ઇન્ફ્રારેડ રેડિયેશન અને તેના ઉપયોગો

0.74 માઇક્રોનથી 2 મીમીની તરંગલંબાઇ સાથેના ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક રેડિયેશનને ભૌતિકશાસ્ત્રમાં ઇન્ફ્રારેડ રેડિયેશન અથવા ઇન્ફ્રારેડ કિરણો કહેવામાં આવે છે, સંક્ષિપ્તમાં «IR». તે ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક સ્પેક્ટ્રમના તે ભાગ પર કબજો કરે છે જે દૃશ્યમાન ઓપ્ટિકલ રેડિયેશન (લાલ પ્રદેશમાં ઉદ્ભવે છે) અને શોર્ટ-વેવ રેડિયો ફ્રીક્વન્સી રેન્જ વચ્ચે આવેલું છે.

જો કે ઇન્ફ્રારેડ રેડિયેશન વ્યવહારીક રીતે માનવ આંખ દ્વારા પ્રકાશ તરીકે જોવામાં આવતું નથી અને તેનો કોઈ ચોક્કસ રંગ નથી, તેમ છતાં તે ઓપ્ટિકલ રેડિયેશન સાથે સંબંધિત છે અને આધુનિક તકનીકમાં તેનો વ્યાપકપણે ઉપયોગ થાય છે.

ઇન્ફ્રારેડ તરંગો, જે લાક્ષણિકતા છે, શરીરની સપાટીને ગરમ કરે છે, તેથી જ ઇન્ફ્રારેડ રેડિયેશનને ઘણીવાર થર્મલ રેડિયેશન પણ કહેવામાં આવે છે. સમગ્ર ઇન્ફ્રારેડ પ્રદેશ શરતી રીતે ત્રણ ભાગોમાં વહેંચાયેલું છે:

• દૂર ઇન્ફ્રારેડ પ્રદેશ — 50 થી 2000 માઇક્રોન સુધીની તરંગલંબાઇ સાથે;

• મધ્ય-IR પ્રદેશ — 2.5 થી 50 માઇક્રોન સુધીની તરંગલંબાઇ સાથે;

• ઇન્ફ્રારેડ પ્રદેશની નજીક - 0.74 થી 2.5 માઇક્રોન સુધી.

1800 ના દાયકામાં ઇન્ફ્રારેડ રેડિયેશનની શોધ થઈ હતી.અંગ્રેજી ખગોળશાસ્ત્રી વિલિયમ હર્શેલ દ્વારા અને પછીથી, 1802 માં, સ્વતંત્ર રીતે અંગ્રેજી વૈજ્ઞાનિક વિલિયમ વોલાસ્ટન દ્વારા.

IR સ્પેક્ટ્રા

ઇન્ફ્રારેડ કિરણોના સ્વરૂપમાં મેળવેલ અણુ સ્પેક્ટ્રા રેખીય છે; કન્ડેન્સ્ડ મેટર સ્પેક્ટ્રા — સતત; મોલેક્યુલર સ્પેક્ટ્રા બેન્ડેડ છે. નિષ્કર્ષ એ છે કે ઇન્ફ્રારેડ કિરણો માટે, ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક સ્પેક્ટ્રમના દૃશ્યમાન અને અલ્ટ્રાવાયોલેટ પ્રદેશોની તુલનામાં, પદાર્થોના ઓપ્ટિકલ ગુણધર્મો, જેમ કે પ્રતિબિંબ, ટ્રાન્સમિશન, રીફ્રેક્શનના ગુણાંક, ખૂબ જ અલગ છે.

ઘણા પદાર્થો, જો કે તેઓ દૃશ્યમાન પ્રકાશ પ્રસારિત કરે છે, ઇન્ફ્રારેડ શ્રેણીના ભાગમાં તરંગો માટે અપારદર્શક હોય છે.

