Infraruĝa radiado (aŭ transruĝa radiado) estas elektromagneta radiado, kies ondolongo estas pli granda ol 780 nm; la supran limon de la ondolongoj oni difinas iom arbitre per 1 mm, responde al frekvenco de 300 GHz.
La minimuma ondolongo estas difinita per la vidkapablo de la homa okulo, kiu finiĝas ĉe lumo de la menciita ondolongo de 780 nm. Lumo iom sub tiu longo estas perceptata kiel ruĝa; tial la nomo "infraruĝa" aŭ "transruĝa".
Teknike oni jene dividas la gamon de infraruĝaj ondolongoj:
- proksima infraruĝo: 0,78 – 1,4 μm; tia radiado estas uzata en telekomunikado per vitrofibroj.
- mallongonda infraruĝo: 1,4 – 3 μm; tia radiado estas forte absorbata en akvo kaj ne povas profunde penetri en akvon.
- mezonda aŭ intera infraruĝo: 3 – 8 μm
- longonda infraruĝo: 8 – 15 μm
- malproksima infraruĝo: 15 – 1000 μm; ĝi atingas la tre altajn radiofrekvencojn.
Infraruĝa radiado estas uzata por hejtado kaj por telekomunikado, aŭ per vitraj fibroj aŭ tra la aero. Ĉi-lasta sistemo estas uzata de hejmaj teleregiloj kaj inter komputiloj kaj iliaj flankaparatoj (vidu IrDA).
Kelkaj bestoj kapablas vidi proksiman infraruĝon, ekzemple serpentoj. Eblas fari fotojn en infraruĝa lumo; ili utilas ne nur por vido dum nokto, sed ekzemple por trovi varmo-likaĵojn de domoj. Infraruĝaj vidigiloj estas uzataj en armeoj por vidi en nokto sen atentigi pri si per lumigiloj.
Historio
La infraruĝa radiado estis malkovritaj en 1800 de William Herschel, angla astronomo germandevena. Herschel metis termometron el hidrargo en la spektron akiritan per vitra prismo cele al la mezuro de la varmo eligita de ĉiu koloro. Li malkovris, ke la varmo estas pli forta ĉe la ruĝa koloro de la spektro kaj observis, ke tie ne estas lumo. Herschel publikigis siajn rezultojn en 1800 antaŭ la Reĝa Societo de Londono.[1] Tiu estis la unua eksperimento, kiu pruvis, ke la varmo povas esti transmitita per nevidebla formo de lumo. Herschel nomis tiun radiadon "varmaj radioj", nomo tre populara laŭlonge de la 19-a jarcento, kiu finfine estis anstataŭita per la pli moderna esprimo infraruĝa radiado. La termino "infraruĝa" ne aperis ĝis fino de la 19-a jarcento.[2]
Aliaj gravaj datoj estas jenaj:[3]
- 1737: Émilie du Châtelet antaŭdiris tion kio nuntempe estas konata kiel infraruĝa radiado en Dissertation sur la nature et la propagation du feu.[4]
- 1830: Leopoldo Nobili konstruis la unuan "termopilon", kiel detektilo de infraruĝaj.[5]
- 1840: John Herschel produktis la unuan termobildon, nomita termogramo.[6]
- 1860: Gustav Kirchhoff formulis la teoremon de la nigra korpo .[7]
- 1873: Willoughby Smith malkovris la fotokonduktivecon de seleno.[8]
- 1878: Samuel Pierpont Langley inventis la unuan bolometron, nome aparaton kapablan mezuri malgrandajn fluktuadojn de temperaturo kaj, tial, la potencon de la fontoj de la malproksima infraruĝa radiado. La unuaj detektiloj de infraruĝa radiado estis bolometroj, nome instrumentoj kiuj kaptas la radiadon pere de la pliigo de temperaturo produktita en absorba detektilo.[9]
- 1879: La Leĝo de Stefan-Boltzmann formulis empirie, ke la potenco radiita de nigra korpo estas proporcia al T 4.[10]
