Λ = 2897 / t (mkm)

Hozirgacha o'rganilgan elektromagnit to'lqinlarning juda keng doirasiga qaramay, ularning barchasi umumiy xususiyatlarga ega. Biroq, bu xususiyatlarning namoyon bo'lishida turli uzunlikdagi to'lqinlar o'ziga xos xususiyatlarga ega.

Qadim zamonlardan beri odamlar issiqlikning foydali kuchini yoki ilmiy ma'noda infraqizil nurlanishni yaxshi bilishgan. Infraqizil nurlanish-bu quyoshning nurlanish spektrining ko'rinadigan spektr mintaqasining qizil qismiga to'g'ridan-to'g'ri tutashgan qismi va aksariyat narsalarni isitish qobiliyatiga ega. Infraqizil nurlanish elektromagnit to'lqinlar spektrida ko'rinadigan nurlanish spektrining qizil uchi ( λ \ u003d 760 nm) va qisqa to'lqinli radio diapazonining millimetr to'lqinlari spektrining boshi ( λ \ u003d 1-2 mm) orasidagi qismni egallaydi.

Inson ko'zi spektrning bu qismini ko'ra olmaydi, lekin biz issiqlikni his qila olamiz. Ma'lumki, harorati (– 273) darajadan yuqori bo'lgan har qanday ob'ekt chiqaradi va uning nurlanish spektri faqat uning harorati va nurlanish kuchi bilan belgilanadi. Infraqizil nurlanish ikkita muhim xususiyatga ega: nurlanish to'lqin uzunligi (chastotasi) va intensivligi.

Infraqizil nurlar 1800 yilda ingliz fizigi Uilyam Gershel tomonidan kashf etilgan. Infraqizil nurlanishning uchta mintaqasi to'lqin uzunligiga qarab bo'linadi: yaqin (0,75—1,5 mikrometr), o'rta (1,5 – 5,6 mikrometr) va uzoq (5,6—100 mikrometr) ( 1 mikron \ u003d 1/1000000 m).

Isitilgan jismlar IQ nurlanishining asosiy manbai hisoblanadi. Sharobning siljish qonunida shunday deyilgan: haroratgacha qizdirilgan tananing maksimal nurlanishi T K, to'lqin uzunligiga tushadi

λ = 2897 / T (mkm)

Ma'lum bo'lishicha, inson tanasining maksimal nurlanishi to'lqin uzunligi λ \ u003d 9,37 mkm, erigan muz esa λ \ u003d 10,6 mkm ga to'g'ri keladi.

Olimlar infraqizil nurlanishni ko'rinadigan nurga aylantiradigan asboblarni ishlab chiqdilar. Ularning yordami bilan tungi ko'rish uskunalari yaratildi; siz inson tanasining harorati xaritasini olib tashlashingiz va undan inson salomatligini baholashingiz mumkin. Infraqizil nurlanish spektrlari tadqiqotchilarga murakkab organik molekulalarning tuzilishini tushunishga yordam beradi. Infraqizil lampalarning kuchli nurlanish oqimlari ko'plab texnologik jarayonlarda qo'llaniladi.

Infraqizil nurlanish sanoat, ilmiy tadqiqotlar, tibbiyot va harbiy texnikada keng qo'llaniladi. Va bu infraqizil nurlanishning tabiati va uning xususiyatlarini chuqurroq o'rganishni talab qiladi. Kurs ishimda men ushbu diapazondagi elektromagnit to'lqinlarning o'ziga xos xususiyatlarini va ularning turli sohalarda qo'llanilishini ko'rib chiqaman.
1-bob

IQ nurlarining kashf etilishi tarixi

Inson ko'ziga ko'rinadigan optik spektr-bu nurlanishning elektromagnit spektrining kichik maydoni. U bir tomondan qisqa to'lqinli ultrabinafsha nurlanish bilan, ikkinchi tomondan uzoq to'lqinli infraqizil (termal) nurlanish bilan cheklangan. Spektrning infraqizil diapazonidan keyin elektromagnit to'lqinlarning radio diapazoni keladi.