ઉદાહરણ તરીકે, 1 માઇક્રોનથી વધુ લાંબા ઇન્ફ્રારેડ તરંગો માટે પાણીની ઘણી સેન્ટીમીટર જાડાઈનો સ્તર અપારદર્શક હોય છે, અને કેટલીક પરિસ્થિતિઓમાં તેનો ઉપયોગ થર્મલ પ્રોટેક્શન ફિલ્ટર તરીકે થઈ શકે છે. અને જર્મેનિયમ અથવા સિલિકોનના સ્તરો દૃશ્યમાન પ્રકાશને પ્રસારિત કરતા નથી, પરંતુ ચોક્કસ તરંગલંબાઇના ઇન્ફ્રારેડ કિરણોને સારી રીતે પ્રસારિત કરે છે. દૂરના ઇન્ફ્રારેડ કિરણો કાળા કાગળ દ્વારા સરળતાથી પ્રસારિત થાય છે અને તેમના અલગતા માટે ફિલ્ટર તરીકે સેવા આપી શકે છે.

મોટાભાગની ધાતુઓ, જેમ કે એલ્યુમિનિયમ, સોનું, ચાંદી અને તાંબુ, લાંબા તરંગલંબાઇ સાથે ઇન્ફ્રારેડ રેડિયેશનને પ્રતિબિંબિત કરે છે, ઉદાહરણ તરીકે, 10 માઇક્રોનની ઇન્ફ્રારેડ તરંગલંબાઇ પર, ધાતુઓમાંથી પ્રતિબિંબ 98% સુધી પહોંચે છે. નોન-મેટાલિક પ્રકૃતિના ઘન અને પ્રવાહી ચોક્કસ પદાર્થની રાસાયણિક રચનાના આધારે IR શ્રેણીના માત્ર એક ભાગને પ્રતિબિંબિત કરે છે. વિવિધ માધ્યમો સાથે ઇન્ફ્રારેડ કિરણોની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાના આ લક્ષણોને લીધે, તેઓ ઘણા અભ્યાસોમાં સફળતાપૂર્વક ઉપયોગમાં લેવાય છે.

ઇન્ફ્રારેડ સ્કેટરિંગ

પૃથ્વીના વાતાવરણમાંથી પસાર થતા સૂર્ય દ્વારા ઉત્સર્જિત ઇન્ફ્રારેડ તરંગો હવાના અણુઓ અને અણુઓ દ્વારા આંશિક રીતે વેરવિખેર અને ક્ષીણ થાય છે. વાતાવરણમાં ઓક્સિજન અને નાઇટ્રોજન ઇન્ફ્રારેડ કિરણોને આંશિક રીતે નબળા પાડે છે, તેમને વેરવિખેર કરે છે, પરંતુ તેમને સંપૂર્ણપણે શોષી શકતા નથી, કારણ કે તેઓ દૃશ્યમાન સ્પેક્ટ્રમના કિરણોના ભાગને શોષી લે છે.

વાતાવરણમાં સમાયેલ પાણી, કાર્બન ડાયોક્સાઇડ અને ઓઝોન આંશિક રીતે ઇન્ફ્રારેડ કિરણોને શોષી લે છે, અને પાણી તેમને સૌથી વધુ શોષી લે છે કારણ કે તેનો ઇન્ફ્રારેડ શોષણ સ્પેક્ટ્રા ઇન્ફ્રારેડ સ્પેક્ટ્રમના સમગ્ર પ્રદેશ પર પડે છે, અને કાર્બન ડાયોક્સાઇડનું શોષણ સ્પેક્ટ્રા માત્ર મધ્ય પ્રદેશમાં પડે છે. .

પૃથ્વીની સપાટીની નજીકના વાતાવરણના સ્તરો ઇન્ફ્રારેડ કિરણોત્સર્ગનું બહુ ઓછું પ્રસારણ કરે છે, કારણ કે ધુમાડો, ધૂળ અને પાણી તેને વધુ ક્ષીણ કરે છે, ઊર્જાને તેમના કણો પર વિખેરી નાખે છે. નાના કણો (ધુમાડો, ધૂળ, પાણી, વગેરે) , ઓછી IR સ્કેટરિંગ અને વધુ દૃશ્યમાન તરંગલંબાઇ સ્કેટરિંગ. આ અસરનો ઉપયોગ ઇન્ફ્રારેડ ફોટોગ્રાફીમાં થાય છે.

