[Mục lục khoa học về tia hồng ngoại ]

1. Khám phá tia hồng ngoại
2. Tia hồng ngoại là gì?
3. Loại tia hồng ngoại
4. Sưởi ấm là gì?
5. Bốn định luật cơ bản của bức xạ
6. Tốc độ hấp thụ tia hồng ngoại xa
7. Phát tia hồng ngoại xa
8. So sánh tia hồng ngoại xa và tia hồng ngoại gần
9. Những lưu ý khi sử dụng tia hồng ngoại xa (Q&A)
10. Khối lượng riêng, nhiệt dung riêng và độ dẫn nhiệt của vật liệu chính

① Định luật Planck

Max Karl Ernst Ludwig Planck, 23 tháng 4 năm 1858 – 4 tháng 10 năm 1947 Nhà vật lý người Đức
Định luật Planck là một công thức liên quan đến độ bức xạ quang phổ của sóng điện từ phát ra (bức xạ) từ vật đen trong vật lý, hay sự phân bố bước sóng của mật độ năng lượng. 　Bức xạ quang phổ của bức xạ điện từ từ vật đen ở nhiệt độ nhất định T có thể được giải thích chính xác trong toàn bộ phạm vi bước sóng. Năm 1900, nó được lãnh đạo bởi nhà vật lý người Đức Max Planck.
Khi suy nghĩ về việc rút ra định luật này, Planck giả định rằng năng lượng của các bộ dao động của trường bức xạ là bội số nguyên của một đại lượng năng lượng cơ bản nào đó (ngày nay gọi là lượng tử năng lượng) ε = hν. Giả thuyết lượng tử (lượng tử hóa) năng lượng này có ảnh hưởng lớn đến buổi bình minh của cơ học lượng tử sau này.

Định luật Planck cho thấy mối liên hệ giữa năng lượng bức xạ của vật đen và bước sóng của nó. Vật liệu tỏa năng lượng dưới dạng sóng điện từ theo nhiệt độ của chúng. 　Năng lượng bức xạ thay đổi tùy thuộc vào nhiệt độ, chất và trạng thái bề mặt của nó.
Độ phát xạ của vật liệu nói chung là 1 hoặc ít hơn. Do đó, đặc tính năng lượng bức xạ quang phổ của các chất có cùng nhiệt độ với vật đen sẽ được vẽ bên dưới đường cong của vật đen.

② Định luật Stefan Boltzmann

Jozsef Stephan, 24 tháng 3 năm 1835 – 7 tháng 1 năm 1893 Nhà vật lý người Áo

Ludwig Eduard Boltzmann, 20 tháng 2 năm 1844 – 5 tháng 9 năm 1906 Nhà vật lý người Áo

Lượng năng lượng tỏa ra bởi một chất tăng lên khi nhiệt độ của chất đó tăng lên. Lượng năng lượng (E) bức xạ từ vật đen ở nhiệt độ tuyệt đối T (đơn vị: Kelvin K) thu được bằng cách tích phân định luật Planck trên tất cả các bước sóng và được cho dưới dạng tỉ lệ với lũy thừa bậc 4 của nhiệt độ tuyệt đối. Bạn có thể Đây được gọi là định luật Stefan Boltzmann.
Nó được phát hiện bằng thực nghiệm bởi Joseph Stefan vào năm 1879 và được chứng minh về mặt lý thuyết bởi học trò của ông là Ludwig Boltzmann vào năm 1884. Nó được gọi là định luật Stefan Boltzmann, được đặt theo tên của họ.

③ Định luật dịch chuyển Wien

Wilhelm Karl Werner Otto Fritz Franz Wien, 13 tháng 1 năm 1864 – 30 tháng 8 năm 1928 nhà vật lý người Đức

Định luật dịch chuyển Wien được Wien phát hiện vào năm 1896.
Bước sóng cực đại (điểm có năng lượng cao nhất) của sóng điện từ phát ra từ một chất sẽ chuyển sang bước sóng ngắn hơn khi nhiệt độ của bộ tản nhiệt tăng lên.
Định luật dịch chuyển Wien
λ=2897/T [μm]
Đây được gọi là định luật dịch chuyển của Wien.
Ví dụ, bước sóng cực đại (λ) của sóng điện từ phát ra từ con người có nhiệt độ cơ thể 36oC (nhiệt độ tuyệt đối T = 36 + 273 = 309K) là 2897 309 = 9,4μm. Nói cách khác, con người phát ra tia hồng ngoại xa với cực đại khoảng 9,4 μm.
Diện tích tích hợp (năng lượng) ở phía bước sóng ngắn của bước sóng cực đại được biểu thị bằng định luật dịch chuyển Wien là 25% tổng năng lượng và ở phía bước sóng dài là 75%. Nói cách khác, phía bước sóng dài (phía vùng hồng ngoại xa) tỏa ra năng lượng gấp ba lần.
Vậy bước sóng (λ) chia năng lượng bức xạ của vật đen ở nhiệt độ tuyệt đối T (K) thành hai phần là bao nhiêu?Có thể tìm được bằng công thức: λ = 4,108/T [μm].
Ví dụ: ở bước sóng biên 3 μm giữa vùng hồng ngoại gần và vùng hồng ngoại xa, nhiệt độ vật đen T mà tại đó năng lượng bức xạ được chia thành 50% là T = 4,108/3 = 1,369 (K) (= 1.369-273) = 1.096°C.Masu.
Có thể thấy tia hồng ngoại xa chiếm trọng lượng lớn cho đến nhiệt độ khá cao. Ngoài ra, bước sóng cực đại tại thời điểm này là 2,897/1,369 = 2,1 μm, vốn nằm trong vùng cận hồng ngoại.
Wien nhận giải Nobel Vật lý năm 1911 vì “những khám phá liên quan đến định luật bức xạ nhiệt”.

