فروسرخ دور (Far Infrared - FIR)، در فیزیک (Physics)
انواع امواج (Wave)، در فیزیک (Physics) را در آموزش زیر شرح دادیم :
فروسرخ دور (Far Infrared - FIR) :
فروسرخ دور (FIR) به بخشی از طیف فروسرخ با طول موج حدود 3 میکرومتر تا 1 میلی متر (3000 نانومتر تا 1000 میکرومتر) گفته می شود. این ناحیه بین فروسرخ میانی و ریزموج ها قرار دارد. مهم ترین ویژگی FIR این است که مربوط به تابش گرمایی اجسام با دمای نزدیک به دمای اتاق و بدن انسان (حدود 300 کلوین) است. تقریبا تمام اجسام در محیط اطراف ما (دیوارها، مبلمان، بدن انسان، حیوانات) در این ناحیه تابش فروسرخ دور از خود ساطع می کنند. به همین دلیل، تصویربرداری حرارتی (ترموگرافی) و دوربین های دید در شب (که بر اساس حرارت کار می کنند) در این ناحیه از طیف فعالیت می کنند.
فیزیک تابش FIR: بر اساس قانون تابش جسم سیاه پلانک، بیشینه تابش یک جسم با دمای حدود 300 کلوین در طول موج حدود 10 میکرومتر (در ناحیه FIR) قرار دارد. شدت تابش FIR به شدت به دمای جسم وابسته است (طبق قانون استفان-بولتزمان، توان تابشی متناسب با
\[ T^4 \]است). همچنین قانون جابجایی وین، رابطه دقیق تری بین دمای جسم و طول موج بیشینه تابش ارائه می دهد:
\[ \lambda_{max} = \frac{2.9 \times 10^{-3}}{T} \text{ (m)} \]برای دمای اتاق (300 K)،
\[ \lambda_{max} \approx 9.7 \mu m \]. برای بدن انسان (310 K)،
\[ \lambda_{max} \approx 9.4 \mu m \].
ویژگی های انتشار: امواج FIR به شدت توسط بخار آب و دی اکسید کربن موجود در جو جذب می شوند. به همین دلیل، جو زمین در بخش هایی از ناحیه FIR (به جز چند پنجره جوی کوچک) غیرشفاف است و مشاهدات نجومی در این ناحیه باید از ارتفاعات بالا (با رطوبت کم) یا از فضا انجام شود. این امواج از بسیاری از مواد (مانند پلاستیک ها، پارچه ها، و مه) عبور می کنند، اما توسط فلزات و آب مسدود می شوند.
کاربردها: 1. تصویربرداری حرارتی (ترموگرافی): مهم ترین کاربرد FIR. دوربین های حرارتی با آشکارسازی تابش FIR اجسام، تصویری از توزیع دمایی آنها تهیه می کنند. کاربردهای آن عبارتند از: - بازرسی ساختمان: تشخیص نشت حرارتی، نقاط رطوبت، و عیوب عایق کاری. - بازرسی تأسیسات الکتریکی و مکانیکی: تشخیص اتصالات معیوب، گرم شدن بیش از حد موتورها و بلبرینگ ها. - پزشکی: تشخیص التهاب، تومورهای سطحی، و مشکلات گردش خون. - نظامی و امنیتی: دید در شب، تشخیص افراد و وسایل نقلیه در تاریکی. - اطفاء حریق: یافتن افراد گرفتار در آتش و تشخیص نقاط داغ. 2. طیف سنجی FIR: برای مطالعه ارتعاشات شبکه در جامدات (فونون ها)، چرخش مولکولی در گازها، و حالت های انرژی پایین در مولکول ها. 3. نجوم FIR: مطالعه اجرام سرد کیهانی مانند ابرهای مولکولی (محل تولد ستارگان)، سیارات، دنباله دارها، و کهکشان های دوردست. تلسکوپ های فضایی مانند هرشل و جیمز وب در این ناحیه رصد می کنند. 4. گرمایش: بخاری های تابشی FIR برای گرمایش موضعی در فضاهای باز و سالن های ورزشی استفاده می شوند. 5. سنجش از دور: ماهواره های هواشناسی با حسگرهای FIR دمای سطح زمین و ابرها را اندازه گیری می کنند.
چالش های فنی: آشکارسازهای FIR (مانند بولومترها و آشکارسازهای پیروالکتریک) معمولا به سرمایش نیاز دارند تا نویز حرارتی کاهش یابد. مواد اپتیکی مناسب برای FIR شامل ژرمانیوم (Ge)، سیلیکون (Si)، و مواد خاص مانند پلی اتیلن (برای پنجره ها) هستند. اپتیک FIR معمولا از مواد کریستالی یا بازتابنده های فلزی استفاده می کند.