ઇન્ફ્રારેડ રેડિયેશનના સ્ત્રોતો

પૃથ્વી પર રહેતા આપણા માટે, સૂર્ય ઇન્ફ્રારેડ રેડિયેશનનો ખૂબ જ શક્તિશાળી કુદરતી સ્ત્રોત છે કારણ કે તેનો અડધો ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક સ્પેક્ટ્રમ ઇન્ફ્રારેડ રેન્જમાં છે. અગ્નિથી પ્રકાશિત દીવા, ઇન્ફ્રારેડ સ્પેક્ટ્રમ રેડિયેશન ઊર્જાના 80% સુધી છે.

ઉપરાંત, ઇન્ફ્રારેડ રેડિયેશનના કૃત્રિમ સ્ત્રોતોમાં શામેલ છે: ઇલેક્ટ્રિક આર્ક, ગેસ ડિસ્ચાર્જ લેમ્પ્સ અને, અલબત્ત, હીટિંગ તત્વોના ઘરગથ્થુ હીટર.વિજ્ઞાનમાં, ઇન્ફ્રારેડ તરંગો મેળવવા માટે, નર્ન્સ્ટ પિન, ટંગસ્ટન ફિલામેન્ટ્સ, તેમજ ઉચ્ચ-દબાણના પારાના લેમ્પ્સ અને ખાસ IR લેસરનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે (નિયોડીમિયમ ગ્લાસ 1.06 માઇક્રોનની તરંગલંબાઇ આપે છે, અને હિલીયમ-નિયોન લેસર - 1.15 અને 3.39. માઇક્રોન, કાર્બન ડાયોક્સાઇડ — 10.6 માઇક્રોન).

IR રીસીવરો

ઇન્ફ્રારેડ તરંગ રીસીવરોના સંચાલનનો સિદ્ધાંત ઘટના કિરણોત્સર્ગની ઊર્જાના માપન અને ઉપયોગ માટે ઉપલબ્ધ ઊર્જાના અન્ય સ્વરૂપોમાં રૂપાંતર પર આધારિત છે. રીસીવરમાં શોષાયેલ ઇન્ફ્રારેડ રેડિયેશન થર્મોસેન્સિટિવ તત્વને ગરમ કરે છે અને તાપમાનમાં વધારો નોંધાય છે.

ફોટોઈલેક્ટ્રીક આઈઆર રીસીવરો આઈઆર સ્પેક્ટ્રમના ચોક્કસ સાંકડા ભાગના પ્રતિભાવમાં વિદ્યુત વોલ્ટેજ અને વર્તમાન ઉત્પન્ન કરે છે જેના માટે તેઓ ઓપરેટ કરવા માટે રચાયેલ છે, એટલે કે આઈઆર ફોટોઈલેક્ટ્રીક રીસીવરો પસંદગીયુક્ત હોય છે. 1.2 μm સુધીની રેન્જમાં IR તરંગો માટે, ખાસ ફોટોગ્રાફિક ઇમ્યુલેશનનો ઉપયોગ કરીને ફોટોગ્રાફિક નોંધણી હાથ ધરવામાં આવે છે.

ઇન્ફ્રારેડ રેડિયેશનનો વ્યાપકપણે વિજ્ઞાન અને ટેકનોલોજીમાં ઉપયોગ થાય છે, ખાસ કરીને વ્યવહારિક સંશોધન સમસ્યાઓ ઉકેલવા માટે. ઇન્ફ્રારેડ પ્રદેશમાં આવતા અણુઓ અને ઘન પદાર્થોના શોષણ અને ઉત્સર્જન સ્પેક્ટ્રાનો અભ્યાસ કરવામાં આવે છે.

