อินฟาเรดคืออะไร?

รังสีอินฟราเรด (IR) หรือแสงอินฟราเรดเป็นพลังงานรังสีชนิดหนึ่งที่มองไม่เห็นด้วยตามนุษย์ แต่เรารู้สึกได้ถึงความร้อน วัตถุทั้งหมดในจักรวาลปล่อยรังสีอินฟราเรดในระดับหนึ่ง แต่แหล่งกำเนิดที่ชัดเจนที่สุดสองแห่งคือดวงอาทิตย์และไฟ

IR เป็นรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าชนิดหนึ่งซึ่งเกิดขึ้นอย่างต่อเนื่องเมื่ออะตอมดูดซับแล้วปล่อยพลังงาน จากความถี่สูงสุดถึงต่ำสุดรังสีแม่เหล็กไฟฟ้ารวมถึงรังสีแกมมารังสีเอกซ์รังสีอัลตราไวโอเลตแสงที่มองเห็นรังสีอินฟราเรดไมโครเวฟและคลื่นวิทยุ การรวมกันของรังสีเหล่านี้ประกอบขึ้นเป็นสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้า

วิลเลียมเฮอร์เชลนักดาราศาสตร์ชาวอังกฤษค้นพบแสงอินฟราเรดในปี 1800 ตามข้อมูลขององค์การนาซ่า ในการทดลองเพื่อวัดความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างสีในสเปกตรัมที่มองเห็นได้เขาวางเครื่องวัดอุณหภูมิในเส้นทางของแสงภายในแต่ละสีของสเปกตรัมที่มองเห็น เขาสังเกตเห็นการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิจากสีน้ำเงินเป็นสีแดงและเขาพบว่าการวัดอุณหภูมิที่อุ่นกว่าเพียงแค่ปลายสเปกตรัมสีแดงที่มองเห็นได้

ภายในคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าคลื่นอินฟราเรดเกิดขึ้นที่ความถี่สูงกว่าคลื่นไมโครเวฟและอยู่ต่ำกว่าแสงสีแดงที่มองเห็นดังนั้นชื่อ "อินฟราเรด" คลื่นรังสีอินฟราเรดมีความยาวมากกว่าแสงที่มองเห็นได้จากสถาบันเทคโนโลยีแห่งแคลิฟอร์เนีย (Caltech) ความถี่ IR อยู่ในช่วงประมาณ 3 กิกะเฮิร์ตซ์ (GHz) ถึงประมาณ 400 terahertz (THz) และความยาวคลื่นคาดว่าจะอยู่ในช่วงระหว่าง 1,000 ไมโครเมตร (µm) และ 760 นาโนเมตร (2.9921 นิ้ว) แม้ว่าค่าเหล่านี้จะไม่แน่นอน

คล้ายกับสเปกตรัมแสงที่มองเห็นซึ่งมีตั้งแต่สีม่วง (ความยาวคลื่นแสงที่มองเห็นได้สั้นที่สุด) ถึงสีแดง (ความยาวคลื่นที่ยาวที่สุด) รังสีอินฟราเรดมีช่วงความยาวคลื่นของมันเอง คลื่น "ใกล้อินฟราเรด" ที่สั้นกว่าซึ่งอยู่ใกล้กับแสงที่มองเห็นได้ในสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้าไม่ปล่อยความร้อนที่ตรวจพบได้และสิ่งที่ปล่อยออกมาจากรีโมทคอนโทรลของทีวีเพื่อเปลี่ยนช่องสัญญาณ คลื่นที่ "อินฟราเรดไกล" ที่ยาวกว่าซึ่งอยู่ใกล้กับส่วนไมโครเวฟบนคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าสามารถสัมผัสได้ถึงความร้อนที่รุนแรงเช่นความร้อนจากแสงแดดหรือไฟ

