적외선 (IR) 또는 적외선은 사람의 눈에는 보이지 않지만 열처럼 느낄 수있는 일종의 복사 에너지입니다. 우주의 모든 물체는 어느 정도의 적외선을 방출하지만 가장 명백한 두 가지 근원은 태양과 불입니다.
IR은 전자기 방사선의 일종으로 원자가 에너지를 흡수 한 다음 방출 할 때 생성되는 연속 주파수입니다. 가장 높은 주파수에서 가장 낮은 주파수까지 전자기 방사선에는 감마선, X- 선, 자외선, 가시 광선, 적외선, 마이크로파 및 전파가 포함됩니다. 이러한 유형의 방사선은 전자기 스펙트럼을 구성합니다.
NASA에 따르면 영국의 천문학 자 윌리엄 허쉘 (William Herschel)은 1800 년에 적외선을 발견했다. 가시 스펙트럼의 색상 간 온도 차이를 측정하기위한 실험에서 그는 가시 스펙트럼의 각 색상 내에서 빛의 경로에 온도계를 배치했습니다. 그는 파란색에서 빨간색으로 온도가 상승하는 것을 관찰했으며 가시 스펙트럼의 빨간색 끝 너머에서 더 따뜻한 온도 측정을 발견했습니다.
전자기 스펙트럼 내에서, 적외선은 마이크로파보다 높은 주파수 및 적색 가시광보다 낮은 주파수에서 발생하므로 "적외선"이라는 이름이 사용됩니다. 캘리포니아 공과 대학 (California Institute of Technology, Caltech)에 따르면 적외선의 파동은 가시광 선의 파동보다 길다. NASA에 따르면 IR 주파수는 약 3 기가 헤르츠 (GHz)에서 약 400 테라 헤르쯔 (THz)까지이며 파장은 1,000 마이크로 미터 (µm)에서 760 나노 미터 (2.9921 인치) 사이로 추정됩니다.
보라색 (가장 짧은 가시 광선 파장)에서 빨간색 (가장 긴 파장)에 이르는 가시 광선 스펙트럼과 유사하게 적외선은 자체 파장 범위를 갖습니다. 전자기 스펙트럼의 가시 광선에 더 가까운 더 짧은 "근적외선"파는 감지 가능한 열을 방출하지 않으며 채널을 변경하기 위해 TV 리모컨에서 방출되는 것입니다. NASA에 따르면 전자기 스펙트럼의 마이크로파 부분에 더 가까운 더 긴 "원적외선"파는 햇빛이나 불의 열과 같은 강한 열로 느껴질 수 있습니다.
IR 복사는 열이 한 장소에서 다른 장소로 전달되는 세 가지 방법 중 하나이며, 다른 두 가지는 대류와 전도입니다. 켈빈 온도가 섭씨 5도 (화씨 450도 또는 섭씨 268도) 이상이면 IR 방사가 방출됩니다. 테네시 대학 (University of Tennessee)에 따르면 태양은 전체 에너지의 절반을 IR로 방출하고 별의 가시광 선의 대부분은 IR로 흡수되어 다시 방출된다.
가정용
열 램프 및 토스터와 같은 가전 제품은 재료 건조 및 경화에 사용되는 산업용 히터와 마찬가지로 IR 복사를 사용하여 열을 전달합니다. 환경 보호국에 따르면 백열 전구는 전기 에너지 입력의 약 10 % 만 가시 광선 에너지로 변환하고 나머지 90 %는 적외선으로 변환합니다.
적외선 레이저는 수백 미터 또는 야드 거리의 지점 간 통신에 사용할 수 있습니다. How Stuff Works에 따르면 적외선을 사용하는 TV 리모컨은 LED의 발광 다이오드 (LED)에서 IR 수신기로 IR 에너지의 펄스를 방출합니다. 수신기는 광 펄스를 전기 신호로 변환하여 프로그래밍 된 명령을 수행하도록 마이크로 프로세서에 지시합니다.
