Radiasi infra merah dan aplikasinya

Radiasi elektromagnetik dengan panjang gelombang 0,74 mikron hingga 2 mm disebut dalam fisika radiasi infra merah atau sinar infra merah, disingkat «IR». Ini menempati bagian dari spektrum elektromagnetik yang terletak di antara radiasi optik yang terlihat (berasal dari wilayah merah) dan rentang frekuensi radio gelombang pendek.

Meskipun radiasi infra merah secara praktis tidak dianggap oleh mata manusia sebagai cahaya dan tidak memiliki warna tertentu, namun radiasi ini termasuk dalam radiasi optik dan banyak digunakan dalam teknologi modern.

Gelombang infra merah yang merupakan ciri khasnya memanaskan permukaan benda, oleh karena itu radiasi infra merah juga sering disebut radiasi termal. Seluruh wilayah inframerah secara kondisional dibagi menjadi tiga bagian:

• wilayah inframerah jauh — dengan panjang gelombang dari 50 hingga 2000 mikron;

• wilayah mid-IR — dengan panjang gelombang dari 2,5 hingga 50 mikron;

• wilayah inframerah dekat — dari 0,74 hingga 2,5 mikron.

Radiasi infra merah ditemukan pada tahun 1800-an.oleh astronom Inggris William Herschel, dan kemudian, pada tahun 1802, secara mandiri oleh ilmuwan Inggris William Wollaston.

spektrum IR

Spektrum atom yang diperoleh berupa sinar infra merah bersifat linier; spektrum materi terkondensasi — kontinu; spektrum molekul berpita. Kesimpulannya adalah bahwa untuk sinar infra merah, dibandingkan dengan daerah spektrum elektromagnetik tampak dan ultraviolet, sifat optik zat, seperti koefisien refleksi, transmisi, refraksi, sangat berbeda.

Banyak zat, meskipun mentransmisikan cahaya tampak, ternyata buram terhadap gelombang di bagian jangkauan inframerah.

Misalnya, lapisan air setebal beberapa sentimeter buram hingga gelombang inframerah lebih panjang dari 1 mikron, dan dalam kondisi tertentu dapat digunakan sebagai filter pelindung termal. Dan lapisan germanium atau silikon tidak mentransmisikan cahaya tampak, tetapi mentransmisikan sinar infra merah dengan panjang gelombang tertentu dengan baik. Sinar infra merah jauh mudah ditransmisikan oleh kertas hitam dan dapat berfungsi sebagai filter untuk isolasi mereka.

Sebagian besar logam, seperti aluminium, emas, perak, dan tembaga, memantulkan radiasi infra merah dengan panjang gelombang yang lebih panjang, misalnya pada panjang gelombang infra merah 10 mikron, pantulan dari logam mencapai 98%. Padatan dan cairan yang bersifat non-logam hanya mencerminkan sebagian dari kisaran IR, bergantung pada komposisi kimia dari suatu zat tertentu. Karena fitur interaksi sinar infra merah dengan berbagai media ini, mereka berhasil digunakan dalam banyak penelitian.

Hamburan inframerah

Gelombang infra merah yang dipancarkan oleh Matahari yang melewati atmosfer bumi sebagian tersebar dan dilemahkan oleh molekul udara dan atom. Oksigen dan nitrogen di atmosfer sebagian melemahkan sinar infra merah, menyebarkannya, tetapi tidak sepenuhnya menyerapnya, karena menyerap sebagian sinar dari spektrum yang terlihat.

Air, karbon dioksida, dan ozon yang terkandung di atmosfer sebagian menyerap sinar inframerah, dan air paling banyak menyerapnya karena spektrum serapan inframerahnya jatuh di seluruh wilayah spektrum inframerah, dan spektrum serapan karbon dioksida hanya jatuh di wilayah tengah .

Lapisan atmosfer di dekat permukaan bumi mengirimkan sangat sedikit radiasi infra merah, karena asap, debu, dan air semakin melemahkannya, menghamburkan energi ke partikelnya. Semakin kecil partikel (asap, debu, air, dll.), semakin lebih sedikit hamburan IR dan lebih banyak hamburan panjang gelombang yang terlihat. Efek ini digunakan dalam fotografi inframerah.