સંશોધન માટેના આ અભિગમને ઇન્ફ્રારેડ સ્પેક્ટ્રોસ્કોપી કહેવામાં આવે છે, જે માત્રાત્મક અને ગુણાત્મક સ્પેક્ટ્રલ વિશ્લેષણ કરીને માળખાકીય સમસ્યાઓને હલ કરવાની મંજૂરી આપે છે. દૂરના ઇન્ફ્રારેડ પ્રદેશમાં અણુ સબપ્લેન વચ્ચેના સંક્રમણોને કારણે ઉત્સર્જન થાય છે. IR સ્પેક્ટ્રા માટે આભાર, તમે અણુઓના ઇલેક્ટ્રોન શેલની રચનાઓનો અભ્યાસ કરી શકો છો.

અને આ ફોટોગ્રાફીનો ઉલ્લેખ કરવાનો નથી, જ્યારે એક જ વસ્તુનો ફોટોગ્રાફ પ્રથમ દૃશ્યમાન અને પછી ઇન્ફ્રારેડ શ્રેણીમાં અલગ દેખાશે, કારણ કે ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક સ્પેક્ટ્રમના વિવિધ ક્ષેત્રો માટે ટ્રાન્સમિશન, સ્કેટરિંગ અને રિફ્લેક્શનમાં તફાવતને કારણે, કેટલાક તત્વો અને વિગતો અસામાન્ય ફોટો શૂટીંગ મોડમાં સંપૂર્ણપણે ગુમ થઈ શકે છે: સામાન્ય ફોટામાં, કંઈક ખૂટે છે, અને ઇન્ફ્રારેડ ફોટામાં તે દૃશ્યમાન થઈ જશે.

ઇન્ફ્રારેડ રેડિયેશનના ઔદ્યોગિક અને ઉપભોક્તા ઉપયોગોને ઓછો અંદાજ ન કરી શકાય. તેનો ઉપયોગ ઉદ્યોગમાં વિવિધ ઉત્પાદનો અને સામગ્રીને સૂકવવા અને ગરમ કરવા માટે થાય છે. ઘરોમાં, જગ્યા ગરમ થાય છે.

ઇલેક્ટ્રો-ઓપ્ટિકલ ટ્રાન્સડ્યુસર્સ ફોટોકેથોડ્સનો ઉપયોગ કરે છે જે ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક સ્પેક્ટ્રમના ઇન્ફ્રારેડ પ્રદેશમાં સંવેદનશીલ હોય છે, જે તમને નરી આંખે શું અદ્રશ્ય છે તે જોવાની મંજૂરી આપે છે.

નાઇટ વિઝન ઉપકરણો તમને ઇન્ફ્રારેડ કિરણો, ઇન્ફ્રારેડ બાયનોક્યુલર - રાત્રિ અવલોકન માટે, ઇન્ફ્રારેડ સ્થળો - સંપૂર્ણ અંધકારમાં લક્ષ્ય રાખવા માટે, વગેરે સાથેના પદાર્થોના ઇરેડિયેશનને કારણે અંધારામાં જોવાની મંજૂરી આપે છે. માર્ગ દ્વારા, ઇન્ફ્રારેડ રેડિયેશનની મદદથી, તમે ચોક્કસ મીટર ધોરણનું પુનઃઉત્પાદન કરી શકે છે.

IR તરંગોના અત્યંત સંવેદનશીલ રીસીવરો તેમના થર્મલ રેડિયેશન દ્વારા વિવિધ ઑબ્જેક્ટ્સની દિશા નક્કી કરવાની મંજૂરી આપે છે, ઉદાહરણ તરીકે, મિસાઇલ માર્ગદર્શન પ્રણાલીઓ કામ કરે છે, જે વધુમાં તેમના પોતાના IR રેડિયેશન ઉત્પન્ન કરે છે.

ઇન્ફ્રારેડ કિરણો પર આધારિત રેન્જફાઇન્ડર અને લોકેટર અંધારામાં કેટલીક વસ્તુઓનું અવલોકન કરવા અને ઉચ્ચ ચોકસાઈ સાથે તેમના સુધીનું અંતર માપવા દે છે. IR લેસરોનો ઉપયોગ વૈજ્ઞાનિક સંશોધનમાં, વાતાવરણની તપાસ માટે, અવકાશ સંચાર અને વધુ માટે થાય છે.