Birinchisi, spektrning optik (ko'rinadigan) diapazoni o'rganildi. Bu, birinchi navbatda, qadimgi odamlar bilgan issiqlik va yorug'likning birinchi manbai Quyosh bo'lganligi bilan bog'liq. Insonning Quyoshga bog'liqligi uni doimiy ravishda kuzatishga, xatti-harakatlarida naqshlarni izlashga majbur qildi. Shuning uchun astronomiya eng qadimgi fan hisoblanadi. Quyosh va oy tutilishining birinchi jadvallari miloddan avvalgi 747 yilda tuzilgan.E. Quyosh harakatining qonuniyatlarini aniqlash bilan bir qatorda, quyosh nurlanishining, yorug'likning tabiati ham o'rganildi. Masalan, misrliklar uchun "yorug'lik" va "quyosh" tushunchalari bir xil edi. Qadimgi Misr quyosh tasvirlari har tomonga nur sochadigan disk shaklida ham bu haqda gapiradi. Misrliklar (miloddan avvalgi 1350 yil) va quyosh (Aten) tasvirlari barmoqlar bilan tugaydigan nurlar bilan disklar shaklida topilgan. Qadimgi yunon olimlari Quyosh nur sochmasligini, aksincha: ko'zlar nur sochishini isbotlashga harakat qilishdi. Dalil sifatida tunda porlab turgan hayvonlarning ko'zlari keltirilgan. Ko'r odamning ko'zlari, ularning fikriga ko'ra, ular nur chiqarmasliklari sababli ko'rinmaydi. Bu nuqtai nazar, ayniqsa, Platonning "Timey" asarida yaqqol aks ettirilgan bo'lib, unda shunday deyilgan: "organlardan xudolar, avvalambor, bunday niyat bilan uyg'unlashgan nurli ko'zlarni tashkil qildilar: ularning fikriga ko'ra, olovning yonish xususiyatlariga ega bo'lmagan, ammo har kimga xos bo'lgan qisqa olovni etkazib beradigan tana paydo bo'lishi kerak edi. kun. Va xudolar shunday qildilarki, bizning ichimizdagi kunduzgi yorug'lik bilan bog'liq olov ko'zlar orqali tozalanadi, xudolar ayniqsa o'rtada qalinlashadi, shunda ular olovning eng qo'pol qismini ushlab, faqat sof shaklda o'tkazadilar. Va endi, kunduzgi yorug'lik ko'rish oqimini o'rab olganda, shunga o'xshash narsaga asoslanib, u bilan bog'lanadi va o'quvchilarning to'g'ri yo'nalishi bo'yicha qarindosh bilan bog'liq holda bitta tanani hosil qiladi - bu erda ichkaridan tushgan odam tashqi tomondan duch keladigan narsaga duch kelmaydi.

Ko'p asrlar davomida yorug'lik nazariyasi va tabiati ko'plab taniqli shaxslarning o'rganish mavzusi bo'lib kelgan. Yorug'lik tabiati haqidagi qarashlarda ikkita aniq, chinakam ilmiy nazariya paydo bo'ldi: to'lqin va korpuskulyar.

Elektromagnit spektrning ko'rinadigan diapazoni faqat optik diapazondir. Ko'zga ko'rinmaydigan boshqa spektr diapazonlari qanday kashf qilindi?

Elektromagnit spektrning infraqizil diapazoni 1800 yilda ingliz astronomi V. Gershel tomonidan kashf etilgan. Olim quyosh spektrining turli qismlari qanday isitish qobiliyatiga ega ekanligini aniqlash uchun bir qator tajribalar o'tkazdi (rasm.1).

shakl:1

U prizma yordamida stolga proektsiyalangan optik spektrni o'rganib chiqdi. Optik spektrning alohida qismlari qanday harakat qilishini bilish uchun u ularga sezgir simob termometrini olib keldi. Spektrning turli qismlari termometrni turli yo'llar bilan qizdirdi. Ammo termometr spektrning optik diapazonining qizil chegarasidan tashqariga ko'chirilganda termometrning isishi ko'paya boshlaganida, Herschel qanday hayratda qoldi. Olim ko'zga ko'rinmaydigan, ammo termometr tomonidan qayd etilgan nurlanish bor degan xulosaga keldi. U bu nurlanishni infraqizil yoki termal deb atadi.

