इन्फ्रारेड विकिरण और इसके अनुप्रयोग

0.74 माइक्रोन से 2 मिमी की तरंग दैर्ध्य के साथ विद्युत चुम्बकीय विकिरण को भौतिकी अवरक्त विकिरण या अवरक्त किरणें कहा जाता है, संक्षिप्त रूप से "आईआर"। यह विद्युत चुम्बकीय स्पेक्ट्रम के उस हिस्से पर कब्जा कर लेता है जो दृश्यमान ऑप्टिकल विकिरण (लाल क्षेत्र में उत्पन्न) और शॉर्ट-वेव रेडियो फ्रीक्वेंसी रेंज के बीच स्थित होता है।

यद्यपि इन्फ्रारेड विकिरण व्यावहारिक रूप से मानव आंखों द्वारा प्रकाश के रूप में नहीं माना जाता है और इसका कोई विशिष्ट रंग नहीं है, फिर भी यह ऑप्टिकल विकिरण से संबंधित है और आधुनिक तकनीक में व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है।

इन्फ्रारेड तरंगें, जो विशिष्ट हैं, शरीर की सतहों को गर्म करती हैं, यही वजह है कि इन्फ्रारेड विकिरण को अक्सर थर्मल विकिरण भी कहा जाता है। संपूर्ण अवरक्त क्षेत्र को सशर्त रूप से तीन भागों में विभाजित किया गया है:

• दूर अवरक्त क्षेत्र - 50 से 2000 माइक्रोन की तरंग दैर्ध्य के साथ;

• मध्य-आईआर क्षेत्र - 2.5 से 50 माइक्रोन तक तरंग दैर्ध्य के साथ;

• इन्फ्रारेड क्षेत्र के पास - 0.74 से 2.5 माइक्रोन तक।

इन्फ्रारेड विकिरण की खोज 1800 के दशक में हुई थी।अंग्रेजी खगोलशास्त्री विलियम हर्शल द्वारा, और बाद में, 1802 में, स्वतंत्र रूप से अंग्रेजी वैज्ञानिक विलियम वोलास्टन द्वारा।

आईआर स्पेक्ट्रा

इन्फ्रारेड किरणों के रूप में प्राप्त परमाणु स्पेक्ट्रम रैखिक होते हैं; संघनित पदार्थ स्पेक्ट्रा - निरंतर; आणविक स्पेक्ट्रा बैंडेड हैं। निष्कर्ष यह है कि अवरक्त किरणों के लिए, विद्युत चुम्बकीय वर्णक्रम के दृश्य और पराबैंगनी क्षेत्रों की तुलना में, पदार्थों के ऑप्टिकल गुण, जैसे प्रतिबिंब, संचरण, अपवर्तन के गुणांक, बहुत भिन्न होते हैं।

कई पदार्थ, हालांकि वे दृश्यमान प्रकाश संचारित करते हैं, इन्फ्रारेड रेंज के हिस्से में तरंगों के लिए अपारदर्शी हो जाते हैं।

उदाहरण के लिए, कई सेंटीमीटर मोटी पानी की एक परत 1 माइक्रोन से अधिक लंबी अवरक्त तरंगों के लिए अपारदर्शी होती है, और कुछ स्थितियों में इसका उपयोग थर्मल सुरक्षा फिल्टर के रूप में किया जा सकता है। और जर्मेनियम या सिलिकॉन की परतें दृश्य प्रकाश का संचार नहीं करती हैं, बल्कि एक निश्चित तरंग दैर्ध्य की अवरक्त किरणों को अच्छी तरह से संचारित करती हैं। सुदूर अवरक्त किरणें आसानी से काले कागज द्वारा प्रेषित होती हैं और उनके अलगाव के लिए एक फिल्टर के रूप में काम कर सकती हैं।

अधिकांश धातुएं, जैसे कि एल्यूमीनियम, सोना, चांदी और तांबा, लंबी तरंग दैर्ध्य के साथ अवरक्त विकिरण को दर्शाती हैं, उदाहरण के लिए, 10 माइक्रोन के अवरक्त तरंग दैर्ध्य पर, धातुओं का प्रतिबिंब 98% तक पहुंच जाता है। किसी विशेष पदार्थ की रासायनिक संरचना के आधार पर, एक गैर-धातु प्रकृति के ठोस और तरल पदार्थ आईआर रेंज का केवल एक हिस्सा दर्शाते हैं। विभिन्न माध्यमों के साथ इन्फ्रारेड किरणों की परस्पर क्रिया की इन विशेषताओं के कारण, कई अध्ययनों में इनका सफलतापूर्वक उपयोग किया जाता है।