- 1880-aj kaj 1890-aj jaroj: Lordo Rayleigh kaj Wilhelm Wien solvis parton de la ekvacio de la nigra korpo, sed ambaŭ solvoj diverĝis en partoj de la elektromagneta spektro. Tiu problemo nomiĝis "katastrofo de la ultraviola kaj katastrofo de la infraruĝa".[11]
- 1892: Willem Henri Julius publikigis la infraruĝajn spektrojn de 20 organikaj komponaĵoj mezuritaj per bolometro laŭ mezurunuoj de angula translokigo.[12]
- 1901: Max Planck publikigis la ekvacion de la nigra korpo kaj la korespondan teoremon. Li solvis la problemon per kvantigado de la ebligitaj transigoj de energio.[13]
- 1905: Albert Einstein disvolvigis la teorion de la fotoelektra efiko.[14]
- 1905-1908: William Coblentz publikigis la infraruĝajn spektrojn en mezurunuoj de ondolongo (mikrometroj) por kelkaj kemiaj komponaĵoj en Investigations of Infra-Red Spectra.[15][16][17]
- 1917: Theodore Case disvolvigis la detektilon de sulfido de taliumo; brita sciencisto konstruis la unuan serĉilon kaj detektilon de infraruĝaj radioj (Infrared search and track, IRST) kapabla detekti aviadilojn je distanco de unu mejlo (1,6 km).
- 1935: Saloj de plumbo: unua gvidilo de misiloj en la Dua Mondmilito.
- 1938: Yeou Ta antaŭdiris, ke la piroelektra efiko povus esti uzita por detekti la infraruĝan radiadon.[18]
- 1945: La Zielgerät 1229 "Vampir" estis enkondukita kiel la unua portebla infraruĝa aparato por militaplikaĵoj.
- 1952: Heinrich Welker kultivis sintezajn kristalojn de india antimonido (InSb).
- 1950-aj kaj 1960-aj jaroj: Nomenklaturo kaj radiometriaj mezurunuoj estis difinitaj de Fred Nicodemenus, G. J. Zissis kaj R. Clark; Robert Clark Jones difinis la D.
- 1958: W. D. Lawson (Royal Radar Establishment en Malvern) malkovris la proprecojn de detektado de infraruĝa radiado ĉe la telurido de kadmio kaj hidrargo (HgCdTe).[19]
- 1958: Oni disvolvis la misilojn Falcon kaj Sidewinder per infraruĝa teknologio.
- 1960s: Paul Kruse kaj liaj kolegoj de la Esplorcentro Honeywell pruvis la uzadon de HgCdTe kiel efika kombinaĵo por la detektado per infraruĝa radiado.[19]
- 1962: J. Cooper pruvis la piroelektran detektadon.[20]
- 1964: W. G. Evans malkovris infraruĝajn termoricevilojn en fajrema skarabo.
- 1965: Unua manlibro pri infraruĝa radiado; unuaj generiloj de komercaj bildoj (Barnes, Agema (nuntempe parto de FLIR Systems Inc.)); referencteksto de Richard Hudson; F4 TRAM FLIR de Hughes Aircraft Company; fenomenologio pionira de Fred Simmons kaj A. T. Stair; oni kreis la laboratorion de nokta vido de la usona armeo (nuntempa Night Vision and Electronic Sensors Directorate (NVESD)), kaj Rachets disvolvis tie modelojn por detektado, rekognosko kaj identigo.
- 1970: Willard Boyle kaj George E. Smith proponis la CCD en la Laboratorioj Bell por la videotelefonio.
- 1973: Programo de komuna modelo iniciatita de la NVESD.[21]
- 1978: La astronomio per infraruĝaj bildoj alvenis al sia kapablaro, oni planis observatoriojn, oni inaŭguris la Infraruĝan Teleskopion de NASA en Mauna Kea; oni produktis arojn de 32 × 32 kaj 64 × 64 uzante InSb, HgCdTe kaj aliajn materialojn.
