Razele infraroșii

1 Introducere

1.1 Scurt istoric

Sir Frederick William Herschel (1738-1822) s-a născut la Hanovra, Germania și a devenit cunoscut ca muzician și astronom. În 1757 s-a mutat în Anglia împreună cu sora lui, Caroline,construind telescoape pentru a observa noaptea cerul. Munca lor a dus la descoperirea și catalogarea mai multor stele și nebuloase. Herschel este renumit pentru descoperirea planetei Uranus în 1781.

Herschel a făcut o altă descoperire importantă în 1800. Studiind lumina soarelui cu ajutorul prismei (filtrelor colorate) el a vrut să știe conținutul de căldură a fiecărei culori (montajul utlizat este prezentat în figura 1). El a constatat că prin filtrele de diferite culori păreau să treacă diferite intensități de căldură. El a direcționat lumina soarelui printr-o prismă de sticlă pentru a crea un spectru (de curcubeu, create atunci când lumina este împărțită în culorile sale), pe urmă a măsurat temperatura din fiecare culoare. Herschel a utilizat trei termometre bulbi cu cerneală (pentru mai buna absorbție a căldurii) și, în fiecare culoare a spectrului vizibil, plasa un termometru bulb, în timp ce celelalte două au fost plasate dincolo de spectrul de control ca mostră. A măsurat temperaturi individuale de violet, albastru, verde, galben, portocaliu, roșu și lumina,observând că toate culorile au avut temperaturi mai mari decât spectrul de control (mostra). Mai mult decât atât, el a constatat că temperaturile de culori au crescut de la violet la roșu într-o parte a spectrului. După acest model, Herschel a decis să măsoare temperatura doar dincolo de porțiunea roșie a spectrului de frecvență, într-o porțiune a spectrului în care nu e vizibilă lumina soarelui. Spre surprinderea lui, el a găsit că această porțiune are cea mai mare temperatură din tot spectrul.Herschel a suplimentant experimentele efectuate asupra a ceea ce el a numit "razele calorice" (derivat din cuvântul latin pentru căldură) dincolo de spectrul roșu. El a constatat că acestea au fost reflectate, absorbite și transmise într-un mod similar cu

Fig. 1. Montajul utilizat de Herschel pentru descoperirea razelor infraroșii

lumina vizibilă. Ce a descoperit Herschel, a fost o formă de lumină (sau de radiații) dincolo de lumina roșie, fiind cunoscute în prezent ca radiatii în infraroșu.

1.2 Definirea și relația cu spectrul electromagnetic

Radiația în infraroșu (IR) este o radiație electromagnetică a cărei lungime de undă este mai lungă decât cea a luminii vizibile (400 - 700 nm), dar mai scurtă decât cea a radiației terahertz (100 μm - 1 mm) și a microundelor (~30000 μm). Majoritatea radiațiilor termice emise de către obiectele aflate la temperatura camerei este în infraroșu. Energia în infraroșu este emisă sau absorbită de molecule atunci când se schimbă mișcările de rotație - vibrație. Energia în infraroșu excită moduri de vibrație într-o moleculă printr-o schimbare de dipol, făcându-l interval de frecvență util pentru studiul acestor stări energetice pentru moleculele de simetrie corespunzătoare. Spectroscopia în infraroșu examinează absorbția și transmiterea de fotoni în intervalul energetic infraroșu.

Cu alte cuvinte, radiația infraroșie este un tip de radiație electromagnetică ca și undele radio, radiația ultavioletă, razele X sau microundele. Lumina infraroșie aparține spectrului electromagnetic, fiind invizibilă ochiului uman însă oamenii o pot simți ca și căldură. Orice cu temperatura de peste 5 grade Kelvin (-450 de grade Fahrenheit sau -268 de grade Celsius) emite radiație infraroșie. Conform Agenției de Protecție a Mediului, un simplu bec convertește 10% din energia electrică în lumină vizibilă și 90% în radiație infraroșie. Radiația infraroșie începe la marginea vizibilă a spectrului, mai exact de la extremitatea culorii roșii de la 700 nanometri (nm) până la 1mm. Această limită de lungime de undă corespunde frecvenței cuprinse între 430 THz până la 300GHz, la limita inferioară a acestui spectru se află porțiunea de început a microundelor.

Radiațiile infraroșii sunt folosite în aplicații industriale, științifice sau medicale. Aparatele pentru vedere nocturnă oferă observarea oamenilor și animalelor fără ca observantul să fie detectat. Astronomia în infrarosu folosește senzori echipați pe telescoape pentru a trece prin regiunile greu vizibile din spațiu precum norii moleculari, mai sunt folosiți (senzorii) pentru a detecta noi planete sau pentru a detecta traiectoria obitectelor în spațiu. Camerele cu detectoare infraroșii sunt folosite pentru a detecta pierderea de căldură din sisteme izolate, pentru a observa

schimbările de traiectorie a sângelui în corpul uman și pentru a detecta aparate electrice care se supraîncălzesc.