Ondes de rayonnement infrarouge, applications, exemples

La rayonnement infrarouge o La lumière infrarouge fait partie du spectre électromagnétique et se compose de champs électromagnétiques capables de se propager dans le vide et de transporter l'énergie.

La plage de longueur d'onde du rayonnement infrarouge est comprise entre 1 × 10^-3 et 7 x 10^-7 m. La limite supérieure est avec la lumière rouge du spectre visible, en dessous, d'où le nom de infrarouge.

Projecteur avec capteur infrarouge. Source: Pixabay.

Les êtres vivants et les objets en général émettent un rayonnement thermique ou des ondes infrarouges. Nous ne pouvons pas les voir, mais nous les percevons comme de la chaleur, car presque tous les matériaux, y compris la peau, les absorbent facilement.

Lorsqu'un objet absorbe le rayonnement infrarouge, son énergie interne augmente, car les atomes et les molécules vibrent avec une plus grande agitation. Cela se traduit par une augmentation de la température, donc il diffère du rayonnement ionisant, qui a suffisamment d'énergie pour ioniser les molécules.

Ainsi, les effets du rayonnement infrarouge sur les êtres vivants sont essentiellement des natures thermiques.

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Vagues infrarouges

Spectre électromagnétique montrant la plage infrarouge. André Oliva / Domaine public.

Le rayonnement infrarouge est subdivisé en trois types ou bandes *, selon l'utilisation qui leur est donnée:

-Colère à proximité ou infrarouge, limite la partie visible du spectre: 780-1400 nm

-IRB ou infrarouge moyen, avec de nombreuses applications: 1.4 - 3 μm

-IRC, l'intervalle qui suit le micro-ondes: 3 - 1000 μm

Il faut noter que ces limites ne sont pas strictes. Les scientifiques les ont établi pour faciliter l'étude du rayonnement électromagnétique, car la gamme de longueurs d'onde est extrêmement étendue.

Applications de rayonnement infrarouge

Image de deux personnes prises avec une longue longueur d'infrarouge de longueur d'onde. Source: Wikimedia Commons

Le grand astronome anglais William Herschel a découvert le rayonnement infrarouge au début du 19e siècle, et plus tard, vers 1879, les appareils avaient déjà été inventés pour mesurer le rayonnement thermique du soleil: les bolomètres.

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Ces dispositifs absorbent le rayonnement thermique, qui chauffe un matériau, dont le signal est transformé en un courant électrique facilement mesurable. Ce courant est proportionnel à l'augmentation de la température.

* 1 nm ou nanomètre est égal à 1 x 10 ^-9 M, tandis que 1 μm est 1 x 10 ^-6 m.

Mais il y a beaucoup plus. Comme nous l'avons dit, le rayonnement infrarouge a de nombreuses applications en ingénierie, science et médecine, dont nous en nommerons:

Thermomètres

Thermomètre à capteur infrarouge. Source: Pixabay.

Un thermomètre infrarouge a un capteur qui capture la chaleur émise naturellement par les objets.

Pour mesurer la température corporelle, le thermomètre est placé près de l'oreille, de cette façon la chaleur qui émane atteint le capteur du thermomètre, où il devient alors un signal électrique proportionnel à l'énergie thermique détectée. La lecture apparaît rapidement sur un écran numérique.

Physiothérapie

Le rayonnement infrarouge est un agent thérapeutique en physiothérapie, car il a des effets anti-inflammatoires dans certaines maladies et blessures, il soulage les contractures et la douleur.

Par conséquent, il est utilisé pour traiter l'arthrite, les maux de dos et comme traitement post-exercice, pour ne mentionner que quelques applications.

Le traitement, qui dure généralement entre 15 et 30 minutes, est généralement effectué grâce à des lampes spéciales dont l'ampoule est pleine de gaz inerte.

La source thermique est un filament de tungstène ou de carbone doté d'un réflecteur, pour diriger correctement le rayonnement vers la zone affectée, en prenant soin de ne pas brûler la peau.

Astronomie infrarouge

L'univers émet une grande quantité de rayonnement infrarouge. Ceci est utilisé pour observer les nébuleuses, les régions spatiales pleines d'hydrogène et d'hélium, où les étoiles et les disques de sujet correspondants se forment autour d'eux, ce qui finira par donner naissance aux systèmes planétaires.