การแผ่รังสี IR เป็นหนึ่งในสามวิธีที่ความร้อนถูกถ่ายโอนจากที่หนึ่งไปอีกที่หนึ่งอีกสองการพาและการนำความร้อน ทุกอย่างที่มีอุณหภูมิสูงกว่า 5 องศาเคลวิน (ลบ 450 องศาฟาเรนไฮต์หรือลบ 268 องศาเซลเซียส) ปล่อยรังสีอินฟราเรด ดวงอาทิตย์ปล่อยพลังงานทั้งหมดครึ่งหนึ่งให้เป็น IR และแสงที่มองเห็นได้ของดาวส่วนใหญ่จะถูกดูดซับและปล่อยออกมาใหม่เป็น IR ตามที่มหาวิทยาลัยเทนเนสซีระบุ

ใช้ในครัวเรือน

เครื่องใช้ในครัวเรือนเช่นหลอดความร้อนและเครื่องปิ้งขนมปังใช้รังสีอินฟราเรดในการส่งความร้อนเช่นเดียวกับเครื่องทำความร้อนอุตสาหกรรมเช่นที่ใช้สำหรับการอบแห้งและการบ่มวัสดุ สำนักงานคุ้มครองสิ่งแวดล้อมระบุว่าหลอดไส้นั้นมีการแปลงพลังงานไฟฟ้าเพียง 10% ให้เป็นพลังงานแสงที่มองเห็นในขณะที่อีก 90 เปอร์เซ็นต์จะถูกแปลงเป็นรังสีอินฟราเรด

เลเซอร์อินฟราเรดสามารถใช้สำหรับการสื่อสารแบบจุดต่อจุดในระยะทางไม่กี่ร้อยเมตรหรือหลา ตัวควบคุมระยะไกลของทีวีที่ใช้รังสีอินฟราเรดยิงพลังงาน IR จากไดโอดเปล่งแสง (LED) ไปยังตัวรับสัญญาณ IR ในทีวีตามวิธีการทำงานของสิ่งต่างๆ เครื่องรับจะแปลงแสงพัลส์เป็นสัญญาณไฟฟ้าที่สั่งให้ไมโครโปรเซสเซอร์ดำเนินการคำสั่งที่ตั้งโปรแกรมไว้

การตรวจจับอินฟราเรด

หนึ่งในแอปพลิเคชั่นที่มีประโยชน์ที่สุดของสเปกตรัม IR คือการตรวจจับและตรวจจับ วัตถุทั้งหมดบนโลกปล่อยรังสีอินฟราเรดออกมาในรูปของความร้อน สิ่งนี้สามารถตรวจพบได้โดยเซ็นเซอร์อิเล็กทรอนิกส์เช่นที่ใช้ในแว่นตามองกลางคืนและกล้องอินฟราเรด

ตัวอย่างง่ายๆของเซ็นเซอร์ดังกล่าวคือโบลมิเตอร์ซึ่งประกอบด้วยกล้องโทรทรรศน์ที่มีตัวต้านทานความไวต่ออุณหภูมิหรือเทอร์มิสเตอร์ที่จุดโฟกัสตามที่มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนียเบิร์กลีย์ (UCB) หากร่างกายที่อบอุ่นเข้ามาในมุมมองของเครื่องมือนี้ความร้อนทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงที่ตรวจพบได้ในแรงดันไฟฟ้าข้ามเทอร์มิสเตอร์

กล้องมองกลางคืนใช้โบลมิเตอร์รุ่นที่ซับซ้อนกว่า กล้องเหล่านี้มักจะมีชิปภาพ (CCD) อุปกรณ์ชาร์จคู่ซึ่งมีความไวต่อแสง IR ภาพที่เกิดขึ้นจาก CCD นั้นสามารถทำซ้ำในแสงที่มองเห็นได้ ระบบเหล่านี้สามารถทำให้มีขนาดเล็กพอที่จะใช้ในอุปกรณ์พกพาหรือแว่นตาคืนวิสัยทัศน์ที่สวมใส่ได้ กล้องสามารถใช้สำหรับการเล็งปืนด้วยหรือไม่มีการเพิ่มเลเซอร์ IR สำหรับการกำหนดเป้าหมาย

