Radiação infravermelha e suas aplicações

A radiação eletromagnética com um comprimento de onda de 0,74 mícrons a 2 mm é chamada em física de radiação infravermelha ou raios infravermelhos, abreviados como «IR». Ocupa a parte do espectro eletromagnético que se situa entre a radiação óptica visível (originada na região do vermelho) e a faixa de radiofrequência de ondas curtas.

Embora a radiação infravermelha praticamente não seja percebida pelo olho humano como luz e não tenha nenhuma cor específica, ela pertence à radiação óptica e é amplamente utilizada na tecnologia moderna.

As ondas infravermelhas, que são características, aquecem as superfícies dos corpos, razão pela qual a radiação infravermelha também é chamada de radiação térmica. Toda a região infravermelha é condicionalmente dividida em três partes:

• região do infravermelho distante — com comprimentos de onda de 50 a 2.000 mícrons;

• região de infravermelho médio — com comprimentos de onda de 2,5 a 50 mícrons;

• região do infravermelho próximo — de 0,74 a 2,5 mícrons.

A radiação infravermelha foi descoberta em 1800.pelo astrônomo inglês William Herschel, e mais tarde, em 1802, de forma independente pelo cientista inglês William Wollaston.

espectros IV

Os espectros atômicos obtidos na forma de raios infravermelhos são lineares; espectros de matéria condensada — contínuo; espectros moleculares estão em banda. A conclusão é que para os raios infravermelhos, em comparação com as regiões visível e ultravioleta do espectro eletromagnético, as propriedades ópticas das substâncias, como coeficiente de reflexão, transmissão, refração, são muito diferentes.

Muitas das substâncias, embora transmitam luz visível, são opacas às ondas em parte da faixa do infravermelho.

Por exemplo, uma camada de água com vários centímetros de espessura é opaca para ondas infravermelhas maiores que 1 mícron e, em algumas condições, pode ser usada como um filtro de proteção térmica. E as camadas de germânio ou silício não transmitem luz visível, mas transmitem bem raios infravermelhos de um determinado comprimento de onda. Os raios infravermelhos distantes são facilmente transmitidos por papel preto e podem servir de filtro para seu isolamento.

A maioria dos metais, como alumínio, ouro, prata e cobre, refletem a radiação infravermelha com um comprimento de onda mais longo, por exemplo, em um comprimento de onda infravermelho de 10 mícrons, a reflexão dos metais chega a 98%. Sólidos e líquidos de natureza não metálica refletem apenas parte da faixa IR, dependendo da composição química de uma determinada substância. Devido a essas características da interação dos raios infravermelhos com vários meios, eles são usados ​​com sucesso em muitos estudos.

espalhamento infravermelho

As ondas infravermelhas emitidas pelo Sol passando pela atmosfera da Terra são parcialmente espalhadas e atenuadas por moléculas de ar e átomos. O oxigênio e o nitrogênio na atmosfera enfraquecem parcialmente os raios infravermelhos, espalhando-os, mas não os absorvem completamente, pois absorvem parte dos raios do espectro visível.

Água, dióxido de carbono e ozônio contidos na atmosfera absorvem parcialmente os raios infravermelhos, e a água os absorve mais porque seus espectros de absorção infravermelha caem sobre toda a região do espectro infravermelho, e os espectros de absorção do dióxido de carbono caem apenas na região intermediária .

As camadas da atmosfera próximas à superfície da Terra transmitem muito pouco da radiação infravermelha, pois fumaça, poeira e água a atenuam ainda mais, espalhando a energia em suas partículas. Quanto menores as partículas (fumaça, poeira, água, etc.), menos dispersão de infravermelho e dispersão de comprimento de onda mais visível. Este efeito é usado na fotografia infravermelha.

Fontes de radiação infravermelha

Para nós que vivemos na Terra, o Sol é uma fonte natural muito poderosa de radiação infravermelha porque metade de seu espectro eletromagnético está na faixa infravermelha. Lâmpadas incandescentes, o espectro infravermelho é de até 80% da energia de radiação.

Além disso, fontes artificiais de radiação infravermelha incluem: arco elétrico, lâmpadas de descarga de gás e, é claro, aquecedores domésticos de elementos de aquecimento.Na ciência, para obter ondas infravermelhas, são utilizados o pino Nernst, filamentos de tungstênio, bem como lâmpadas de mercúrio de alta pressão e até lasers infravermelhos especiais (o vidro de neodímio fornece um comprimento de onda de 1,06 mícrons e um laser de hélio-neon - 1,15 e 3,39 mícrons, dióxido de carbono — 10,6 mícrons).

receptores IR

O princípio de funcionamento dos receptores de ondas infravermelhas baseia-se na conversão da energia da radiação incidente em outras formas de energia disponíveis para medição e uso. A radiação infravermelha absorvida no receptor aquece o elemento termossensível e registra um aumento de temperatura.

Os receptores infravermelhos fotoelétricos geram tensão e corrente elétrica em resposta a uma parte estreita específica do espectro infravermelho para o qual foram projetados para operar, ou seja, os receptores fotoelétricos infravermelhos são seletivos. Para ondas IR na faixa de até 1,2 μm, o registro fotográfico é realizado usando emulsões fotográficas especiais.

A radiação infravermelha é amplamente utilizada em ciência e tecnologia, especialmente para resolver problemas práticos de pesquisa. São estudados os espectros de absorção e emissão de moléculas e sólidos que acabam de cair na região do infravermelho.

Essa abordagem de pesquisa é chamada de espectroscopia de infravermelho, que permite resolver problemas estruturais por meio da realização de análises espectrais quantitativas e qualitativas. A região do infravermelho distante contém emissões causadas por transições entre subplanos atômicos. Graças aos espectros de infravermelho, você pode estudar as estruturas das camadas eletrônicas dos átomos.

E isso sem falar na fotografia, quando o mesmo objeto fotografado primeiro no visível e depois no infravermelho vai parecer diferente, porque devido à diferença de transmissão, espalhamento e reflexão para diferentes áreas do espectro eletromagnético, alguns elementos e detalhes em um modo de fotografia incomum, pode estar completamente ausente: em uma foto comum, algo estará faltando e em uma foto infravermelha ficará visível.

Os usos industriais e de consumo da radiação infravermelha não podem ser subestimados. É usado para secar e aquecer vários produtos e materiais na indústria. Nas casas, as instalações são aquecidas.

Transdutores eletro-ópticos usam fotocátodos que são sensíveis na região do infravermelho do espectro eletromagnético, permitindo que você veja o que é invisível a olho nu.

Os dispositivos de visão noturna permitem que você veja no escuro devido à irradiação de objetos com raios infravermelhos, binóculos infravermelhos - para observação noturna, miras infravermelhas - para mirar na escuridão total, etc. pode reproduzir o padrão exato do medidor.

Receptores altamente sensíveis de ondas infravermelhas permitem determinar a direção de vários objetos por sua radiação térmica, por exemplo, sistemas de orientação de mísseis, que adicionalmente geram sua própria radiação infravermelha.

Os telêmetros e localizadores baseados em raios infravermelhos permitem observar alguns objetos no escuro e medir a distância até eles com alta precisão. Os lasers infravermelhos são usados ​​em pesquisas científicas, para sondar a atmosfera, para comunicações espaciais e muito mais.