Shakl: 2. V. Gershelning tajribasi (1800), natijada termal nurlanish aniqlandi.

Spektrning infraqizil diapazoni qaysi chegaraga tarqalishini o'rganib, olimlar bu diapazon to'g'ridan-to'g'ri radio to'lqinlar diapazoniga o'tishini aniqladilar. Yorug'lik, infraqizil va radio to'lqinlar tabiatining birligi J. Maksvell (1861-1864), G. Gerts va P. N. Lebedev (1896)

Elektromagnit to'lqinlarning optik diapazonining o'ng tomonida ultrabinafsha diapazoni joylashgan. Har birimiz quyoshda quyosh botganda ultrabinafsha nurlarini sezamiz. Bu diapazon hali kam o'rganilgan.

Spektrning ultrabinafsha diapazonidan keyin (uning o'ng tomonida) rentgen diapazoni mavjud.

Odamning ko'zi atrofdagi narsalarni to'liq zulmatda yoki kam yorug'lik sharoitida ko'rmaydi. "Tungi ko'rish" muammosi faqat XX asrda hal qilindi.

Infraqizil (termal) nurlanishning kashf etilishi tungi ko'rish moslamalarini yaratish uchun zarur shart bo'ldi. Uning asosiy xususiyatlari XIX asrda o'rganilgan.19-asrda infraqizil nurlanish optika qonunlariga bo'ysunishi va shuning uchun ko'rinadigan yorug'lik bilan bir xil xususiyatga ega ekanligi isbotlangan. 1923 yilda sovet fizigi A. A. Glagoleva-Arkadiyeva l ~ 80 mikronli radio to'lqinlarni oldi, ya'ni.to'lqin uzunliklarining infraqizil diapazoniga mos keladi. Shunday qilib, ko'rinadigan nurlanishdan infraqizil va radio to'lqinlarga uzluksiz o'tish mavjudligi va shuning uchun ularning barchasi elektromagnit xususiyatga ega ekanligi eksperimental ravishda isbotlangan.

Shu bilan birga, ularga tushadigan ko'rinmas termal nurlanishni elektr signallariga aylantiradigan termal nurlanish qabul qiluvchilarining konstruktsiyalari yaratildi. Bunday termal nurlanish qabul qiluvchilar, masalan, XIX asrning 40-yillarida italiyalik fizik M. Melloni tomonidan ishlab chiqarilgan va u tomonidan termal nurlanish qabul qiluvchisi sifatida ishlatilgan va termoelektrik akkumulyator yoki termostol deb nomlangan. Bunday qurilma sezilarli sezgirlikka ega edi va keyingi yarim asr davomida eng ko'p ishlatiladigan qabul qilgich edi.

Shakl: 3. M. Melloni infraqizil (termal) nurlanishni qayd etuvchi qurilmasi bilan. XIX asr o'rtalari, Italiya.

Shakl: 4. Issiqlik qabul qiluvchisi M. Melloni (1840) galvanometr bilan (o'ngda)

1880 yilda ingliz fizigi S. P. Langley yuqori sezuvchanlik va nisbatan past inertsiyaga ega bo'lgan tubdan yangi termal nurlanish qabul qiluvchisini - bolometrni yaratdi.