적외선 감지
IR 스펙트럼의 가장 유용한 응용 중 하나는 감지 및 감지입니다. 지구상의 모든 물체는 열 형태로 IR 방사선을 방출합니다. 이것은 야간 투시경 및 적외선 카메라에 사용되는 것과 같은 전자 센서로 감지 할 수 있습니다.
University of California, Berkeley (UCB)에 따르면 이러한 센서의 간단한 예는 온도에 민감한 저항을 가진 망원경 또는 서미스터로 구성된 볼로미터입니다. 따뜻한 물체가이 장비의 시야에 들어 오면 열로 인해 서미스터의 전압이 감지 될 수 있습니다.
나이트 비전 카메라는보다 정교한 볼로미터 버전을 사용합니다. 이 카메라에는 일반적으로 IR 광선에 민감한 CCD (charge-coupled device) 이미징 칩이 포함되어 있습니다. CCD에 의해 형성된 이미지는 가시광으로 재생 될 수있다. 이 시스템은 휴대용 장치 나 착용 할 수있는 야간 투시경에 사용하기에 충분히 작게 만들 수 있습니다. 이 카메라는 또한 타겟팅을 위해 IR 레이저를 추가하거나 포함하지 않은 총기 시력에도 사용할 수 있습니다.
적외선 분광법은 특정 파장에서 재료의 IR 방출을 측정합니다. 물질의 IR 스펙트럼은 전자가 궤도 또는 에너지 수준 사이에서 전이함에 따라 분자의 전자에 의해 광자 (빛의 입자)가 흡수되거나 방출 될 때 특징적인 딥 및 피크를 나타냅니다. 그런 다음이 분광 정보를 사용하여 물질을 식별하고 화학 반응을 모니터링 할 수 있습니다.
미주리 주립대 물리학과 Robert Mayanovic 교수에 따르면, 푸리에 변환 적외선 (FTIR) 분광법과 같은 적외선 분광법은 수많은 과학적 응용에 매우 유용합니다. 여기에는 분자 시스템 및 그래 핀과 같은 2D 재료에 대한 연구가 포함됩니다.
적외선 천문학
Caltech은 적외선 천문학을 "우주에있는 물체에서 방출되는 적외선 (열 에너지)의 감지 및 연구"라고 설명합니다. IR CCD 이미징 시스템의 발전으로 우주의 적외선 소스 분포를 자세히 관찰 할 수있어 성운, 은하 및 우주의 대규모 구조에 복잡한 구조가 드러납니다.
IR 관찰의 장점 중 하나는 가시 광선을 방출하기에는 너무 시원한 물체를 감지 할 수 있다는 것입니다. 이로 인해 혜성, 소행성, 은하 간 성운 먼지 구름 등 은하계에 널리 퍼져있는 것으로 알려진 이전에 알려지지 않은 물체가 발견되었습니다.
미주리 주립 대학의 천문학 교수 인 로버트 패터슨 (Robert Patterson)은 IR 천문학은 특히 차가운 기체 분자를 관찰하고 성간 매체의 먼지 입자의 화학적 구성을 결정하는 데 유용하다고 말했다. 이러한 관찰은 IR 광자에 민감한 특수 CCD 검출기를 사용하여 수행됩니다.
NASA에 따르면 IR 방사선의 또 다른 장점은 파장이 길어 가시 광선만큼 산란되지 않는다는 것입니다. 가시 광선이 가스와 먼지 입자에 의해 흡수되거나 반사 될 수있는 반면, 더 긴 IR 파는 이러한 작은 장애물 주위를 통과합니다. 이 특성으로 인해 IR은 가스와 먼지로 인해 빛이 가려지는 물체를 관찰하는 데 사용할 수 있습니다. 이러한 대상에는 성운이나 지구 은하의 중심에 새겨 져있는 별을 형성하는 것이 포함됩니다.
이 기사는 Live Science 기고자 Traci Pedersen이 2019 년 2 월 27 일에 업데이트했습니다.
