طبف الکترومغناطیسی شامل همه شکل های نور از تشعشعات تا موج های بلند رادیویی و امواج کوتاه گاماست. هر نواری از طیف به نوار دیگر به آرامی محو می شود برای مثال نور قرمز به آرامی به نور مادون قرمز یا فروسرخ محو شده و نور آبی به فرابنفش. در طیف نور بخشی از نوار مرکزی قرار دارد که از دو بخش اصلی نور قابل مشاهده و نور مادون قرمز تشکیل شده است. با وجود مجاور بودن این دو نور رفتار های متفاوتی دارند. نور مرئی از طول موج حدود 380 تا 700 نانومتر تشکیل شده در حالی که فروسرخ طول موج های 700 نانومتر تا یک میلی متر را دارد.در عمل ما قادر به مشاهده نور مادون قرمز همانطور که در بالا گفتم نیستیم و به عنوان گرما حسش می کنیم. در این مقاله این دو بخش نور را می سنجیک فیزیکشون را بررسی مکنیم و نقش مادون قرمز را در علم و صنعت می گوییم.برای آشنایی بیشتر با طیف الکترومغناطیسی میتوانید به مقاله نور چیست فیزیک دیدن و روشنایی مراجعه کنید.

طیف الکترومغناطیسی چیست؟

طیف الکترومغناطیسی تمام تشعشعات تابش الکترومغناطیست که با فرکانس و طول موج طبقه بندی و تقسیم بندی شدند. در نوشته فیزیک امواج درباره خواص بنیادی موج توضیحات داده ام اما به طور خلاصه فرکانس به معنای تعداد دفعات تکرار در ثانیه، طول موج فاصله بین دو قله و یا دو قعر یک موج است. این طیف الکترومغناطیسی شامل امواج رادیویی، میکروویو،  مادون قرمز، نور مرئی، ماورانی بنفش، اشعه ایکس و امواج گاماست.  همه این امواج از فوتون در سرعت های ارتعاش متفاوت تشکیل شده اند بخاطر همین انرژی، طول موج و نحوه واکنش آن ها با ماده متفاوت است.برای مثال نور مرئی که در فیبر نوری و عکاسی استفاده می شود انرژی فوتون بیشتر و طول موج کوتاهتری نسبت به نور مادون قرمز دارد.

در بالا اشاره کردم که نور مرئی و مادون قرمز تکه های مجاور طیف هستندف جالبه بدونید نور مرئی بخش کوچکی از تشعشع الکترومغناطیست و بخشی با حدود طول موج 400 تا 700 نانومتر، یا 430 تا 750 تراهرتز فرکانسیست.برای قیاس یک طیف کامل الکترومغناطیس از طول موج های چند هزار کیلومتر تا پیکو متر که امواج گاماست را شامل می شود البته مرز بین انواع امواج دقیق نیستند و نوارها در هم تنیده شده اند. برای مثال نور خیلی روشن نزدیک مادون قرمز می تواند به صورت خیلی کم نوری از قرمز در شرایط خاص برای انسان نمایان شود با اینحال در دنیای علم هر طول موجی کمتر از 750 نانومتر را مادون قرمز میشناسند.

طیف الکترومغناطیسی در همه جای زندگی روزمره شماست، از امواج وای فای، تا موبایل و حتی اجاق های میکروویو. گرمای خورشید و فر بیشتر مادون قرمز است و حتی دیدن شما وابسته به این طیف است.

نور مرئی، رنگ هایی که میبینیم

نور مرئی بخشی از نوار موج هاییست که قادر به دیدن آن ها هستیم که به صورت رنگ آن ها را شناسایی می کنیم رنگ بنفش در حدود طول موج 380 نانو متر و رنگ قرمز در حدود طول موج 700 نانومتر است.در عمل چشمان ما بهترین عملکرد را در میانه این دامنه یعنی رنگ های سبز و  زرد دارند و می توانند در شرایط خاص کمی از ماورای بنفش و مادون قرمز را نیز ببینند.درباره مسیر رسیدن نور به چشم می توانید نوشته مربوط به شبکیه چشم را مطالعه کنید.

آزمایش منشور نیوتن نشان داد که نور طبیعی از رنگ های مختلفی تشکیل شده و اما این طیف های نور را در هر چیز روشنی میبینیم.از خورشید و ستاره ها، تا لامپ هلی فلورسنت تا نور ال ال دی و صفحه نمایش گوشی شما این طیف های مختلف رنگ را با ترکیبات مختلفی از رنگ های قابل مشاهده، پخش می کنند.

چشمان انسان و حیوانات برای دیدن این بازه طراحی شده اند این محدوده مصادف با بیشترین میزان خروجی نور خورشید نیز هست.نور خارج از 400 نانومتر بیشتر از حد انرژی دارد و می تواند مخروط های چشمی ما را نابود کند و نوز زیر طول موج 700 نانومتر به مانند پرتو های گرما بیش از حد ضعیف است پس نور مرئی، پرکاربردترین طول موج خورشید نیز برای ما انسان هاست.

به ازای هر یک متر مربع بالای جو زمین، طیف انرژی ورودی خورشید از 95 ژول فرابنفش، 585 ژول نور مرئی و 680 ژول مادون قرمز تشکیل می شود که بعد از ورود به جو مقداری از فرابنفش آن کم می شود، بر خلاف تصور اشعه گاما و ایکس ری خورشید سهمی از انرژی ورودی به جو را ندارند چرا که گامای تشکیل شده در هسته خورشید درهنگام خروج از پلاسما انرژی خود را از دست داده و به صورت طیف مرئی به زمین می رسد.