- 2013: La 14an de februaro, esploristoj disvolvis cerban enplantaĵon kiu havigas al ratoj la kapablon percepti la infraruĝan lumon, kio por la unua fojo havigis al vivaj estaĵoj novajn kapablojn, anstataŭ simple anstataŭigi aŭ pliigi la jam ekzistintajn kapablojn.[22]
Uzado de infraruĝa radiado
La infraruĝa radiado estas uzata en la ekipaĵoj por nokta vidkapablo kiam la kvanto de lumo videbla estas nesufiĉa por vidi la objektojn. La radiado estas ricevita kaj poste montrita sur ekrano. La plej varmaj objektoj iĝas la plej lumvideblaj.
Nuntempa tre ofta uzado estas tiu de la teleregiloj je distanco kiuj ĝenerale uzas infraruĝan radiadon anstataŭ radiondojn ĉar tiu ne interferas kun aliaj signaloj kiel ekzemple kun la signaloj de televido. La infraruĝa radiado estas uzata ankaŭ por komuniki je mallonga distanco komputilojn kun la periferia ekipaĵaro. La aparatoj kiuj uzas tiun tipon de komunikado ĝenerale plenumas normigaron publikigitan de la Infrared Data Association.[23]
La lumo uzita en la optikaj fibroj estas ĝenerale de infraruĝa radiado.
Proksima infraruĝa radiado
La proksima infraruĝa radiado estas la regiono de ondolongo plej mallonga en la infraruĝa spektro, inter la lumo videbla kaj la averaĝa infraruĝa radiado, proksimume inter 800 kaj 2500 nanometroj, kvankam ne estas difino universale akceptita.
Industriaj elsendiloj de infraruĝa radiado
Alia inter multaj aplikaĵoj de la infraruĝa radiado estas tiu de la uzado de ekipaĵoj por elsendado de infraruĝa radiado en la industria sektoro. En tiu sektoro la aplikaĵoj okupas ampleksan gamon, sed en tiu oni povas elstarigi ties uzadon en aplikaĵoj kiel la sekigado de farboj kaj vernisoj, sekigado de papero, termofiksado de plastoj, antaŭvarmigado de lutaĵoj, kurbigo, hardigado kaj lamenigo de vitro, inter aliaj. La radiado sur la difinita materialo povas esti plilongigita aŭ momenta konsiderante aspektojn kiel la distanco el la elsendiloj ĝis la materialo, la pasrapideco de la materialo (kiel ĉe la produktoĉenoj) kaj la temperaturo celatingenda.
Ĝenerale, se paroli pri ekipaĵoj elsendaj de infraruĝa radiado, oni distingas kvar tipojn laŭ la ondolongo uzataj de ili jene:
- Elsendiloj de infraruĝa radiado de mallonga ondo.
- Elsendiloj de infraruĝa radiado de rapida mezlonga ondo.
- Elsendiloj de infraruĝa radiado de mezlonga ondo.
- Elsendiloj de infraruĝa radiado de longa ondo.
Dumnokta vidado
Pli detalaj informoj troveblas en artikolo Nokta vidkapablo.
La infraruĝa radiado estas uzata en la ekipaĵoj por nokta vidkapablo kiam la kvanto de lumo videbla estas nesufiĉa por vidi la objektojn.[24] La radiado estas ricevita kaj poste montrita sur ekrano. La plej varmaj objektoj iĝas la plej lumvideblaj. La aparatoj de nokta vidado funkcias pere de procezo kiu postulas la konverton de la fotonoj de la media lumo en elektronoj kiuj poste estas amplifitaj pere de kemi-elektra procezo kaj rekonvertitaj en videbla lumo.[24] La fontoj de infraruĝa lumo povas esti uzataj por pliigi la median lumon disponeblan por ties konverto fare de la noktovidiloj, tiel pliigante la videblecon en la malhelo sen uzi reale fonton de lumo videbla.[24]
La uzado de infraruĝa lumo kaj de noktovidilo ne devas esti konfuzata kun la termika bildigaro, kiu kreas bildojn bazitajn sur la diferencoj de temperaturo de la surfaco detektante la infraruĝan radiadon (varmo) kiu elsendatas el la objektoj kaj el la medio.[25]
Termografio
Pli detalaj informoj troveblas en artikolo Termografio.