④ Định luật Kirchhoff (năng lượng bức xạ)

Gustav Robert Kirchhoff, 12 tháng 3 năm 1824 – 17 tháng 10 năm 1887 Nhà vật lý người Phổ (nay là tỉnh Kaliningrad, Nga)
Tỷ lệ năng lượng bức xạ phát ra từ một chất ở trạng thái cân bằng bức xạ với công suất hấp thụ là không đổi bất kể chất đó là gì và giá trị của nó bằng năng lượng bức xạ của vật đen hoàn hảo.
Kirchhoff phát hiện ra vào năm 1860 rằng độ hấp thụ và độ phát xạ của các vật liệu mờ đục thông thường là như nhau.
Kể từ khi Kirchhoff phát hiện ra các định luật về mạch điện, định luật năng lượng bức xạ và định luật phản ứng nhiệt, chúng thường được mô tả là Định luật Kirchhoff (Năng lượng bức xạ).

[Mục lục khoa học về tia hồng ngoại ]

1. Khám phá tia hồng ngoại
2. Tia hồng ngoại là gì?
3. Loại tia hồng ngoại
4. Sưởi ấm là gì?
5. Bốn định luật cơ bản của bức xạ
6. Tốc độ hấp thụ tia hồng ngoại xa
7. Phát tia hồng ngoại xa
8. So sánh tia hồng ngoại xa và tia hồng ngoại gần
9. Những lưu ý khi sử dụng tia hồng ngoại xa (Q&A)
10. Khối lượng riêng, nhiệt dung riêng và độ dẫn nhiệt của vật liệu chính

Năng lượng nhiệt chuyển từ nhiệt độ cao hơn đến nhiệt độ thấp hơn.
Có ba nguyên tắc về cách nhiệt truyền đi: dẫn truyền, đối lưu và bức xạ.
Trong các tình huống thực tế, quá trình truyền nhiệt diễn ra bằng cách sử dụng sự kết hợp của ba nguyên tắc này.

[Dẫn nhiệt]

Khi bạn làm nóng đầu một thanh kim loại, nhiệt lượng sẽ truyền dần sang đầu kia.
Sự truyền nhiệt qua vật liệu này được gọi là dẫn nhiệt.
Độ dẫn nhiệt thay đổi tùy theo chất. Kim loại là chất dẫn nhiệt tốt.
Chất khí nói chung là chất dẫn nhiệt kém.
Do đó, vật liệu xốp có độ dẫn nhiệt thấp hơn vật liệu dày đặc và vật liệu này được sử dụng làm chất cách nhiệt.
Dẫn nhiệt là hiện tượng tạo ra dòng nhiệt (lượng năng lượng đi qua một đơn vị diện tích trong một đơn vị thời gian) tỷ lệ với gradient nhiệt độ bên trong một chất mà không có sự chuyển động của chất đó và được biểu thị bằng công thức sau là định luật Fourier.

q = Thông lượng nhiệt W/m2
k = Độ dẫn nhiệt W/mK
T = Nhiệt độ K
X= Vị trí m
q＝-k　x　dT/dX

[Đối lưu nhiệt]

Khi nước hoặc không khí (lỏng hoặc khí) được làm nóng từ phía dưới, phần nóng lên sẽ nở ra, trở nên loãng hơn và dâng lên, trong khi phần trên lạnh hơn đi xuống. Hành động này được lặp lại và nhiệt độ của toàn bộ tăng lên.
Đối lưu là phương pháp truyền nhiệt bằng sự chuyển động của chất lỏng và chất khí.
Đối lưu nhiệt mô tả sự truyền nhiệt tỷ lệ thuận với chênh lệch nhiệt độ và mô tả dòng nhiệt với các hiện tượng vật lý khác như dòng vật chất, ngưng tụ, bay hơi và thay đổi nồng độ.
dq = lượng nhiệt truyền qua một đơn vị diện tích trong một đơn vị thời gian (W/m2)
h = hệ số truyền nhiệt
Tf = nhiệt độ chất lỏng
Ts＝ là nhiệt độ của bề mặt rắn
dq=h(Tf − Ts)