XX asr boshlarida.foto - qarshilik deb nomlangan infraqizil (qisqartirilgan-IQ) nurlanishning fotovoltaik qabul qiluvchilari jadal rivojlanmoqda. Shuningdek, tashqi fotoeffekt hodisasidan (fotodiodlar, fotoelementlar, biroz keyinroq esa fotoelektron ko'paytirgichlar FEU va boshqalar) foydalanishga asoslangan IQ nurlanish qabul qiluvchilari ham keng tarqalgan.

Yuqorida aytib o'tganimizdek, har qanday fotosellar, yorug'lik kuchidan qat'i nazar, issiqlik nurlarini chiqaradi. Ob'ektlarni optik (ko'rinadigan) emas, balki spektrning infraqizil (termal) diapazonida "ko'rish" qobiliyatiga ega qurilma 1934 yilda yaratilgan.bu elektron-optik konvertor bo'lib, "Tuval stakan" deb nomlangan bo'lib, u old va orqa devorlari parallel bo'lgan shisha kolbadan iborat edi. Ob'ektdan infraqizil nurlanish old devorga tushdi, orqa devorda uning ko'zga ko'rinadigan tasviri paydo bo'ldi.

Shakl: 5. Ko'rinmas (termal) nurlanishning ko'rinadigan elektron optik konvertori.

30-40-yillarda elektron-optik konvertor asosida ko'plab tungi ko'rish moslamalari yaratildi: tungi diqqatga sazovor joylar, tungi durbinlar, tungi transport vositalarini boshqarish tizimlari.

Zamonaviy davrda IQ nurlanishi ilmiy tadqiqotlarda, ko'plab amaliy muammolarni hal qilishda, harbiy ishlarda, sanoatda, tibbiyotda va boshqa sohalarda keng qo'llaniladi.

2 IQ manbalari va qabul qiluvchilar

Infraqizil nurlanishning tabiiy manbalari: Quyosh, yer, yulduzlar, sayyoralar. IQ nurlanishining sun'iy manbai atrof-muhit haroratidan yuqori bo'lgan har qanday jismdir: gulxan, yonayotgan sham, ishlaydigan ichki yonish dvigateli, raketa, yoqilgan elektr chiroq. Shuni ta'kidlash kerakki, akkor lampochkada unga etkazib beriladigan elektr energiyasining atigi 3-4% yorug'likka, 95% esa infraqizil nurlanishga aylanadi.

I. I. ning kuchli manbai Quyoshdir, uning nurlanishining taxminan 50% infraqizil mintaqada joylashgan. Volfram filamentli akkor lampalarning nurlanish energiyasining katta qismi (70 dan 80% gacha) IQ nurlanishiga to'g'ri keladi. (rasm.6)

Shakl: 6. 2450 k haroratda mutlaqo qora jism a va volfram b nurlanishining egri chiziqlari soyali qism infraqizil mintaqada volfram nurlanishi; 0,4—0,74 mkm oralig'i ko'rinadigan mintaqadir.

Qorong'ida va ba'zi tungi kuzatuv moslamalarida suratga olayotganda, yoritish lampalari infraqizil filtr bilan ta'minlanadi, u faqat I. I. ni uzatadi.I. I. ning kuchli manbai. ~ 3900 K haroratli ko'mir elektr yoyi bo'lib, uning nurlanishi qora tananing nurlanishiga yaqin, shuningdek turli xil gaz chiqarish lampalari (impulsli va uzluksiz yonish) Gorenje. Xonalarni radiatsiyaviy isitish uchun ~ 950 K haroratgacha isitiladigan nikromli simli spirallar ishlatiladi. I. I. ning yaxshi konsentratsiyasi uchun.bunday isitgichlar reflektorlar bilan jihozlangan. Ilmiy tadqiqotlarda, masalan, spektrning turli sohalarida infraqizil yutilish spektrlarini olishda I. I. ning maxsus manbalari qo'llaniladi: lenta volfram lampalari, Nernst pimi, globar, yuqori bosimli simob lampalari va boshqalar. ba'zi optik kvant generatorlari — lazerlarning nurlanishi ham spektrning infraqizil mintaqasida yotadi; masalan, neodimiyum shishasidagi lazer nurlanishining uzunligi 1,06 mikron to'lqinlar, neon va geliy aralashmasidagi lazer 1,15 mikron va 3,39 mikron, karbonat angidrid lazeri 10,6 mikron, InSb yarim o'tkazgichli lazer 5 mikron va boshqalar.

