इन्फ्रारेड रेडिएशन आणि त्याचे अनुप्रयोग

0.74 मायक्रॉन ते 2 मिमी तरंगलांबी असलेल्या इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक रेडिएशनला भौतिकशास्त्रात इन्फ्रारेड रेडिएशन किंवा इन्फ्रारेड किरण म्हणतात, संक्षिप्त रूपात «IR». हे इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक स्पेक्ट्रमचा तो भाग व्यापतो जो दृश्यमान ऑप्टिकल रेडिएशन (लाल प्रदेशात उद्भवणारा) आणि शॉर्ट-वेव्ह रेडिओ फ्रिक्वेन्सी श्रेणी दरम्यान असतो.

जरी इन्फ्रारेड रेडिएशन व्यावहारिकदृष्ट्या मानवी डोळ्यांना प्रकाश म्हणून समजले जात नाही आणि त्याचा कोणताही विशिष्ट रंग नाही, तरीही ते ऑप्टिकल रेडिएशनशी संबंधित आहे आणि आधुनिक तंत्रज्ञानामध्ये मोठ्या प्रमाणावर वापरले जाते.

इन्फ्रारेड लहरी, जे वैशिष्ट्यपूर्ण आहेत, शरीराच्या पृष्ठभागास गरम करतात, म्हणूनच इन्फ्रारेड विकिरणांना थर्मल रेडिएशन देखील म्हणतात. संपूर्ण इन्फ्रारेड प्रदेश सशर्तपणे तीन भागांमध्ये विभागलेला आहे:

• दूर अवरक्त प्रदेश - 50 ते 2000 मायक्रॉन तरंगलांबीसह;

• मध्य-आयआर प्रदेश - 2.5 ते 50 मायक्रॉन तरंगलांबीसह;

• इन्फ्रारेड क्षेत्राजवळ - 0.74 ते 2.5 मायक्रॉन पर्यंत.

1800 मध्ये इन्फ्रारेड रेडिएशनचा शोध लागला.इंग्रजी खगोलशास्त्रज्ञ विल्यम हर्शल यांनी आणि नंतर, 1802 मध्ये, इंग्रजी शास्त्रज्ञ विल्यम वोलास्टन यांनी स्वतंत्रपणे.

आयआर स्पेक्ट्रा

इन्फ्रारेड किरणांच्या स्वरूपात मिळणारा अणु वर्णपट रेषीय असतो; घनरूप पदार्थ स्पेक्ट्रा - सतत; आण्विक स्पेक्ट्रा बँड केलेले आहेत. निष्कर्ष असा आहे की अवरक्त किरणांसाठी, इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक स्पेक्ट्रमच्या दृश्यमान आणि अल्ट्राव्हायोलेट क्षेत्रांच्या तुलनेत, परावर्तन, प्रक्षेपण, अपवर्तन यांचे गुणांक यासारख्या पदार्थांचे ऑप्टिकल गुणधर्म खूप भिन्न आहेत.

बरेच पदार्थ, जरी ते दृश्यमान प्रकाश प्रसारित करतात, तरीही इन्फ्रारेड श्रेणीच्या काही भागांमध्ये लाटांसाठी अपारदर्शक असतात.

उदाहरणार्थ, पाण्याचा अनेक सेंटीमीटर जाडीचा थर 1 मायक्रॉनपेक्षा लांब अवरक्त लहरींसाठी अपारदर्शक असतो आणि काही परिस्थितींमध्ये थर्मल प्रोटेक्शन फिल्टर म्हणून वापरला जाऊ शकतो. आणि जर्मेनियम किंवा सिलिकॉनचे थर दृश्यमान प्रकाश प्रसारित करत नाहीत, परंतु एका विशिष्ट तरंगलांबीच्या अवरक्त किरणांना चांगल्या प्रकारे प्रसारित करतात. दूरचे अवरक्त किरण काळ्या कागदाद्वारे सहजपणे प्रसारित केले जातात आणि त्यांच्या अलगावसाठी फिल्टर म्हणून काम करू शकतात.