[Bức xạ nhiệt]

Bức xạ nhiệt là phương pháp truyền nhiệt không cần môi trường trung gian như nhiệt mặt trời (sóng điện từ) truyền trực tiếp xuống mặt đất và làm trái đất nóng lên.
Lúc này, nhiệt được vật liệu hấp thụ trực tiếp dưới dạng sóng điện từ, làm tăng nhiệt độ của vật liệu.
Sự truyền nhiệt của tia hồng ngoại xa (kích hoạt sự dao động lẫn nhau của các nguyên tử tạo thành vật chất) chính xác là bức xạ nhiệt.
Nếu có chất khí trong môi trường trung gian như nitơ (N2) hoặc oxy (O2) thì tia hồng ngoại xa sẽ không bị hấp thụ, nhưng nếu đó là chất khí có tính phân cực như carbon dioxide (CO2) hoặc hơi nước (H2O). ), Nó được hấp thụ bởi khí.
Bức xạ nhiệt là năng lượng phát ra từ các bề mặt rắn dưới dạng sóng điện từ theo định luật Planck và sự trao đổi năng lượng đó tuân theo định luật Kirchhoff.
Định luật chính liên quan đến nhiệt độ là định luật Stefan Boltzmann, phát biểu rằng năng lượng bức xạ của vật đen tỷ lệ với lũy thừa bậc bốn của nhiệt độ của vật.

[Mục lục khoa học về tia hồng ngoại ]

1. Khám phá tia hồng ngoại
2. Tia hồng ngoại là gì?
3. Loại tia hồng ngoại
4. Sưởi ấm là gì?
5. Bốn định luật cơ bản của bức xạ
6. Tốc độ hấp thụ tia hồng ngoại xa
7. Phát tia hồng ngoại xa
8. So sánh tia hồng ngoại xa và tia hồng ngoại gần
9. Những lưu ý khi sử dụng tia hồng ngoại xa (Q&A)
10. Khối lượng riêng, nhiệt dung riêng và độ dẫn nhiệt của vật liệu chính

[Loại tia hồng ngoại]

Tia hồng ngoại là sóng điện từ có bước sóng dài hơn ánh sáng đỏ và ngắn hơn sóng vô tuyến có bước sóng milimet, có bước sóng khoảng 0,7μm – 1000μm.
Tia hồng ngoại được chia thành ba loại tùy theo bước sóng: hồng ngoại gần, Hồng ngoại giữa và hồng ngoại xa.
Hoặc, nó được chia thành hai phần, cận hồng ngoại gần và hồng ngoại xa, ở mức 3 μm.
Mỗi phân loại bước sóng hơi khác nhau tùy thuộc vào các hiệp hội và hiệp hội học thuật.

[Hồng ngoại gần]

Hồng ngoại gần là sóng điện từ có bước sóng khoảng 0,7 – 2,5 μm, gần với phổ nhìn thấy được.
Vì nó có các đặc tính tương tự như ánh sáng khả kiến ​​nên nó được sử dụng làm “ánh sáng vô hình” trong camera hồng ngoại, liên lạc hồng ngoại và điều khiển từ xa cho các thiết bị gia dụng.

[Hồng ngoại giữa]

Hồng ngoại giữa là sóng điện từ có bước sóng khoảng 2,5 – 4 μm (2,5-10 μm trong lĩnh vực thiên văn) và đôi khi được phân loại là một phần của hồng ngoại gần

[Hồng ngoại xa]

Hồng ngoại xa là sóng điện từ có bước sóng khoảng 4 – 1000 μm (3 – 1000 μm theo Hiệp hội Hồng ngoại Xa) và có các tính chất tương tự như sóng vô tuyến.
Tia hồng ngoại luôn được phát ra từ các vật thể, hiện tượng này gọi là bức xạ vật đen, nhiệt độ của vật thể càng cao thì tia hồng ngoại phát ra càng mạnh và bước sóng cực đại của bức xạ tỷ lệ nghịch với nhiệt độ.
Bước sóng cực đại của tia hồng ngoại phát ra từ một vật thể ở nhiệt độ phòng 20oC là khoảng 10μm.