อินฟราเรดสเปกโทรสโกปีวัดการปล่อย IR จากวัสดุที่ความยาวคลื่นเฉพาะ สเปกตรัม IR ของสารจะแสดงลักษณะ dips และ peaks ที่เป็นโฟตอน (อนุภาคของแสง) ถูกดูดซับหรือปล่อยออกมาโดยอิเล็กตรอนในโมเลกุลเมื่ออิเล็กตรอนเปลี่ยนแปลงระหว่างวงโคจรหรือระดับพลังงาน ข้อมูลสเปกโทรสโกปีนี้สามารถใช้เพื่อระบุสารและติดตามปฏิกิริยาเคมี

โรเบิร์ตมายาโนวิชศาสตราจารย์ด้านฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัยแห่งรัฐมิสซูรีกล่าวว่าสเปกโทรสโกปีอินฟราเรดของ Fourier เช่นอินฟราเรดฟูริเยร์แปลงอินฟราเรด (FTIR) มีประโยชน์อย่างมากสำหรับการใช้งานทางวิทยาศาสตร์มากมาย สิ่งเหล่านี้รวมถึงการศึกษาระบบโมเลกุลและวัสดุ 2D เช่นกราฟีน

ดาราศาสตร์อินฟราเรด

คาลเทคอธิบายดาราศาสตร์อินฟราเรดว่า "การตรวจจับและศึกษารังสีอินฟราเรด (พลังงานความร้อน) ที่ปล่อยออกมาจากวัตถุในเอกภพ" ความก้าวหน้าในระบบถ่ายภาพ IR CCD ช่วยให้สามารถตรวจสอบการกระจายแหล่งข้อมูล IR ในอวกาศได้อย่างละเอียดเปิดเผยโครงสร้างที่ซับซ้อนในเนบิวล่ากาแลคซีและโครงสร้างขนาดใหญ่ของจักรวาล

ข้อดีอย่างหนึ่งของการสังเกตด้วย IR คือสามารถตรวจจับวัตถุที่เย็นเกินกว่าจะเปล่งแสงที่มองเห็นได้ สิ่งนี้นำไปสู่การค้นพบวัตถุที่ไม่รู้จักก่อนหน้านี้รวมถึงดาวหางดาวเคราะห์น้อยและเมฆฝุ่นระหว่างดวงดาวที่ดูเหมือนจะแพร่หลายทั่วกาแลคซี

นักดาราศาสตร์ IR มีประโยชน์อย่างยิ่งสำหรับการสังเกตโมเลกุลของก๊าซเย็นและสำหรับการพิจารณาการแต่งหน้าทางเคมีของอนุภาคฝุ่นในสื่อระหว่างดวงดาว Robert Patterson ศาสตราจารย์ด้านดาราศาสตร์ที่ Missouri State University กล่าว การสังเกตเหล่านี้ดำเนินการโดยใช้เครื่องตรวจจับ CCD แบบพิเศษที่ไวต่อโฟตอน IR

ข้อดีอีกอย่างของการแผ่รังสี IR ก็คือความยาวคลื่นที่ยาวนานกว่านั้นหมายความว่ามันจะไม่กระจายแสงเท่าที่มองเห็นได้ ในขณะที่แสงที่มองเห็นสามารถถูกดูดซับหรือสะท้อนโดยอนุภาคของก๊าซและฝุ่นละอองคลื่น IR ที่ยาวขึ้นก็จะไปรอบ ๆ สิ่งกีดขวางเล็ก ๆ เหล่านี้ เนื่องจากคุณสมบัตินี้สามารถใช้ IR ในการสังเกตวัตถุที่แสงถูกบดบังด้วยก๊าซและฝุ่น วัตถุดังกล่าวรวมถึงดาวฤกษ์ใหม่ที่ฝังอยู่ในเนบิวลาหรือใจกลางกาแลคซีของโลก

บทความนี้ได้รับการปรับปรุงเมื่อวันที่ 27 กุมภาพันธ์ 2019 โดย Live Science contributor Traci Pedersen