Infrarød

Stråling infrarød ( IR ) er en elektromagnetisk stråling af bølgelængden er større end den synlige spektrum , men kortere end mikrobølge eller domæne terahertz .

Dette område af bølgelængder i vakuum fra 700  nm til 0,1 eller 1  mm er opdelt i nær infrarød , i nær forstand af det synlige spektrum, fra ca. 700 til 2000  nm , midt-infrarød , som strækker sig op til 'ved 20  µm , og langt infrarød . Grænserne for disse områder kan variere noget fra forfatter til forfatter.

Mange applikationer relateret til varme og til den spektrografiske analyse af materialer bruger eller måler infrarød stråling.

Generel

Infrarød er en elektromagnetisk bølge , hvis navn betyder "under rødt" (fra det latinske infra  : "lavere"), fordi dette domæne udvider det synlige spektrum på siden af ​​strålingen af ​​den laveste frekvens, som synes farvet rød . Den infrarøde vakuumbølgelængde er mellem det synlige område (≈ 0,7  um ) og mikrobølgeområdet (0,1  mm ). Den Internationale Elektrotekniske Kommission vurderer, at infrarød spænder fra 780  nm til 1  mm .

Infrarød er forbundet med varme, fordi objekter spontant udsender termisk stråling i det infrarøde område ved almindelig stuetemperatur . Den Plancks lov giver en model af denne stråling til sort legeme . Den Wiens Forskydningslov giver bølgelængde maksimum af emissionen af sort legeme ved den absolutte temperatur T (i Kelvin ): 0,002898 / T. Ved almindelig omgivelsestemperatur, T omkring 300 K ), er den maksimale emission omkring 10  um . De varmetransmission er også gjort ved varmeledning i faste stoffer og ved konvektion i væsker.  

Spektret for infrarød stråling er ikke nødvendigvis det for den sorte krop; dette er for eksempel tilfældet med lysdioder, der bruges i fjernbetjeninger .

Den videnskabelige og tekniske analyse af denne stråling kaldes infrarød spektroskopi .

Historie

Infrarød stråling er mærkbar ved at udsætte huden for varme fra en varm kilde i mørke, men forholdet til det synlige spektrum er ikke indlysende. William Herschel , en astronom engelsk original tysk , viste det i 1800 ved en meget simpelt eksperiment placerede han en termometer til kviksølv i farvede lysstråler fra en prisme glas til at måle egen varme hver farve. Termometeret indikerer, at den modtagne varme er stærkest på den røde side af spektret, inklusive ud over den synlige lyszone, hvor der ikke er mere lys. Dette eksperiment viste for første gang, at varme kunne overføres ved stråling af samme art som synligt lys. Den skotske John Leslie foreslog Leslie- terningen , en enhed beregnet til at beregne den termiske emissivitetsværdi af hvert materiale i henhold til dets natur og geometri.

Udtrykket infrarød eller infrarød attesteres i 1867; det kommer ofte først i kvalificeringen af mørk stråling eller lysspektrum .

I 1877 lykkedes det William de Wiveleslie Abney at sensibilisere en fotografisk emulsion for infrarød og fotografere det infrarøde spektrum af solen, hvilket giver ham mulighed for at studere solspektret og dets linjer uden for det synlige domæne.

Spektralbånd af infrarød stråling

Infrarød er opdelt i nær IR (PIR eller IR-A eller NIR for Near-IR på engelsk), medium IR (MIR eller IR-B eller MIR for Mid-IR på engelsk) og langt IR (LIR eller IR-C) eller FIR for Far-IR på engelsk). Grænserne varierer fra et fagområde til et andet. Opskæringen kan kobles til bølgelængden (eller frekvensen) af sendere, modtagere (detektorer) eller endda til atmosfæriske transmissionsbånd fra 3 til 5  µm og fra 8 til 13  µm ( Dic.Phys. ).

ISO-skæring

Den ISO 20473: 2007 specificerer Opdelingen af optisk stråling i spektrale bånd til optik og fotonik, bortset fra belysning eller telekommunikation applikationer eller for at beskytte mod risikoen for optisk stråling i arbejdsområder.

Betegnelse Forkortelse Bølgelængde
Tæt på infrarød PIR 0,78 - 3  um
Medium infrarød MIR 3 - 50 um
Langt infrarød LIR 50 µm - 5 mm

CIE sammenbrud

Den Internationale Kommission for Belysning (CIE) anbefaler inden for fotobiologi og fotokemi opdeling af det infrarøde domæne i tre domæner.

