Tia hồng ngoại là gì? Ứng dụng tia hồng ngoại trong thực tế

 

Tia hồng ngoại là gì?

Tia hồng ngoại là bức xạ điện từ có bước sóng dài hơn ánh sáng nhìn thấy (mắt người có thể cảm nhận được màu sắc) nhưng ngắn hơn tia bức xạ vi ba.

Thực tế mắt của chúng ta sẽ nhìn thấy 7 màu của ánh sáng từ tím đến đỏ, trong đó ánh sáng đỏ có bước sóng lớn nhất là 700nm. Do đó tia hồng ngoại sẽ có bước sóng vào khoảng 700nm đến 1nm và được chia làm 3 loại theo chiều bước sóng. Trong đó bao gồm tia hồng ngoại gần, tia hồng ngoại trung và tia hồng ngoại xạ. Và tia hồng ngoại xa được cho là có bước sóng dài nhất và có năng lượng bức xạ thấp nhất.

Lịch sử phát hiện tia hồng ngoại

Vào năm 1800, một nhà thiên văn học người Anh, Sir William Herschel đã lần đầu tiên phát hiện ra tia hồng ngoại. Ông cho rằng ánh sáng mặt trời có thể được tách thành các phần riêng biệt, một bước thực hiện bằng cách khúc xạ ánh sáng qua lăng kính thủy tinh. Sau đó, ông tiến hành đo nhiệt độ của các màu sắc khác nhau được tạo ra. Và nhận thấy nhiệt độ tăng lên khi các màu chuyển dần từ ánh sáng tím, lam, lục, vàng, cam và đỏ.

Bên cạnh đó ông còn tiến thêm một bước, đo nhiệt độ ở phần nằm ngoài vùng màu đỏ. Ở đó, trong vùng hồng ngoại, ông nhận thấy nhiệt độ là cao nhất. 

Nguồn phát ra tia hồng ngoại

Nguồn chính để phát ra tia hồng ngoại là nhiệt độ hoặc bức xạ điện. Do đó bất kỳ vật nào có nhiệt độ lớn hơn 0ºK (nhiệt độ không tuyệt đối trong nhiệt giai Kelvin) đều sẽ phát ra bức xạ năng lượng hồng ngoại.

Với những vật mà chúng ta sờ vào rất lạnh như đá cũng có thể phát ra loại tia này. Nếu một vật thể không đủ nóng để phát ra ánh sáng nhìn thấy thì nó sẽ phát ra hầu hết năng lượng trong tia hồng ngoại.

Để làm rõ hơn chúng ta cùng đến với một ví dụ sau: Than nóng có thể không phát ra ánh sáng nhưng nó sẽ phát ra tia này mà chúng ta có thể cảm thấy nhiệt độ nóng. Vật thể càng ấm thì càng phát ra một lượng tia hồng ngoại cao. Một ví dụ khác, cơ thể con người khi ở nhiệt độ bình thường cũng có thể phát ra tia này, mạnh nhất là ở bước sóng khoảng 10 micron.

Hiện nay chúng ta có thể tự tạo ra chùm tia hồng ngoại định hướng dùng trong kỹ thuật bằng cách dùng đèn điện dây tóc nhiệt độ thấp hoặc dùng diode (đi-ốt) phát quang hồng ngoại.

Phân loại tia hồng ngoại

Dựa vào bước sóng, tia hồng ngoại được chia thành 3 vùng hồng ngoại. Đó là hồng ngoại gần, hồng ngoại giữa, hồng ngoại tuyến xa

Hồng ngoại gần

Hồng ngoại gần có một số tính chất như sau:

• Kí hiệu: NIR được chia thành 2 loại đó là IR – A và IRB
• Bước sóng nm IR-A: 0,78 – 14, phần sóng ngắn, ranh giới 780nm, xác định theo thị giác của ánh sáng mặt trời. Phim chụp ảnh có thể hấp thụ dải này với hồng ngoại là 0,7 – 1,0µm.
• Bước sóng nm IR-B: 1,4-3,0, phần sóng dài, ranh giới được coi là vùng hấp thụ mạnh của nước là 1,45µm.
• Nhiệt độ theo phân bố WIEN: >3700 oK

Hồng ngoại giữa

Hồng ngoại giữa có một số tính chất như sau:

• Kí hiệu: IR-C
• Bước sóng nm: 3-50 với phạm vi của các bức xạ ở nhiệt độ trên bề mặt.
• Nhiệt độ phân bố WIEN: 1000 – 60oK

Hồng ngoại xa

Hồng ngoại xa có một số tính chất như sau:

• Kí hiệu: IR-C
• Bước sóng nm: 50-1000, khí quyển hấp thụ mạnh, ranh giới đối với vùng vi sóng là các bức xạ vũ trụ 3ºK có thể nhìn thấy.
• Nhiệt độ theo phân bố WIEN: < 3ºK

Tính chất nổi bật của hồng ngoại

Hiện nay tia hồng ngoại được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực của cuộc sống, nó sở hữu nhiều tính chất đặc biệt như:

• Là sóng điện tử, có tính chất tuân theo quy định luật là truyền thẳng, phản xạ, khúc xạ. Và gây ra hiện nhiễu xạ, giao thoa như ánh sáng thông thường.
• Nó có thể tác dụng nhiệt nên được gọi với tên gọi là khác là tia nhiệt.
• Sóng hồng ngoại không thể nhìn thấy bằng mắt thường. Tuy nhiên chúng có thể nhìn thấy khi tác dụng nhiệt, cho phép sóng hồng ngoại phát ra từ các vật thể ấm áp như người và động vật.
• Có thể tác dụng lên một số kính ảnh đặc biệt.
• Có khả năng biến điện như sóng điện tử cao tần.

