فروسرخ (Infrared - IR)، در فیزیک (Physics)
انواع امواج (Wave)، در فیزیک (Physics) را در آموزش زیر شرح دادیم :
فروسرخ (Infrared - IR) :
فروسرخ (مادون قرمز) به امواج الکترومغناطیسی با طول موجی بلندتر از نور مرئی (از حدود 700 نانومتر تا 1 میلی متر) گفته می شود. این امواج بین نور مرئی و ریزموج ها در طیف الکترومغناطیسی قرار دارند. فروسرخ توسط ویلیام هرشل در سال 1800 کشف شد. او با عبور نور خورشید از منشور و قرار دادن دماسنج در طیف حاصل، متوجه افزایش دما در ناحیه ای فراتر از نور قرمز شد. تمام اجسام گرم، بسته به دمای خود، مقداری تابش فروسرخ از خود ساطع می کنند. هر چه جسم داغتر باشد، تابش فروسرخ آن شدیدتر و طول موج آن کوتاه تر است. چشم انسان قادر به دیدن این امواج نیست، اما بسیاری از دوربین ها و حسگرها می توانند آنها را تشخیص دهند.
تقسیم بندی نواحی فروسرخ: طیف فروسرخ به چند ناحیه تقسیم می شود (مرزها تقریبی هستند): 1. فروسرخ نزدیک (NIR, 0.7-1.4 µm): نزدیک به نور مرئی. کاربرد در فیبر نوری، کنترل از راه دور، و سنجش از دور. 2. فروسرخ موج کوتاه (SWIR, 1.4-3 µm): جذب قوی توسط آب. کاربرد در صنعت و طیف سنجی. 3. فروسرخ میانی (MWIR, 3-8 µm): مربوط به تابش حرارتی اجسام با دمای بالا (موتورها، گازهای داغ). 4. فروسرخ دور (LWIR, 8-15 µm): مربوط به تابش حرارتی اجسام با دمای نزدیک به دمای اتاق و بدن انسان. تصویربرداری حرارتی در این ناحیه انجام می شود. 5. فروسرخ بسیار دور (FIR, 15-1000 µm): نزدیک به ریزموج ها. کاربرد در نجوم و طیف سنجی.
قوانین تابش جسم سیاه: هر جسمی با دمای بالای صفر مطلق، تابش الکترومغناطیسی (از جمله فروسرخ) از خود ساطع می کند. تابش یک جسم سیاه ایده آل توسط قوانین پلانک توصیف می شود. قانون وین می گوید که طول موج بیشینه تابش با دمای جسم رابطه عکس دارد:
\[ \lambda_{max} = \frac{b}{T} \]که
\[ b \approx 2.9 \times 10^{-3} \]m.K ثابت وین است. برای جسمی با دمای اتاق (300 K)،
\[ \lambda_{max} \approx 9.7 \]µm در ناحیه فروسرخ دور است. برای بدن انسان (310 K)،
\[ \lambda_{max} \approx 9.3 \]µm. به همین دلیل دوربین های حرارتی (ترموگرافی) در این ناحیه کار می کنند.
کاربردها: - تصویربرداری حرارتی: برای دید در شب، تشخیص نشت حرارتی در ساختمان ها، بازرسی تأسیسات الکتریکی، اطفاء حریق، و کاربردهای پزشکی (تشخیص التهاب). - کنترل از راه دور: اکثر کنترل های تلویزیون و وسایل الکترونیکی از دیودهای فروسرخ نزدیک (با طول موج حدود 940 نانومتر) استفاده می کنند. - فیبر نوری: فیبرهای نوری در پنجره های فروسرخ نزدیک (حدود 1.3 و 1.55 میکرومتر) کمترین تلفات را دارند و برای مخابرات نوری استفاده می شوند. - سنجش از دور: ماهواره های سنجش از دور با حسگرهای فروسرخ، وضعیت پوشش گیاهی، دمای سطح زمین، رطوبت خاک و آلودگی ها را اندازه گیری می کنند. - طیف سنجی فروسرخ: برای شناسایی ترکیبات شیمیایی (مولکول ها در ناحیه فروسرخ جذب های مشخصی دارند). - گرمایش: لامپ های فروسرخ برای گرمایش موضعی (در رستوران ها، خودروسازی) استفاده می شوند.
