Infrasarkanais starojums (IR) vai infrasarkanā gaisma ir tāda veida izstarojošā enerģija, kas nav redzama cilvēka acīm, bet ko mēs varam sajust kā siltumu. Visi objekti Visumā izstaro zināmu IR starojuma līmeni, bet divi no acīmredzamākajiem avotiem ir saule un uguns.
IR ir elektromagnētiskā starojuma veids, frekvenču nepārtrauktība, kas rodas, kad atomi absorbē un pēc tam atbrīvo enerģiju. No augstākās līdz zemākajai frekvencei elektromagnētiskais starojums ietver gamma starus, rentgena starus, ultravioleto starojumu, redzamo gaismu, infrasarkano starojumu, mikroviļņus un radioviļņus. Šie starojuma veidi kopā veido elektromagnētisko spektru.
Britu astronoms Viljams Heršels infrasarkano gaismu atklāja 1800. gadā, vēsta NASA. Eksperimentā, lai izmērītu temperatūras starpību starp redzamā spektra krāsām, viņš ievietoja termometrus gaismas ceļā katrā redzamā spektra krāsā. Viņš novēroja temperatūras paaugstināšanos no zila līdz sarkanai, un viņš atrada vēl siltāku temperatūras mērījumu tieši virs redzamā spektra sarkanā gala.
Elektromagnētiskajā spektrā infrasarkanie viļņi notiek frekvencēs, kas pārsniedz mikroviļņu frekvences un tieši zem sarkanās redzamās gaismas frekvences, tāpēc nosaukums "infrasarkanais". Saskaņā ar Kalifornijas Tehnoloģiju institūta (Caltech) datiem infrasarkanā starojuma viļņi ir garāki nekā redzamās gaismas viļņi. IR frekvences svārstās no aptuveni 3 gigaherciem (GHz) līdz aptuveni 400 teraherciem (THz), un tiek lēsts, ka viļņu garums svārstās no 1000 mikrometriem (µm) līdz 760 nanometriem (2,9921 collas), lai arī šīs vērtības nav noteiktas, norāda NASA.
Līdzīgi kā redzamās gaismas spektrā, kas svārstās no violetas (īsākā redzamās gaismas viļņa garuma) līdz sarkanai (garākais viļņa garums), infrasarkanajam starojumam ir savs viļņu garumu diapazons. Īsāki "gandrīz infrasarkanie" viļņi, kas ir tuvāk elektromagnētiskā spektra redzamajai gaismai, neizstaro detektējamu karstumu, un tie ir tas, kas izlādējas no televizora tālvadības pults, lai mainītu kanālus. Pēc NASA ziņām garākus "tālu infrasarkanos" viļņus, kas ir tuvāk mikroviļņu sekcijai elektromagnētiskajā spektrā, var izjust kā intensīvu siltumu, piemēram, saules gaismas vai uguns karstumu.
IR starojums ir viens no trim veidiem, kā siltums tiek pārnests no vienas vietas uz otru, pārējie divi ir konvekcija un vadītspēja. Viss, kura temperatūra pārsniedz 5 grādus pēc Kelvina (mīnus 450 grādi pēc Fārenheita vai mīnus 268 grādi pēc Celsija) izstaro IR starojumu. Saskaņā ar Tenesī universitātes datiem saule izstaro pusi no visas kopējās enerģijas kā IR, un liela daļa zvaigznes redzamās gaismas tiek absorbēta un atkārtoti izstarota kā IR.
Mājsaimniecības vajadzībām
Sadzīves ierīces, piemēram, karstuma lampas un tosteri, siltuma pārnešanai izmanto IR starojumu, tāpat kā rūpnieciskos sildītājus, piemēram, tādus, ko izmanto materiālu žāvēšanai un konservēšanai. Kvēlspuldzes tikai aptuveni 10 procentus no savas elektriskās enerģijas pārvērš redzamās gaismas enerģijā, bet pārējie 90 procenti tiek pārveidoti par infrasarkano starojumu, norāda Vides aizsardzības aģentūra.
Infrasarkanos lāzerus var izmantot sakariem no punkta uz punktu dažu simtu metru vai pagalmu attālumā. Televizora tālvadības pultis, kas paļaujas uz infrasarkano starojumu, izdala IR enerģijas impulsus no gaismas diodes (LED) uz televizora infrasarkano staru uztvērēju, norāda How Stuff Works. Uztvērējs pārvērš gaismas impulsus elektriskos signālos, kas uzdod mikroprocesoram izpildīt ieprogrammēto komandu.
