato pula sa labas. Dahil ang dalas ng oscillation at pag-ikot ng mga atomo o mga atomic group sa Molekyul ay nasa parehong hanay ng dalas ng infrared ray, ang thermal radiation mula sa mga bagay na hindi masyadong mataas ay pangunahing ginagawa ng infrared radiation, at infrared rays incident mula sa labas ay halo sa mga elemento ng sangkap at Ito ay electromagnetically resonated upang epektibong maunawaan ito at taasan ang temperatura nito. Bilang karagdagan sa thermal action infrared radiation ng maikling wavelength ay may photographic action, pagkilos ng pag-ilaw (pag- ilaw ), photoelectric action ( photoelectric effect ), atbp, at ito ay ginagamit din para sa komunikasyon, photography, night vision, awtomatikong alarma aparato, sangkap pagkakakilanlan atbp. Ang iba pang mga light emitters ng temperatura tulad ng infrared light bulbs ay ginagamit bilang ilaw na pinagmulan, at iba't ibang mga filter at mga pagdidiprakt ay ginagamit upang limitahan ang haba ng wavelength range. Ang mga prisma at lenses para sa mga infrared ray ay ginawa mula sa kuwarts, alitaptap na bato, batong asin, potasa bromuro at iba pa. Upang matuklasan ang infrared na ilaw ng mahabang haba ng daluyong, ang pagtaas ng temperatura dahil sa infrared na pagsipsip ay sinusukat gamit ang isang thermocouple o isang bolometer, ngunit para sa isang maikling haba ng daluyong, infrared photographic dry plate, photoelectric tube , phosphorescent (phosphorescent) Isang photoconductive cell o photoelectric cell Para sa isang katawan ng tungkol sa 7 μm o mas mababa, ang isang germanyum detector na naglalaman ng sink bilang isang karumihan ay ginagamit para sa tungkol sa 40 μm o mas mababa. → Infrared spectroscopic analysis
→ Mga kaugnay na item na nakikita liwanag | infrared night vision equipment | electromagnetic wave