इन्फ्रारेड प्रकीर्णन

सूर्य द्वारा पृथ्वी के वायुमंडल से गुजरने वाली इन्फ्रारेड तरंगें आंशिक रूप से बिखरी हुई होती हैं और हवा के अणुओं और परमाणुओं द्वारा क्षीण हो जाती हैं। वातावरण में ऑक्सीजन और नाइट्रोजन अवरक्त किरणों को आंशिक रूप से कमजोर करते हैं, उन्हें बिखेरते हैं, लेकिन उन्हें पूरी तरह से अवशोषित नहीं करते हैं, क्योंकि वे दृश्यमान स्पेक्ट्रम की किरणों का हिस्सा अवशोषित करते हैं।

वायुमंडल में निहित पानी, कार्बन डाइऑक्साइड और ओजोन अवरक्त किरणों को आंशिक रूप से अवशोषित करते हैं, और पानी उन्हें सबसे अधिक अवशोषित करता है क्योंकि इसका अवरक्त अवशोषण स्पेक्ट्रा अवरक्त स्पेक्ट्रम के पूरे क्षेत्र में पड़ता है, और कार्बन डाइऑक्साइड का अवशोषण स्पेक्ट्रा केवल मध्य क्षेत्र में गिरता है। .

पृथ्वी की सतह के पास वायुमंडल की परतें बहुत कम अवरक्त विकिरण संचारित करती हैं, क्योंकि धुआं, धूल और पानी इसे और क्षीण कर देते हैं, ऊर्जा को उनके कणों पर बिखेर देते हैं। कण (धुआं, धूल, पानी, आदि) जितने छोटे होते हैं, उतने ही छोटे होते हैं। कम आईआर स्कैटरिंग और अधिक दृश्यमान वेवलेंथ स्कैटरिंग। इस प्रभाव का उपयोग इन्फ्रारेड फोटोग्राफी में किया जाता है।

अवरक्त विकिरण के स्रोत

पृथ्वी पर रहने वाले हमारे लिए, सूर्य इन्फ्रारेड विकिरण का एक बहुत शक्तिशाली प्राकृतिक स्रोत है क्योंकि इसका आधा विद्युत चुम्बकीय स्पेक्ट्रम इन्फ्रारेड रेंज में है। गरमागरम लैंप, अवरक्त स्पेक्ट्रम विकिरण ऊर्जा का 80% तक है।

इसके अलावा, इन्फ्रारेड विकिरण के कृत्रिम स्रोतों में शामिल हैं: इलेक्ट्रिक आर्क, गैस डिस्चार्ज लैंप और, ज़ाहिर है, हीटिंग तत्वों के घरेलू हीटर।विज्ञान में, इन्फ्रारेड तरंगों को प्राप्त करने के लिए, नर्नस्ट पिन, टंगस्टन फिलामेंट्स, साथ ही उच्च दबाव पारा लैंप और यहां तक ​​​​कि विशेष आईआर लेजर का उपयोग किया जाता है (नियोडिमियम ग्लास 1.06 माइक्रोन की तरंग दैर्ध्य देता है, और हीलियम-नियॉन लेजर - 1.15 और 3.39 माइक्रोन, कार्बन डाइऑक्साइड - 10.6 माइक्रोन)।

आईआर रिसीवर

इन्फ्रारेड वेव रिसीवर के संचालन का सिद्धांत माप और उपयोग के लिए उपलब्ध ऊर्जा के अन्य रूपों में घटना विकिरण की ऊर्जा के रूपांतरण पर आधारित है। रिसीवर में अवशोषित अवरक्त विकिरण थर्मोसेंसिटिव तत्व को गर्म करता है और तापमान में वृद्धि दर्ज की जाती है।