Infrasarkano staru uztveršana
Viens no visnoderīgākajiem IR spektra lietojumiem ir uztveršana un noteikšana. Visi objekti uz Zemes izstaro IR starojumu siltuma veidā. To var noteikt ar elektroniskiem sensoriem, piemēram, tādiem, ko izmanto nakts redzamības brillēs un infrasarkanajās kamerās.
Vienkāršs šāda sensora piemērs ir bolometrs, kas sastāv no teleskopa ar temperatūras jutīgu rezistoru vai termistoru tā fokusa punktā, saskaņā ar Kalifornijas universitātes Bērklija (UCB) datiem. Ja šī instrumenta redzamības laukā nonāk silts ķermenis, siltums izraisa nosakāmas sprieguma izmaiņas visā termistorā.
Nakts redzamības kamerās tiek izmantota sarežģītāka bolometra versija. Šajās kamerās parasti ir uzlādētas ierīces (CCD) attēlveidošanas mikroshēmas, kas ir jutīgas pret IR gaismu. Pēc tam CCD izveidoto attēlu var reproducēt redzamā gaismā. Šīs sistēmas var padarīt pietiekami mazas, lai tās izmantotu rokas ierīcēs vai valkājamās nakts redzamības brillēs. Kameras var izmantot arī ieroču tēmēšanai ar mērķa noteikšanu vai bez tās pievienošanas IR lāzeru.
Infrasarkanā spektroskopija mēra IS izstarojumus no materiāliem ar noteiktu viļņu garumu. Vielas IR spektrs parādīs raksturīgos kritumus un pīķus, jo fotoni (gaismas daļiņas) absorbējas vai izstaro molekulās esošie elektroni, elektroniem pārejot starp orbītām vai enerģijas līmeņiem. Šo spektroskopisko informāciju pēc tam var izmantot, lai identificētu vielas un uzraudzītu ķīmiskās reakcijas.
Saskaņā ar Misūri štata universitātes fizikas profesora Roberta Mejanoviča teikto, infrasarkanā spektroskopija, piemēram, Furjē pārveidotās infrasarkanās (FTIR) spektroskopija, ir ļoti noderīga daudzos zinātniskos lietojumos. Tie ietver molekulāro sistēmu un 2D materiālu, piemēram, grafēna, izpēti.
Infrasarkanā astronomija
Kaltehs raksturo infrasarkano staru astronomiju kā "infrasarkanā starojuma (siltuma enerģijas) noteikšanu un izpēti no Visuma objektiem". IR CCD attēlveidošanas sistēmu sasniegumi ļāva detalizēti novērot IR avotu izplatību telpā, atklājot sarežģītas struktūras miglā, galaktikās un Visuma liela mēroga struktūru.
Viena no IR novērošanas priekšrocībām ir tā, ka tā var atklāt objektus, kas ir pārāk forši, lai izstarotu redzamu gaismu. Tas ir novedis pie iepriekš nezināmu objektu, tostarp komētu, asteroīdu un gudru starpzvaigžņu putekļu mākoņu, atklāšanas, kas, šķiet, ir izplatīti visā galaktikā.
IR astronomija ir īpaši noderīga, lai novērotu aukstas gāzes molekulas un noteiktu putekļu daļiņu ķīmisko uzbūvi starpzvaigžņu vidē, sacīja Roberts Pattersons, Misūri štata universitātes astronomijas profesors. Šie novērojumi tiek veikti, izmantojot specializētus CCD detektorus, kas ir jutīgi pret IR fotoniem.
Vēl viena IR starojuma priekšrocība ir tā, ka tā garākais viļņa garums nozīmē, ka tas neizkliedē tikpat daudz kā redzamā gaisma, norāda NASA. Kamēr redzamo gaismu var absorbēt vai atspoguļot gāzu un putekļu daļiņas, garāki IR viļņi vienkārši apiet šos mazos šķēršļus. Šīs īpašības dēļ IR var izmantot, lai novērotu objektus, kuru gaismu aizsedz gāze un putekļi. Pie šādiem objektiem pieder jaunveidojamas zvaigznes, kas iegremdētas miglā vai Zemes galaktikas centrā.
Šo rakstu 2019. gada 27. februārī atjaunināja Live Science līdzautors Traci Pedersens.
