红外辐射及其应用

波长为0.74微米至2毫米的电磁辐射在物理学上称为红外线辐射或红外线，缩写为«IR»。它占据了可见光辐射（起源于红色区域）和短波射频范围之间的电磁频谱部分。

虽然红外辐射实际上不被人眼感知为光并且没有任何特定颜色，但它仍然属于光辐射并且在现代技术中被广泛使用。

特征性的红外波加热物体表面，这就是红外辐射通常也称为热辐射的原因。整个红外区域有条件地分为三个部分：

红外辐射是在 1800 年代被发现的。由英国天文学家 William Herschel 提出，后来在 1802 年由英国科学家 William Wollaston 独立提出。

红外光谱

以红外线形式获得的原子光谱是线性的；凝聚态光谱——连续的；分子光谱呈带状。结论是，对于红外线，与电磁波谱的可见光和紫外区相比，物质的光学特性，如反射系数、透射系数、折射系数，有很大不同。

许多物质虽然可以传输可见光，但对部分红外范围内的波是不透明的。

例如，几厘米厚的水层对长度超过 1 微米的红外波是不透明的，在某些条件下可以用作热保护过滤器。而锗层或硅层不透过可见光，但能很好地透过一定波长的红外线。远红外线很容易被黑纸透过，可以作为隔离它们的滤光片。

大多数金属，如铝、金、银、铜等，反射波长较长的红外辐射，例如在10微米的红外波长下，金属的反射率达到98%。非金属性质的固体和液体仅反射部分红外线范围，具体取决于特定物质的化学成分。由于红外线与各种介质相互作用的这些特征，它们被成功地用于许多研究中。

红外散射

太阳发出的穿过地球大气层的红外波被空气分子和原子部分散射和衰减。大气中的氧气和氮气会部分削弱红外线并散射它们，但不会完全吸收它们，因为它们会吸收部分可见光谱的光线。

大气中的水、二氧化碳和臭氧部分吸收红外线，其中水吸收最多，因为它的红外吸收光谱落在红外光谱的整个区域，而二氧化碳的吸收光谱只落在中间区域.

靠近地球表面的大气层传输的红外辐射很少，因为烟雾、灰尘和水会进一步衰减它，将能量散射到它们的粒子上。粒子（烟雾、灰尘、水等）越小，更少的红外散射和更多的可见波长散射。这种效果用于红外摄影。

红外辐射源

太阳光谱

对于生活在地球上的我们来说，太阳是一个非常强大的天然红外辐射源，因为它一半的电磁波谱都在红外线范围内。白炽灯中，红外光谱高达80%的辐射能量。

此外，红外辐射的人工来源包括：电弧、气体放电灯，当然还有加热元件的家用加热器。在科学中，为了获得红外波，使用了能斯特针、钨丝以及高压汞灯，甚至使用了特殊的红外激光器（钕玻璃的波长为 1.06 微米，氦氖激光器的波长为 1.15 和 3.39微米，二氧化碳 — 10.6 微米）。

红外接收器

红外波接收器的工作原理是将入射辐射的能量转换成其他形式的能量以供测量和使用。接收器吸收的红外辐射加热热敏元件并记录温度升高。

光电 IR 接收器产生电压和电流以响应其设计用于操作的 IR 光谱的特定窄部分，即 IR 光电接收器是选择性的。对于范围高达 1.2 μm 的 IR 波，使用特殊的照相乳剂进行照相配准。

红外辐射在科学技术中有着广泛的应用，尤其是在解决实际研究问题方面。研究了刚好落入红外区的分子和固体的吸收和发射光谱。

这种研究方法称为红外光谱，它可以通过执行定量和定性光谱分析来解决结构问题。远红外区域包含由原子子平面之间的跃迁引起的发射。借助红外光谱，您可以研究原子电子壳层的结构。

更何况是摄影，同样的物体先在可见光范围内拍摄，再在红外线范围内拍摄时，看起来会有所不同，因为由于电磁波谱不同区域的透射、散射和反射的差异，一些元素和细节在不寻常的照片拍摄模式下，可能会完全丢失：在普通照片中，某些东西会丢失，而在红外照片中，它会变得可见。

红外辐射的工业和消费用途不可低估。用于工业上各种产品和物料的干燥和加热。在房屋中，房屋被加热。

电光换能器使用在电磁波谱的红外区域敏感的光电阴极，让您看到肉眼不可见的东西。

夜视设备可以让您在黑暗中看到物体的红外线照射，红外双筒望远镜 - 用于夜间观察，红外瞄准具 - 用于在完全黑暗中瞄准等。顺便说一下，在红外辐射的帮助下，你可以重现精确的米标准。

红外波的高灵敏度接收器允许通过热辐射确定各种物体的方向，例如，导弹制导系统工作时，它们还会产生自己的红外辐射。

基于红外线的测距仪和定位器可以在黑暗中观察某些物体并高精度地测量到它们的距离。红外激光器用于科学研究、大气探测、空间通信等。