अ‍ॅल्युमिनियम, सोने, चांदी आणि तांबे यांसारखे बहुतेक धातू दीर्घ तरंगलांबीसह अवरक्त विकिरण प्रतिबिंबित करतात, उदाहरणार्थ, 10 मायक्रॉनच्या इन्फ्रारेड तरंगलांबीवर, धातूंचे प्रतिबिंब 98% पर्यंत पोहोचते. विशिष्ट पदार्थाच्या रासायनिक रचनेवर अवलंबून, धातू नसलेल्या निसर्गाचे घन आणि द्रव IR श्रेणीचा फक्त एक भाग प्रतिबिंबित करतात. विविध माध्यमांसह इन्फ्रारेड किरणांच्या परस्परसंवादाच्या या वैशिष्ट्यांमुळे, ते अनेक अभ्यासांमध्ये यशस्वीरित्या वापरले जातात.

इन्फ्रारेड स्कॅटरिंग

पृथ्वीच्या वातावरणातून सूर्याद्वारे उत्सर्जित होणार्‍या इन्फ्रारेड लहरी हवेच्या रेणू आणि अणूंद्वारे अंशतः विखुरलेल्या आणि कमी झालेल्या आहेत. वातावरणातील ऑक्सिजन आणि नायट्रोजन इन्फ्रारेड किरणांना अंशतः कमकुवत करतात, त्यांना विखुरतात, परंतु ते पूर्णपणे शोषून घेत नाहीत, कारण ते दृश्यमान स्पेक्ट्रमच्या किरणांचा काही भाग शोषून घेतात.

वातावरणात असलेले पाणी, कार्बन डाय ऑक्साईड आणि ओझोन अंशतः इन्फ्रारेड किरण शोषून घेतात आणि पाणी त्यांना सर्वात जास्त शोषून घेते कारण त्याचा इन्फ्रारेड शोषक स्पेक्ट्रा अवरक्त स्पेक्ट्रमच्या संपूर्ण भागावर पडतो आणि कार्बन डायऑक्साइडचा शोषण स्पेक्ट्रा फक्त मध्यभागी येतो. .

पृथ्वीच्या पृष्ठभागाजवळील वातावरणाचे थर अवरक्त किरणोत्सर्गाचा फारच कमी प्रसार करतात, कारण धूर, धूळ आणि पाणी ते आणखी कमी करतात, ऊर्जा त्यांच्या कणांवर विखुरतात. कण (धूर, धूळ, पाणी इ.) लहान असतात. कमी IR स्कॅटरिंग आणि अधिक दृश्यमान तरंगलांबी स्कॅटरिंग. हा प्रभाव इन्फ्रारेड फोटोग्राफीमध्ये वापरला जातो.

इन्फ्रारेड रेडिएशनचे स्त्रोत

पृथ्वीवर राहणाऱ्या आपल्यासाठी, सूर्य हा अवरक्त किरणोत्सर्गाचा एक अतिशय शक्तिशाली नैसर्गिक स्रोत आहे कारण त्याचा अर्धा इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक स्पेक्ट्रम इन्फ्रारेड श्रेणीत आहे. इनॅन्डेन्सेंट दिवे, इन्फ्रारेड स्पेक्ट्रम किरणोत्सर्ग उर्जेच्या 80% पर्यंत आहे.

तसेच, इन्फ्रारेड रेडिएशनच्या कृत्रिम स्त्रोतांमध्ये हे समाविष्ट आहे: इलेक्ट्रिक आर्क, गॅस डिस्चार्ज दिवे आणि अर्थातच, हीटिंग एलिमेंट्सचे घरगुती हीटर्स.विज्ञानामध्ये, इन्फ्रारेड लहरी मिळविण्यासाठी, नेर्न्स्ट पिन, टंगस्टन फिलामेंट्स, तसेच उच्च-दाब पारा दिवे आणि अगदी विशेष IR लेसर वापरतात (निओडीमियम ग्लास 1.06 मायक्रॉन तरंगलांबी देते आणि एक हेलियम-निऑन लेसर - 1.15 आणि 3.39 मायक्रॉन, कार्बन डायऑक्साइड - 10.6 मायक्रॉन).

आयआर रिसीव्हर्स

इन्फ्रारेड वेव्ह रिसीव्हर्सच्या ऑपरेशनचे सिद्धांत घटना रेडिएशनच्या ऊर्जेचे मापन आणि वापरासाठी उपलब्ध असलेल्या उर्जेच्या इतर प्रकारांमध्ये रूपांतरित करण्यावर आधारित आहे. रिसीव्हरमध्ये शोषलेले इन्फ्रारेड रेडिएशन थर्मोसेन्सिटिव्ह घटक गरम करते आणि तापमानात वाढ नोंदवली जाते.