خیلی از تجهیزات اپتیکی برای نور مرئی بهینه شده اند، میکروسکوپ های نوری، تلسکوپ ها و دوربین ها روی نور مرئی و ثبت آن متمرکز هستند سنسور های دیجیتال و شبکیه چشم انسان سلول هایی دارند که فوتون های ورودی را به سیگنال الکتریکی تبدیل کنند.

نور مادون قرمز: گرمایی که نمی توانیم ببینیم

قبلا اشاره کردیم که نور مادون قرمز انرژی کمتر از نور مرئی دارد و طول موج آن حدود 780 نانومتر تا 1 میلی متر است.طیف مادون قرمز خود به سه بخش نزدیک مادون قرمز، میانه مادون قرمز و بالای مادون قرمز تقسیم می شود.

مادون قرمز برای چشم انسان نامرئیست اما ما آن را به عنوان گرما حس می کنیم و آن را تشعشع گرما می نمامیم.هرجسمی در دمای اتاق یا گرمتر گرما را در مادون قرمز پخش می کند.برای مثال بدن انسان در دمای 37 درجه، در طول موج 10 میکرومتر تشعشع گرمایی دارد. هر جسمی با دمای بالاتر از صفر مطلق، مادون قرمز تشعشع می کند پس این طیف از نور همه جا هست.

پیشنهاد دیدن: فیلم های برتر جنگ جهانی اول

کشف مادون قرمز

ویلیام هرشل مادون قرمز را در سال 1800 با اندازه گیری دمای طیف پایینتر از قرمز انجام داد. وی نور خورشید را از یک منشور عبور داده و متوجه شد دما سنج بعد از رنگ قرمز دچار تغییر درجه می شود. عدها دانشمندان فهمیدن که نصف انرژی خورشید که به زمین می رسد در حقیقت مادون قرمز است و این انرژی نقش زیادی در آب و هوای زمین و توازن انرژی آن بازی می کند. با اینکه ما این نور را نمیبینیم اما در خیلی از تکنولوژی ها از آن استفاده کرده ایم مثل کنترل های تلویزیون. تقریبا همه کنترل ها از ال ال دی های بخش نزدیک طیف مادون قرمز یعنی حدود 940 نانومتر استفاده می کنند تا سیگنال خود را بفرستند.

با وجود اینکه این طیف از نور برای ما نامرئیست اما سنسور دوربین دید در شب قابل جمع آوری آن است که بعدا درباره تکنولوژی دید در شب برای شما خواهم نوشت.

مادون قرمز در تکنولوژی

از لامپ های مادون قرمز برای ایجاد گرما در تکنولوژی استفاده می کنند از این لامپ ها برای گرم کردن غذا، هیتر های حمام، مناسب محفظه های خزندگان و سونا استفاده می کنند. این لامپ ها ممکن است یک نور کم قرمز ساطع کنند اما اکثر خروجی آن ها مادون قرمز است.

فیبر های نوری مدرن بیشتر از طیف مادون قرمز استفاده می کنند تا طیف مرئی، چرا که جذب آن ها کمتر شده و و سرعت اینترنت و انتقال دیتا را بالاتر می برد.

پیشنهاد مطالعه: 10 اصطلاح عکاسی برای علاقمندان

طیف سنجی مادون قرمز

از طیف سنجی مادون قرمز در شیمی تجزیه استفاده می شود.تشعشع مادون قرمز باعث ارتعاشات مولکول ها می شود و با اندازه گیری طول موج های جذب شده توسط مولکول، نوع پیوندها را تشخیص می دهند.از این تکنولوژی بسیار در بیولوژی، شیمی و کنترل کیفیت استفاده می شود.

از مادون قرمز برای تصویربرداری گرمایی نیز استفاده می کنند و میتوانند خیلی سریع متوجه شوند که نشتی گرمایی یک ساختمان از کجاست یا کدام بخش از مدار الکترونیک یا کدوم قطعه مکانیکی بیش از حد گرم شده است.

کاربرد مادون قرمز در نجوم و هواشناسی

در نجوم، تلسکوپ های مادون قرمز غیر قابل جایگزین هستند. ابرهای گازی و ذراتی که جلوی نور مرئی را می گیرند به مادون قرمز اجازه عبور می دهند.در نتیجه مادون قرمز باعث می شود اجسامی را در کیهان ببینیم که با نور مرئی و تلسکوپ های نوری قادر به دیدن آن ها نیستیم. تلسکوپ هایی مثل تلسکوپ جیمز وب به طور اصلی در مادون قرمز عمل می کنند و انتقال به سرخ کهکشان های دور را کشف می کند.

ماهواره های فروسرخ دمای زمین را اندازه گیری می کنند. وقتی خورشید زمین ما را گرم می کند بخشی از آن توسط زمین و اتمسفر به فضا منعکس می شود. ماهواره های هواشناسی از این جریان منعکس شده می توانند دمای زمین و دریا را اندازه گیری کنند و آتش سوزی های بزرگ را تشخیص دهند. هواشناسان از پرتوی فروسرخ برای ردیابی ابرها، شناسایی طوفان ها و تغییرات هوایی استفاده می کنند.

نتیجه گیری

همان طیف نوری که بینایی شما را ممکن می کند به پوست شما نیز گرما می بخشد و باعث رشد گیاهان و تعادل هوایی زمین شده است. طیف مرئی تچهیزات نوری را ممکن کرده  وفروسرخ دنیای سنسور ها و تبادل اطلاعات را متحول کرده است.