Forkortelse Bølgelængde Frekvens
IR-A 700  nm - 1.400  nm (0,7  µm - 1,4  µm ) 430  THz - 215  THz
IR-B 1.400  nm - 3.000  nm (1,4  µm - 3  µm ) 215  THz - 100  THz
IR-C 3000  nm - 1  mm (3  µm - 1000  µm ) 100  THz - 300  GHz

Opdeling anvendt i astronomi

Astronomer deler normalt det infrarøde spektrum som følger:

Betegnelse Forkortelse Bølgelængde
Tæt på infrarød NIR (0,7-1) til 2,5 µm
Medium infrarød MIR 2,5 til (25-40) µm
Langt infrarød FIR (25–40) til (200–350) µm

Disse opdelinger er ikke præcise og varierer alt efter publikationerne. De tre regioner bruges til observation i forskellige temperaturområder og derfor forskellige miljøer i rummet.

Det mest anvendte fotometriske system i astronomi tildeler store bogstaver til de forskellige spektrale bånd afhængigt af det anvendte filter: I , J , H og K dækker de næsten infrarøde bølgelængder; L , M , N og Q for medium infrarød. Disse breve henviser til atmosfæriske vinduer og vises for eksempel i titlerne på mange artikler .

Videnskabelig udnyttelse af infrarød

Spektroskopi

Den spektroskopi Infrarød er en af metoder, der anvendes til identifikation af molekyler af organisk og uorganisk fra deres vibrationelle egenskaber (ud over andre metoder, NMR og massespektrometri ). Faktisk exciterer infrarød stråling specifikke vibrationsmetoder (deformation, forlængelse) af kemiske bindinger. Sammenligningen mellem indfaldende stråling og transmitteret gennem prøven er derfor tilstrækkelig til at bestemme de vigtigste kemiske funktioner, der er til stede i prøven.

NIR kan bruges til at bestemme indholdet af lipider mad eller levende dyr (f.eks. Laks atlantisk til husdyr i live) ved en ikke-destruktiv teknik.

Midtinfrarødt indeholder overgange mellem de mange molekylers vibrationstilstande ( Dic.Phys ).

Termografi

Infrarød termografi gør det muligt at måle temperaturen på målobjekter uden kontakt, undertiden på afstand. Det antages, at deres stråling er den sorte krop , hvis spektrale fordeling afhænger af temperaturen. Målingen på to infrarøde områder gør det muligt at udlede objektets mål.

Astronomi

Den infrarøde astronomi er vanskelig fra jordens overflade, da vanddamp, der indeholder jordens atmosfære, absorberer og diffunderer lysemissioner undtagen i det atmosfæriske vindue , i det infrarøde mellem 3 og 5  mikron og 8 til 14  µm ca. . Også de vigtigste infrarøde observatorier er rumteleskoper  :

Infrarød fotografering

Sølv og digitale fotografier, i farve eller i sort og hvid, kan laves på bølgelængder svarende til det nærmeste infrarøde (fra 780  nm til 900  nm ). Disse fotografier har en kunstnerisk interesse, fordi de viser scener med en underlig atmosfære og en biologisk interesse, fordi de blandt andet tillader at identificere klorofylaktivitet.

Infrarød reflektografi

Infrarød reflektografi er en undersøgelsesmetode baseret på infrarødt lys, der muliggør visualisering af kulstoflag skjult af malingspigmenter. Det giver mulighed for at studere de forberedende tegninger af malerier på lærred og omvendelser skjult af det overfladiske billedlag.

Anvendelser

Varmeapparat

Infrarøde lamper bruges i hverdagen, især i keramiske kogeplader. Bilindustrien, landbrugsfødevarer, tekstiler, plast, materialeformatering, kropsplejesektorer  osv. bruge applikationer til opvarmning af infrarød emission.

Skrabere

Denne type pistol udsender infrarød stråling i stedet for varm luft. De tilbyder et snævrere temperaturområde, der begrænser deres anvendelse, men de har fordelen ved ikke at udsætte brugeren for giftige dampe fra maling eller bly produceret af de høje temperaturer i en varmepistol .

Nattesyn

Natvisionsudstyr bruger infrarødt, når mængden af ​​synligt lys er for lav til at se genstande. Strålingen detekteres og forstærkes derefter for at vise den på en skærm: de hotteste objekter ser ud til at være de lyseste. I nogle tilfælde gør en infrarød projektor tilknyttet vision-systemet det muligt at visualisere objekter uden iboende varme ved refleksion, hvor dette lys udsendes uden for det synlige spektrum, så det er usynligt for det blotte øje (i øjeblikket er dette ofte LED- spotlights, der er brugt).

Missilvejledning

Infrarøde stråler bruges i militærfeltet til styring af luft-til-luft- eller overflade-til-luft- missiler : En infrarød detektor styrer derefter missilet mod den varmekilde, der udgør målflyets reaktor (er) . Sådanne missiler kan undgås ved specielle manøvrer (tilpasning til solen ) eller ved brug af termiske lokkefugle .

Der er også jammere, der modvirker de infrarøde detektorer af missiler, som placeres direkte på kabinen . De bruges til at udsende en stor mængde moduleret infrarød stråling for at reducere ydeevnen for missiler, der er lanceret på deres mål.