La infraruĝa radiado povas esti uzata por determini dedistance la temperaturon de la objektoj (se oni konas la elsendecon). Tio estas nomata "termografio", aŭ ĉe tre varmaj objektoj estas nomata "pirometrio". La termografio (termika bildo) esta uzara ĉefe en militaj kaj industriaj aplikaĵoj, sed tia teknologio jam alvenis al la publika merkato kiel infraruĝaj kameraoj en aŭtoj pro la granda reduktado de la produktadkostoj.
La termografiaj kameraoj detektas la radiadon en la infraruĝa rango de la elektromagneta spektro (proksimume inter 9 000 kaj 14 000 nanometroj aŭ 9-14 μm) kaj produktas bildojn de tiu radiado. Ĉar la infraruĝa radiado estas elsendita de ĉiuj objektoj laŭ ties temperaturo, laŭ la leĝo de la radiado de la nigra korpo, la termografio ebligas "vidi" la medion kun aŭ sen videbla lumo. La kvanto de radiado elsendita de objekto pliiĝas laŭ la temperaturo, pro kio la termografio ebligas vidi la variaĵojn de temperaturo (de tie ties nomo).
Varmigado
Infraruĝa radiado povas esti uzata kiel intenca varmofonto. Por ekzemplo, ĝi estas uzata en infraruĝaj saŭnoj por varmigi la uzantojn. Ĝi povas esti uzata ankaŭ en aliaj varmigaj aplikaĵoj, kiel por forigi glacion el flugiloj de aviadilo (de-glaciigo).[26] Infraruĝa radiado povas esti uzata ankaŭ en kuirado, konata kiel rostado aŭ eĉ kradrostado. Energia avantaĝo estas ke la IR energio varmigas nur netravideblajn objektojn, kiel manĝaĵojn, anstataŭ la aeron ĉirkaŭ ili.
Infraruĝa radiado estas ankaŭ iĝanta pli populara en industriaj fabrikprocezoj, ekz. por traktado de ŝirmiloj, formado de plastoj, retraktado, plastoŝirmigo, kaj pressekigado. En tiuj aplikaĵoj, infraruĝaj varmigiloj anstataŭas konvekciajn fornojn kaj varmigadon per kontakto.
Malvarmigado
Vario de teknologioj aŭ de proponitaj teknologioj profitas el infraruĝaj elsendoj por malvarmigi konstruaĵojn aŭ aliajn sistemojn. La regiono LWIR (8–15 μm) estas speciale utila ĉar kelka radiado de tiuj ondolongoj povas foriri al spaco tra la atmosfera "infraruĝa fenestro". Tiel surfacoj de la nomita pasiva tag-radiada malvarmigo (passive daytime radiative cooling, PDRC) kapablas realigi sub-mediajn malvarmajn temperaturojn sub rekta sunintenseco, kio plibonigas teran varmotransdonon al la ekstera spaco kontraŭ nula energikonsumado aŭ poluado.[27][28] Surfacoj de PDRC minimumigas la mallongondan sunreflekton por malpliigi varmakiron dum oni retenas fortan longondan infraruĝan varmoradiadan varmotransdonon (LWIR).[29][30] Imagita je tutmonda skalo, tiu malvarmiga metodo estis proponita kiel rimedo por malrapidigi kaj eĉ renversi la procezojn de tutmonda varmiĝo, dum kelkaj ĉirkaŭkalkuloj proponas tutmondan surfacarean ŝirmadon de ĉirkaŭ 1-2% por ekvilibrigi la tutmondajn varmofluojn.[31][32]
Komunikado
IR datumtransmisio estas uzata en mallonggama komunikado inter komputperiferiaĵoj kaj personaj poŝkomputiloj. Tiuj aparatoj kutime kongruas kun normigoj publikigitaj de IrDA, nome Infrared Data Association. Teleregiloj kaj aparatoj de IrDA uzas infraruĝajn lumeligantajn diodojn (LED-ojn) por elsendi infraruĝan radiadon kiuj povas esti koncentrita per lenso en radiaro kiun la uzanto celas al la detektilo. La radifasko estas modulata, t.e. (mal)ŝaltita, laŭ kodo kiun la ricevilo interpretas. Kutime oni uzas tre proksiman IR (sub 800 nm) pro praktikaj tialoj. Tiu ondolongo estas efike detektita per malmultekostaj siliciaj fotodiodoj, kiujn la ricevanto uzas por konverti la detektitan radiadon en elektra kurento. Tiu elektra signalo estas pasata tra alta-pasa filtrilo kiu retenas la rapidajn pulsojn pere de la IR transmisiilo sed forfiltras malrapide ŝanĝanta infrarruĝan radiadon el la media lumo. Infraruĝa komunikado estas utila por hejma uzado en areoj de alta loĝdenseco. IR ne penetras murojn kaj tiel ĝi ne interferas kun aliaj aparatoj kiuj estus en apudaj ĉambroj. Infraruĝa estas la plej ofta rimedo por teleregiloj kiuj regas aplikaĵojn. Infraruĝaj teleregiloj kiel RC-5, SIRC, estas uzataj por komuniki per infraruĝa radiado.