Les étoiles très froides, par exemple les naines rouges, qui sont également les plus abondantes de l'univers, sont correctement étudiées avec un rayonnement infrarouge, ainsi que les galaxies qui s'éloignent de nous.

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Spectroscopie infrarouge

Il s'agit d'une technique analytique utilisée dans de nombreux domaines: astronomie, science matérielle, nourriture et plus.

J'utilise le spectre infrarouge pour déterminer la composition chimique d'une substance et convient particulièrement à l'analyse des composés organiques.

Cela fonctionne comme ceci: le rayonnement qui atteint un milieu peut être reflété en partie et le reste est absorbé puis transmis. Lors de l'analyse du rayonnement transmis et de ses modifications concernant le rayonnement incident, les propriétés de l'environnement sont connues.

Lorsque le rayonnement infrarouge est absorbé par une molécule dont l'état fondamental des vibrations a la même longueur d'onde que le rayonnement infrarouge incident, les changements dans une telle vibration sont causés. Ces changements sont appelés résonance.

L'expérience est réalisée avec un spectromètre infrarouge. Un échantillon interagit avec le rayonnement infrarouge et les informations de rayonnement transmis sont collectées.

Le spectromètre a incorporé le logiciel nécessaire pour créer le spectre de substances, un graphique avec des bandes et des pics caractéristiques qui ressemblent à une empreinte digitale.

Chaque pic indique un certain état d'énergie des molécules et leur composition d'observation et les propriétés de la substance sont déduites.

Équipes pour la vision nocturne

Développés à l'origine en tant qu'équipe militaire, ils ont des capteurs qui capturent la chaleur émise par la matière, en particulier les organismes vivants.

Exemples de rayonnement infrarouge

Comparaison d'une photographie normale (ci-dessous) et d'une image infrarouge (ci-dessous). Le sac en plastique est transparent à la longue onde infrarouge, mais les verres de l'homme sont opaques

Toute la matière émet un rayonnement infrarouge dans une plus ou moins. La température absolue zéro est égale à la cessation totale des mouvements dans l'atome et ses particules constituantes. Mais il n'a pas encore été détecté, bien que dans des laboratoires spéciaux de faibles températures, il a été assez proche.

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De cette façon, toute partie de l'univers émet un rayonnement infrarouge, par exemple les nébuleuses susmentionnées.

Ensuite, il y a un rayonnement infrarouge plus proche:

Le soleil et la terre

-Le rayonnement thermique vient du soleil, notre principale source de lumière et de chaleur.

-La terre elle-même a une chaleur intérieure, en raison de la dynamique des différentes couches qui composent la planète, donc c'est aussi une station infrarouge.

-Certains gaz atmosphériques, tels que le dioxyde de carbone et le méthane, entre autres, sont une bonne absorbant du rayonnement infrarouge, qui rayonne ensuite dans toutes les directions, chauffant la planète. C'est la connaissance effet de serre.

Êtres vivants

-Les personnes et les animaux à sang chauds émettent de la chaleur.

Technologie

-Bien - les ampoules à incandescence connues dégagent une grande quantité de chaleur. En fait, presque toute l'énergie électrique est transformée en rayonnement thermique et très peu est émis dans la plage de lumière visible.

-Les commandes de télévision à distance, les jouets, les portes et autres appareils, travaillent avec une lumière infrarouge.

Le contrôle a à l'intérieur d'un petit circuit imprimé contenant le signal codé de chaque fonction. Ceci est envoyé à l'émetteur infrarouge (la LED rouge). Dans l'appareil, il y a un autre circuit qui reçoit ce signal et exécute la fonction demandée.

-Les moteurs sont chauffés pendant leur fonctionnement, ainsi que l'équipement électrique et électronique, le courant électrique à travers les conducteurs génère de la chaleur, ainsi que la friction entre les pièces mobiles.

-Le laser, qui est utilisé dans les processus médicaux et industriels, produit un rayonnement infrarouge. Il y a des lasers à l'état solide dans les lecteurs de CD et dans les capteurs les plus variés.

Les références

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3. Mondragón, P. Spectroscopie infrarouge. Récupéré de: ciatej.mx.
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5. SERAY, R., Jewett, J. (2008). Physique pour la science et l'ingénierie. 2ieme volume. 7e. Élégant. Cengage Learning.