Infraqizil qabul qiluvchilar I. I. energiyasini an'anaviy usullar bilan o'lchanishi mumkin bo'lgan boshqa energiya turlariga aylantirishga asoslangan. I. I. ning issiqlik va fotovoltaik qabul qilgichlari mavjud. birinchisida so'rilgan I. I. qabul qiluvchining issiqlikka sezgir elementi haroratining ko'tarilishiga olib keladi, bu qayd etiladi. Fotovoltaik qabul qiluvchilarda so'rilgan I. I. elektr tokining yoki kuchlanishning paydo bo'lishiga yoki o'zgarishiga olib keladi. Fotovoltaik qabul qiluvchilar, termal qabul qiluvchilardan farqli o'laroq, selektiv qabul qiluvchilardir, ya'ni.faqat spektrning ma'lum bir sohasida sezgir. Maxsus fotografik plyonkalar va plitalar — infraplastinkalar ham I. I. ga sezgir (p = 1,2 mikrongacha) va shuning uchun I. I. da fotosuratlarni olish mumkin.

3 infraqizil nurlanishning o'ziga xos xususiyatlari

Infraqizil nurlanishning o'ziga xos xususiyatlari ularning modda bilan o'zaro ta'sirida namoyon bo'ladi.

Spektrning infraqizil mintaqasidagi moddalarning optik xususiyatlari (shaffoflik, aks ettirish, sinish koeffitsienti), qoida tariqasida, ko'rinadigan va ultrabinafsha mintaqalardagi optik xususiyatlardan sezilarli darajada farq qiladi. Ko'rinadigan hududda shaffof bo'lgan ko'plab moddalar I. I. ning ba'zi hududlarida shaffof emas. va aksincha. Masalan, bir necha sm qalinlikdagi suv qatlami I. I. uchun shaffof emas. l \ u003e 1 mkm (shuning uchun suv ko'pincha issiqlikdan himoya qiluvchi filtr sifatida ishlatiladi), ko'rinadigan hududda shaffof bo'lmagan germaniy va kremniy plitalari infraqizilda shaffofdir (l \ u003e 1,8 mkm uchun germaniy, l \ u003e 1,0 mkm uchun kremniy). Qora qog'oz uzoq infraqizil mintaqada shaffofdir. I. I. uchun shaffof va ko'rinadigan hududda shaffof bo'lmagan moddalar I. I. ni ajratish uchun yorug'lik filtrlari sifatida ishlatiladi.bir qator moddalar, hatto qalin qatlamlarda (bir necha sm) infraqizil spektrning etarlicha katta qismlarida shaffofdir. Infraqizil qurilmalarning turli xil optik qismlari (prizmalar, linzalar, derazalar va boshqalar) bunday moddalardan tayyorlanadi. Masalan, shisha 2,7 mikrongacha shaffof, kvarts 4,0 mikrongacha va 100 mikron dan 1000 mikrongacha, tosh tuzi 15 mikrongacha, seziy yodidi 55 mikrongacha. Polietilen, kerosin, teflon, olmos λ > 100 mkm uchun shaffofdir. Ko'pgina metallarda I. I. uchun aks ettirish. ko'rinadigan yorug'likka qaraganda sezilarli darajada katta va I. I. ning to'lqin uzunligi oshishi bilan ortadi.masalan, λ \ u003d 10 mkm da al, Au, Ag, Cu aks ettirish koeffitsienti 98% ga etadi. Suyuq va qattiq metall bo'lmagan moddalar I. I. da mavjud. selektiv aks ettirish va aks ettirish maksimallarining holati moddaning kimyoviy tarkibiga bog'liq.