फोटोइलेक्ट्रिक आईआर रिसीवर आईआर स्पेक्ट्रम के एक विशिष्ट संकीर्ण हिस्से के जवाब में विद्युत वोल्टेज और वर्तमान उत्पन्न करते हैं जिसके लिए उन्हें संचालित करने के लिए डिज़ाइन किया गया है, यानी आईआर फोटोइलेक्ट्रिक रिसीवर चयनात्मक हैं। 1.2 माइक्रोन तक की सीमा में आईआर तरंगों के लिए, विशेष फोटोग्राफिक इमल्शन का उपयोग करके फोटोग्राफिक पंजीकरण किया जाता है।

इन्फ्रारेड विकिरण का व्यापक रूप से विज्ञान और प्रौद्योगिकी में उपयोग किया जाता है, विशेष रूप से व्यावहारिक अनुसंधान समस्याओं को हल करने के लिए। अवरक्त क्षेत्र में आने वाले अणुओं और ठोस पदार्थों के अवशोषण और उत्सर्जन स्पेक्ट्रा का अध्ययन किया जाता है।

अनुसंधान के इस दृष्टिकोण को इन्फ्रारेड स्पेक्ट्रोस्कोपी कहा जाता है, जो मात्रात्मक और गुणात्मक स्पेक्ट्रल विश्लेषण करके संरचनात्मक समस्याओं को हल करने की अनुमति देता है। सुदूर अवरक्त क्षेत्र में परमाणु उप-विमानों के बीच संक्रमण के कारण होने वाला उत्सर्जन होता है। आईआर स्पेक्ट्रा के लिए धन्यवाद, आप परमाणुओं के इलेक्ट्रॉन गोले की संरचनाओं का अध्ययन कर सकते हैं।

और यह फ़ोटोग्राफ़ी का उल्लेख नहीं है, जब एक ही वस्तु पहले दृश्यमान और फिर इन्फ्रारेड रेंज में अलग-अलग दिखाई देगी, क्योंकि विद्युत चुम्बकीय वर्णक्रम के विभिन्न क्षेत्रों के लिए संचरण, बिखरने और प्रतिबिंब में अंतर के कारण, कुछ तत्व और विवरण एक असामान्य फोटो शूटिंग मोड पूरी तरह से गायब हो सकता है: एक साधारण फोटो में, कुछ गायब होगा, और इन्फ्रारेड फोटो में यह दिखाई देगा।

इन्फ्रारेड विकिरण के औद्योगिक और उपभोक्ता उपयोग को कम करके नहीं आंका जा सकता है। इसका उपयोग उद्योग में विभिन्न उत्पादों और सामग्रियों को सुखाने और गर्म करने के लिए किया जाता है। घरों में, परिसर गर्म होते हैं।

इलेक्ट्रो-ऑप्टिकल ट्रांसड्यूसर फोटोकैथोड का उपयोग करते हैं जो विद्युत चुम्बकीय स्पेक्ट्रम के इन्फ्रारेड क्षेत्र में संवेदनशील होते हैं, जिससे आप यह देख सकते हैं कि नग्न आंखों के लिए क्या अदृश्य है।

नाइट विजन डिवाइस आपको इन्फ्रारेड किरणों, इन्फ्रारेड दूरबीनों के साथ वस्तुओं के विकिरण के कारण अंधेरे में देखने की अनुमति देते हैं - रात के अवलोकन के लिए, इन्फ्रारेड जगहें - पूर्ण अंधेरे में लक्ष्य करने के लिए, आदि। वैसे, इन्फ्रारेड विकिरण की मदद से, आप सटीक मीटर मानक को पुन: उत्पन्न कर सकता है।

IR तरंगों के अत्यधिक संवेदनशील रिसीवर अपने थर्मल विकिरण द्वारा विभिन्न वस्तुओं की दिशा निर्धारित करने की अनुमति देते हैं, उदाहरण के लिए, मिसाइल मार्गदर्शन प्रणाली काम करती है, जो अतिरिक्त रूप से अपने स्वयं के IR विकिरण उत्पन्न करती है।

इन्फ्रारेड किरणों पर आधारित रेंजफाइंडर और लोकेटर आपको अंधेरे में कुछ वस्तुओं का निरीक्षण करने और उनसे दूरी को उच्च सटीकता के साथ मापने की अनुमति देते हैं। आईआर लेसरों का उपयोग वैज्ञानिक अनुसंधान में, वातावरण की जांच के लिए, अंतरिक्ष संचार के लिए और बहुत कुछ के लिए किया जाता है।