Optika komunikado en libera spaco uzanta infraruĝajn laserojn povas esti relative malmultekosta rimedo por instali komunikilon en urba areo funkciantan je ĝis 4 gigabajtoj/s, kompare kun la kosto enterigi kablon de optika fibro, escepte pro la radiada damaĝo. "Ĉar la okulo ne povas detekti IR, palpebrumi aŭ fermi la okulojn por eviti aŭ malpliigi la damaĝon ne okazas."[33]
Infraruĝaj laseroj estas uzataj por havigi la lumon por komuniksistemoj per optika fibro. Infraruĝa lumo kun ondolongo de ĉirkaŭ 1,330 nm (malplej granda disperso) aŭ 1,550 nm (plej bona transmisio) estas la plej taŭgaj elektoj por normigaj siliciaj fibroj.
IR datumtransmisio de ĉifritaj aŭdiversioj de presitaj signaloj estas nun esplorata kiel helpilo por personoj kun nesufiĉa vidkapablo pere de la projekto RIAS (Remote Infrared Audible Signage, Dedistanca Infraruĝa Aŭdebla Signalaro). Transmisii IR datumojn el unu aparato al alia estas foje referencata kiel "radiado".
Spektroskopio
Infraruĝa vibro-spektroskopio (vidu ankaŭ preskaŭ-infrarruĝa spektroskopio) estas tekniko kiu povas esti uzata por identigi molekulojn pere de analizo de iliaj konstituaj ligiloj. Ĉiu kemia ligilo en molekulo vibras je frekvenco karaktera de tiu ligilo. Grupo de atomoj en molekulo (ekz., CH2) povas havi plurajn manierojn osciladi okazigitajn per la apartigaj kaj ligaj movadoj de la grupo kiel tuto. Se oscilado kondukas al ŝanĝo en dupoluso en la molekulo tiam ĝi absorbos fotonon kiu havas la saman frekvencon. La vibrofrekvencoj de plej molekuloj korespondas al la frekvencoj de infraruĝa lumo. Tipe, tiu tekniko estas uzata por studi organikajn komponaĵojn uzante lumradiadon el mez-infrarruĝa, 4,000–400 cm−1. Tiel oni registras spektron de ĉiuj frekvencoj de absorbado en unu provaĵo. Tio povas esti uzata por akiri informaron pri la kompono de la provaĵo laŭ la kemiaj grupoj kiuj ĉeestas kaj ankaŭ pri ties pureco (por ekzemplo, humida provaĵo montros ampleksan absorbadon de O-H ĉirkaŭ 3200 cm−1). La unuo kiu esprimas radiadon en tiu aplikado, cm−1, estas la spektroskopia ondonombro. Ĝi estas la frekvenco dividita per la lumrapido en vakuo.