Sumber radiasi infra merah

Bagi kita yang hidup di Bumi, Matahari adalah sumber radiasi infra merah alami yang sangat kuat karena setengah dari spektrum elektromagnetiknya berada dalam jangkauan infra merah. Lampu pijar, spektrum inframerah mencapai 80% dari energi radiasi.

Selain itu, sumber radiasi infra merah buatan meliputi: busur listrik, lampu pelepasan gas, dan, tentu saja, pemanas elemen pemanas rumah tangga.Dalam sains, untuk mendapatkan gelombang inframerah, pin Nernst, filamen tungsten, serta lampu merkuri bertekanan tinggi dan bahkan laser IR khusus digunakan (kaca neodymium memberikan panjang gelombang 1,06 mikron, dan laser helium-neon - 1,15 dan 3,39 mikron, karbon dioksida - 10,6 mikron).

penerima IR

Prinsip pengoperasian penerima gelombang infra merah didasarkan pada konversi energi radiasi insiden menjadi bentuk energi lain yang tersedia untuk pengukuran dan penggunaan. Radiasi infra merah yang diserap penerima memanaskan elemen termosensitif dan kenaikan suhu dicatat.

Penerima IR fotolistrik menghasilkan tegangan dan arus listrik sebagai respons terhadap bagian sempit tertentu dari spektrum IR yang dirancang untuk beroperasi, yaitu, penerima fotolistrik IR bersifat selektif. Untuk gelombang IR dalam kisaran hingga 1,2 μm, pendaftaran fotografi dilakukan dengan menggunakan emulsi fotografi khusus.

Radiasi inframerah banyak digunakan dalam sains dan teknologi, terutama untuk memecahkan masalah penelitian praktis. Spektrum absorpsi dan emisi molekul dan padatan yang jatuh ke daerah inframerah dipelajari.

Pendekatan penelitian ini disebut spektroskopi inframerah, yang memungkinkan penyelesaian masalah struktural dengan melakukan analisis spektral kuantitatif dan kualitatif. Wilayah inframerah jauh mengandung emisi yang disebabkan oleh transisi antara subpesawat atom. Berkat spektrum IR, Anda dapat mempelajari struktur kulit elektron atom.

Dan ini belum lagi fotografi, ketika objek yang sama difoto pertama kali dalam jarak tampak dan kemudian dalam rentang inframerah akan terlihat berbeda, karena perbedaan transmisi, hamburan dan refleksi untuk area spektrum elektromagnetik yang berbeda, beberapa elemen dan detail dalam mode pengambilan foto yang tidak biasa mungkin benar-benar hilang: dalam foto biasa, sesuatu akan hilang, dan dalam foto inframerah akan terlihat.

Penggunaan industri dan konsumen radiasi infra merah tidak dapat diremehkan. Ini digunakan untuk mengeringkan dan memanaskan berbagai produk dan bahan di industri. Di rumah-rumah, bangunannya dipanaskan.

Transduser elektro-optik menggunakan fotokatoda yang peka di wilayah inframerah spektrum elektromagnetik, memungkinkan Anda melihat apa yang tidak terlihat oleh mata telanjang.

Perangkat penglihatan malam memungkinkan Anda melihat dalam kegelapan karena iradiasi objek dengan sinar infra merah, teropong inframerah - untuk pengamatan malam, pemandangan inframerah - untuk membidik dalam kegelapan total, dll. Omong-omong, dengan bantuan radiasi infra merah, Anda dapat mereproduksi standar meteran yang tepat.

Penerima gelombang IR yang sangat sensitif memungkinkan untuk menentukan arah berbagai objek dengan radiasi termalnya, misalnya, sistem panduan misil bekerja, yang juga menghasilkan radiasi IR mereka sendiri.

Pengukur jarak dan pelacak berdasarkan sinar infra merah memungkinkan untuk mengamati beberapa objek dalam kegelapan dan mengukur jarak ke objek tersebut dengan akurasi tinggi. Laser IR digunakan dalam penelitian ilmiah, untuk menyelidiki atmosfer, untuk komunikasi ruang angkasa, dan banyak lagi.