फोटोइलेक्ट्रिक आयआर रिसीव्हर्स आयआर स्पेक्ट्रमच्या विशिष्ट अरुंद भागाच्या प्रतिसादात इलेक्ट्रिकल व्होल्टेज आणि करंट तयार करतात ज्यासाठी ते ऑपरेट करण्यासाठी डिझाइन केलेले आहेत, म्हणजेच आयआर फोटोइलेक्ट्रिक रिसीव्हर्स निवडक असतात. 1.2 μm पर्यंतच्या श्रेणीतील IR लहरींसाठी, विशेष फोटोग्राफिक इमल्शन वापरून फोटोग्राफिक नोंदणी केली जाते.

इन्फ्रारेड रेडिएशनचा वापर विज्ञान आणि तंत्रज्ञानामध्ये मोठ्या प्रमाणावर केला जातो, विशेषत: व्यावहारिक संशोधन समस्या सोडवण्यासाठी. फक्त इन्फ्रारेड प्रदेशात येणारे रेणू आणि घन पदार्थांचे शोषण आणि उत्सर्जन स्पेक्ट्राचा अभ्यास केला जातो.

संशोधनाच्या या दृष्टिकोनाला इन्फ्रारेड स्पेक्ट्रोस्कोपी म्हणतात, जे परिमाणवाचक आणि गुणात्मक वर्णक्रमीय विश्लेषण करून संरचनात्मक समस्या सोडविण्यास अनुमती देते. दूरच्या इन्फ्रारेड प्रदेशात अणू सबप्लेनमधील संक्रमणामुळे उत्सर्जन होते. आयआर स्पेक्ट्राबद्दल धन्यवाद, आपण अणूंच्या इलेक्ट्रॉन शेलच्या संरचनेचा अभ्यास करू शकता.

आणि फोटोग्राफीचा उल्लेख करायचा नाही, जेव्हा एकाच वस्तूचे छायाचित्र प्रथम दृश्यमान आणि नंतर अवरक्त श्रेणीमध्ये वेगळे दिसेल, कारण इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक स्पेक्ट्रमच्या वेगवेगळ्या भागांसाठी ट्रान्समिशन, स्कॅटरिंग आणि परावर्तन यातील फरकामुळे, काही घटक आणि तपशील असामान्य फोटो शूटिंग मोडमध्ये पूर्णपणे गहाळ असू शकते: सामान्य फोटोमध्ये काहीतरी गहाळ होईल आणि इन्फ्रारेड फोटोमध्ये ते दृश्यमान होईल.

इन्फ्रारेड रेडिएशनचा औद्योगिक आणि ग्राहक वापर कमी लेखू शकत नाही. हे उद्योगातील विविध उत्पादने आणि साहित्य कोरडे आणि गरम करण्यासाठी वापरले जाते. घरांमध्ये, परिसर गरम केला जातो.

इलेक्ट्रो-ऑप्टिकल ट्रान्सड्यूसर फोटोकॅथोड्स वापरतात जे इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक स्पेक्ट्रमच्या इन्फ्रारेड प्रदेशात संवेदनशील असतात, ज्यामुळे तुम्हाला उघड्या डोळ्यांना काय अदृश्य आहे ते पाहू देते.

नाईट व्हिजन उपकरणे तुम्हाला इन्फ्रारेड किरणांसह वस्तूंच्या विकिरणांमुळे अंधारात पाहण्याची परवानगी देतात, इन्फ्रारेड दुर्बिणी - रात्रीच्या निरीक्षणासाठी, अवरक्त दृष्टी - संपूर्ण अंधारात लक्ष्य ठेवण्यासाठी इ. अचूक मीटर मानक पुनरुत्पादित करू शकता.

IR लहरींचे अतिसंवेदनशील रिसीव्हर्स त्यांच्या थर्मल रेडिएशनद्वारे विविध वस्तूंची दिशा ठरवण्यास परवानगी देतात, उदाहरणार्थ, क्षेपणास्त्र मार्गदर्शन प्रणाली कार्य करते, त्याव्यतिरिक्त त्यांचे स्वतःचे IR रेडिएशन तयार करतात.

इन्फ्रारेड किरणांवर आधारित रेंजफाइंडर आणि लोकेटर अंधारात काही वस्तूंचे निरीक्षण करण्यास आणि उच्च अचूकतेने त्यांचे अंतर मोजू देतात. IR लेझरचा वापर वैज्ञानिक संशोधनात, वातावरणाची तपासणी करण्यासाठी, अंतराळ संप्रेषणासाठी आणि बरेच काही करण्यासाठी केला जातो.