Nguyên lý hoạt động của tia hồng ngoại

Như các bạn đã biết, mọi vật có nhiệt độ lớn hơn 0 độ K đều có khả năng phát ra tia hồng ngoại. Ví dụ như đèn led, remote tivi, màn hình máy tính,… lượng lớn loại tia này đến từ mặt trời. Các nhà khoa học đã chứng minh rằng tia hồng ngoại xa có bước sóng từ 4 đến 14 micromet rất quan trọng đối với sự sống. Và cả sự sinh trưởng và phát triển của sinh vật trên Trái Đất.

Khi hồng ngoại xa tiếp xúc lên vùng da trên cơ thể sẽ tỏa ra nhiệt lượng. Nó giúp làm ấm và lan tỏa đến các khu vực xung quanh. Phần nhiệt lượng này sẽ giúp cơ thể thúc đẩy cơ thể, làm sản sinh ra các loại vật chất có dạng tu bổ các protein và tăng cường hệ thống miễn dịch.

Với bước sóng dài, nên tia hồng ngoại xa rất an toàn với sức khỏe, không gây nên bất kỳ tổn thương nào cho cơ thể.

Ứng dụng của hồng ngoại

Tia hồng ngoại ra đời đã đem lại nhiều lợi ích thiết thực, nó được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như:

#1 Đo nhiệt độ

Tia hồng ngoại được dùng để đo nhiệt độ của vật từ xa, được sử dụng phổ biến trong quân sự nhằm xác định mục tiêu vào ban đêm. Bên cạnh đó nó cùng được ứng dụng để đo nhiệt độ trong công nghiệp.

#2 Phát nhiệt

Trong một số phòng tắm xông hơi, tia hồng ngoại được ứng dụng để sưởi ấm. Không chỉ có vậy, các loại máy bay cũng sử dụng đèn hồng ngoại. Để làm tan tuyết trên máy bay để đảm bảo an toàn trước khi bay. Bên cạnh đó, sóng hồng ngoại còn được ứng dụng trong ngành thẩm mỹ làm đẹp, xông hơi,…

#3 Trong lĩnh vực quốc phòng

Đây là ứng dụng quan trọng của tia hồng ngoại, nó được sử dụng trong một số loại vũ khí. Ví dụ như tên lửa hiện đại có lắp đầu dẫn ống hồng ngoại, cho phép người dùng có thể dễ dàng xác định mục tiêu.

#4 Trong lĩnh vực điện tử

• Cảm biến hồng ngoại: Xuất hiện ở trung tâm thương mại, nhà hàng, sân bay.
• Điều khiển từ xa: Tivi, quạt, đèn, âm thanh,…
• Phụ kiện điện tử: Máy vi tính, đèn Led,…
• Truyền thông: Viễn thông cáp quang sử dụng để có thể truyền tải thông tin.
• Thiết bị nhìn đêm: Camera hồng ngoại, ống nhòm,…

#5 Nghiên cứu thiên văn

Trong thiên văn học, ánh sáng hồng ngoại được dùng để nghiên cứu các đối tượng có nhiệt độ thấp dưới 1.000ºK, khó nhìn thấy trong vùng quang phổ khác.

#6 Bảo mật

Tia hồng ngoại được ứng dụng trong các thiết bị để có thể thực hiện kiểm tra tiền, dữ liệu của hộ chiếu, chứng chỉ ngân hàng. Nhưng chỉ ở mức độ an toàn, không bằng tia tử ngoại.

Tác hại của tia hồng ngoại

Tuy đem lại nhiều lợi ích trong đời sống, nhưng tia tử ngoại cũng mang lại các tác hại mà chúng ta cần lưu ý như:

• Gây hại cho da: Khi tiếp xúc với tia hồng ngoại ở mức độ lớn có thể làm ảnh hưởng xấu đến sức khỏe của con người như làm tổn thương da và các mô.
• Làm tổn thương mắt: Nếu phải tiếp xúc với hồng ngoại trong thời gian dài có thể gây tổn thương về mắt. Nghiêm trọng có thể kể đến như hỏng thủy tinh thể, giác mạc của mắt. Do đó nếu như phải làm việc trong môi trường thường xuyên phải tiếp xúc với tia tử ngoại. Bạn nên trang bị loại kính bảo vệ để bảo vệ đôi mắt của mình.
• Gây nên hiệu ứng nhà kính: Khi không khí trên bề mặt trái đất có nồng độ hơi nước cao, bức xạ hồng ngoại sẽ giữ lại ở mặt đất. Điều này có thể gây hại đến các sinh vật sống trên trái đất.

Tia hồng ngoại mang lại rất nhiều lợi ích cho chúng ta nhưng nó cũng gây nên nhiều tác hại.

Hy vọng qua bài viết thì bạn đã hiểu rõ được tia hồng ngoại là gì và ứng dụng của tia hồng ngoại trong thực tế. Mong rằng những thông tin được AME Group chia sẻ trong bài viết sẽ giúp ích cho bạn trong các lĩnh vực của cuộc sống. Cảm ơn các bạn đã quan tâm đến bài viết.