Meteologio
.gif)
Vetersatelitoj ekipitaj per skanradiometroj produktas termikajn aŭ infraruĝajn bildojn, kiuj povas poste ebligi trejnitan analiziston determini la altecojn kaj tipojn de nuboj, kalkuli la temperaturon kaj de la tero kaj de la surfacakvo, kaj lokigi trajtojn de la oceana surfaco. Tiu skanado estas farita tipe en la gamo 10.3–12.5 μm (kanaloj IR4 kaj IR5).
Nuboj kun altaj kaj malvarmaj pintoj, kiel ciklonoj aŭ kumulonimbusoj, estas ofte montritaj ruĝe aŭ nigre, pli malaltaj pli varmaj nuboj kiel stratusoj aŭ stratokumulusoj estas montrataj blue aŭ grize, dum intermezaj nuboj nuancas kongrue al tio. Varmaj tersurfacoj estas montrataj malhelgrize aŭ nigre. Malavantaĝo de la infraruĝa bildaro estas ke malalta nubo kiel stratuso aŭ nebulo povas havi temperaturon similan al la ĉirkaŭa tero aŭ marsurfaco kaj tio ne montriĝas. Tamen, uzante la diferencon laŭ brileco de la IR4 kanalo (10.3–11.5 μm) kaj de la preskaŭ-infrarruĝa kanalo (1.58–1.64 μm), malalta nubo povas esti distingita, produktante satelitan bildon de nebulo. La ĉefa avantaĝo de infraruĝo estas ke la bildoj povas esti produktitaj dumnokte, ebligante kontinuan sekvencon de la studota vetero.
Tiuj infraruĝaj bildoj povas montri oceanajn kirlaĵojn kaj vorticojn kaj mapigi oceanfluojn kiel tiu de la Golfa Marfluo, kio estas ege valora al la fiŝkapta industrio. Fiŝkaptistoj kaj terkulturistoj estas tre interesataj en la kono de la temperaturoj kaj de tero kaj de akvo por protekti siajn rikoltojn kontraŭ frosto aŭ pliigi siajn kaptaĵojn el la maro. Oni povas montri eĉ la fenomenojn de El Niño. Uzante kolorig-ciferecitajn teknikojn, la griznuancaj termikaj bildoj povas esti konvertitaj al kolorigitaj por pli facila identigo aŭ dezirata informaro.
La ĉefa akvovapora kanalo je 6.40 ĝis 7.08 μm povas esti bildigita pere de kelkaj vetersatelitoj kaj montras la kvanton de malsekeco kiu estas en la atmosfero.
Astronomio
.jpg)
Astronomoj observas objektojn en la infraruĝa parto de la elektromagneta spektro uzante optikajn instrument-komponantojn, kiel spegulojn, lensojn kaj solidstatajn ciferecajn detektilojn. Pro tiu tialo, tiu fako estas klasita kiel parto de la optika astronomio. Por formi bildon, la komponantoj de infraruĝa teleskopo bezonas esti zorgeme ŝirmitaj el varmofontoj, kaj la detektiloj estas malvarmigitaj uzante likvan heliumon.
La sensiveco de Ter-bazitaj infraruĝaj teleskopoj estas tre limigita fare de la akvovaporo en la atmosfero, kiu absorbas parton de la infraruĝa radiado kiu alvenas el la spaco ekster elektitaj atmosferaj fenestroj. Tiu limigo povas esti almenaŭ parte mildigita metante la teleskopan observatorion je alta altitudo, aŭ eĉ forportante la teleskopon per balono aŭ aviadilo. Kosmoteleskopoj ne suferas pro tiu malavantaĝo, kaj tiel la ekstera spaco estas konsiderata la ideala loko por la infraruĝa astronomio.
Bildoj
Atmosfera infraruĝa radiado.
Movebla aparato per infraruĝa radiado.
Hejtado per infraruĝa radiado.
Notoj
Eksteraj ligiloj
Wikiwand in your browser!
Seamless Wikipedia browsing. On steroids.
Every time you click a link to Wikipedia, Wiktionary or Wikiquote in your browser's search results, it will show the modern Wikiwand interface.
Wikiwand extension is a five stars, simple, with minimum permission required to keep your browsing private, safe and transparent.