Indtrængningsdetektorer

Visse nærhedsfølere (tilknyttet indtrængningsdetekteringssystemer) kaldet IRP (til Passiv infrarød) bruger den infrarøde stråling, der udsendes af alle objekterne i det overvågede rum (inklusive væggene). Indtrængning af et individ forårsager en modifikation af strålingen. Når denne ændring observeres på flere bjælker (skæring af den totale stråling i rummet med en Fresnel-linse ), sender en elektrisk kontakt alarminformation til kontrolenheden.

Meddelelse

Korttransmissionssystemer er ofte baseret på moduleret infrarød stråling . De har den fordel, at de er begrænset til beskæftigelsesområdet, og i modsætning til radiobølger forstyrrer de ikke andre elektromagnetiske signaler såsom fjernsynssignaler. Flere protokoller, såsom Philips RC5 , SIRCS til Sony, bruges i vid udstrækning til fjernbetjeninger .

Af computere kommunikerer med deres infrarøde enheder . Enhederne overholder generelt IrDA- standarder . De bruges i vid udstrækning inden for robotteknologi . Nogle industrielle digitale etiketter bruger også en infrarød bærer til at transmittere krypterede data mellem senderen og etiketten.

Lydudsendelsessystemer, enten til audiovisuelle formål i hjemmet eller til transmission af konferencetolkning , bruger infrarød med en moduleret bærefrekvens , enten i analog eller digital. Deres anvendelse begrænser i princippet diffusionen til det rum, hvor de infrarøde varmeapparater er placeret, hvilket letter fortrolighed og undgår interferens.

Bank

Infrarøde belysning bruges også til at kontrollere ægtheden af ​​pengesedler. De giver pengesedeltælleren et ekstra fingerpeg om at opdage falske sedler.

Infrarød laser

De infrarøde lasere kan bruges til ætsning, svejsning eller skæring af materialer. De kan også bruges i form af laserafstandsmålere med statisk til at måle en afstand, men også dynamisk, i hurtige rotationer i form af Lidars , for at måle alle afstande omkring den i et plan, for eksempel for autonome køretøjer.

De findes også i form af dioder i ældre optiske CD-afspillere og -brændere. Men denne teknologi begrænser i høj grad datalagringskapaciteten og overses nu til fordel for blå - lilla dioder ( Blu-ray- afspiller og disk ).

Tillæg

Bibliografi

Relaterede artikler

Noter og referencer

  1. Richard Taillet , Loïc Villain og Pascal Febvre , Dictionary of Physics , Bruxelles, De Boeck,2013, s.  354.
  2. International Electrotechnical Commission , ISO 60050 International Electrotechnical Vocabulary , 1987/2019 ( læs online ) , s.  731-01-05 "Infrarød".
  3. Transaktionerne fra 1800. Det viser faktisk på den ene side, at de røde stråler hæver temperaturen tre gange en fjerdedel mere end purpurerne på den ene side, og på den anden side, at varme og farve kan dissocieres., Nogle farver producerer ikke varme, og varme findes muligvis ikke i farven. gallica.bnf.fr/ark:/12148/bpt6k107653t/f557.image gallica.bnf.fr/ark:/12148/bpt6k107653t/f558.image
  4. Med bindestreg, i Edmond Becquerel , Lyset, dets årsager og virkninger. Kilder de lumière , Paris, 1867-1868 ( læs online ) , s.  141squden i andet bind Edmond Becquerel , Lyset, dets årsager og dets virkninger. Effekter af lys , Paris-år = 1867-1868 ( læs online ) , s.  28.
  5. "  ISO 20473: 2007 Optik og fotonik - Spektralbånd  " , på iso.org
  6. (in) ICE, "  134/1 TC 6-26 rapport: Standardisering af vilkårene UV-A1, A2-UV og UV-B  "cie.co.at
  7. "  i nærheden af, Mid og Far-Infrared  " [ arkiv af29. maj 2012] , NASA IPAC (adgang til 4. april 2007 )
  8. (i) Solberg C. *, Saugen E. Swenson LP, Bruun L., T. Isaksson; Bestemmelse af fedt i levende opdrættede atlanterhavslaks ved hjælp af ikke-invasive NIR teknikker  ; Institut for Fiskeri og Naturvidenskab, Bodo Regional University, N-8049 Bodo, Norge; Journal of the Science of Food and Agriculture , 2003, bind. 83, s.  692-696
  9. [PDF] "  Det nærmeste infrarøde billede: en vigtig information  " , nr. 25 , på ifn.fr , National Forest Inventory (Frankrig),2010(adgang til 6. juli 2010 )
  10. "  Den infrarøde glaskeramiske kogeplade  " , på www.energieplus-lesite.be (adgang 16. december 2017 )