[Mục lục khoa học về tia hồng ngoại ]

1. Khám phá tia hồng ngoại
2. Tia hồng ngoại là gì?
3. Loại tia hồng ngoại
4. Sưởi ấm là gì?
5. Bốn định luật cơ bản của bức xạ
6. Tốc độ hấp thụ tia hồng ngoại xa
7. Phát tia hồng ngoại xa
8. So sánh tia hồng ngoại xa và tia hồng ngoại gần
9. Những lưu ý khi sử dụng tia hồng ngoại xa (Q&A)
10. Khối lượng riêng, nhiệt dung riêng và độ dẫn nhiệt của vật liệu chính

Ánh sáng không nhìn thấy được bằng mắt thường nhưng có khả năng làm nóng mọi vật được gọi là “hồng ngoại” vì nó tồn tại “bên ngoài màu đỏ.”
Tia hồng ngoại là “sóng điện từ” như “tia X”, “Tia tử ngoại”, “Phổ nhìn thấy được”, “Vi ba” và “sóng vô tuyến”.

Sóng điện từ là sóng được hình thành do sự thay đổi của điện trường và từ trường trong không gian.
Điện trường và từ trường luân phiên sinh ra lẫn nhau thông qua cảm ứng điện từ, tạo ra trạng thái trong đó không gian tự dao động, sự dao động tuần hoàn này của điện từ trường lan truyền trong không gian xung quanh dưới dạng sóng ngang, tạo ra năng lượng, là một loại hiện tượng bức xạ.
Vì vậy, nó còn được gọi là bức xạ điện từ.
Bởi vì bản thân không gian dao động với năng lượng, người ta cho rằng sóng có thể lan truyền ngay cả trong chân không, nơi không có vật chất (môi trường) để truyền sóng.
Các hướng rung động được tạo ra bởi điện trường và từ trường của sóng điện từ vuông góc với nhau và hướng truyền của sóng điện từ cũng vuông góc với hướng này.
Về cơ bản, nó truyền thẳng trong không gian và các hiện tượng như hấp thụ, khúc xạ, tán xạ, nhiễu xạ, giao thoa và phản xạ xảy ra trong không gian nơi vật chất tồn tại.
Người ta cũng quan sát thấy hướng di chuyển bị bẻ cong do sự biến dạng không gian như trường hấp dẫn.

Tốc độ truyền sóng điện từ trong chân không có giá trị không đổi là 299.792.458 m/s (xấp xỉ 300.000 km/s) bất kể hướng và tốc độ của người quan sát, đã được xác nhận bằng nhiều thí nghiệm khác nhau nên gọi là tốc độ ánh sáng. trong chân không và là một trong những hằng số vật lý quan trọng nhất.
Dựa trên nguyên lý không đổi của tốc độ ánh sáng, Einstein đã xây dựng nên thuyết tương đối đặc biệt, lý thuyết này đã thay đổi hoàn toàn khái niệm về thời gian và không gian.
Tốc độ của sóng điện từ truyền qua một chất (môi trường) là tốc độ ánh sáng trong chân không chia cho chiết suất của chất đó, bằng khoảng 41% tốc độ ánh sáng.
Khúc xạ xảy ra theo nguyên lý Huygens vì tốc độ truyền thay đổi khi sóng điện từ truyền qua ranh giới các vật liệu có chiết suất khác nhau. Ống kính sử dụng điều này.
Lưu ý rằng chiết suất của một chất thường thay đổi theo bước sóng của sóng điện từ và hiện tượng này gọi là sự tán sắc.
Sở dĩ cầu vồng có bảy màu là vì khi ánh sáng mặt trời xuyên qua những giọt nước nhỏ như sương mù, ánh sáng tím có bước sóng ngắn bị khúc xạ nhiều hơn ánh sáng đỏ có bước sóng dài do bị tán sắc.
Tính chất của sóng điện từ được xác định bởi bước sóng, biên độ (cường độ của trường điện từ bằng bình phương biên độ), hướng truyền, mặt phẳng phân cực (phân cực) và pha.
Theo thứ tự bước sóng giảm dần, chúng được phân loại thành tia gamma, tia X, tia tử ngoại, phổ nhìn thấy được, tia hồng ngoại và sóng vô tuyến.
Ánh sáng khả kiến ​​(0,4μm – 0,7μm) là một phạm vi sóng điện từ cực kỳ hẹp.
Quá trình khám phá khác nhau tùy thuộc vào “bước sóng” và sự hiểu biết có hệ thống mà chúng ta có ngày nay dựa trên
Max Karl Ernst Ludwig Planck (nhà vật lý người Đức 23 tháng 4 năm 1858 – 4 tháng 10 năm 1947) đã sáng tạo ra thuyết lượng tử.

[Mục lục khoa học về tia hồng ngoại ]

1. Khám phá tia hồng ngoại
2. Tia hồng ngoại là gì?
3. Loại tia hồng ngoại
4. Sưởi ấm là gì?
5. Bốn định luật cơ bản của bức xạ
6. Tốc độ hấp thụ tia hồng ngoại xa
7. Phát tia hồng ngoại xa
8. So sánh tia hồng ngoại xa và tia hồng ngoại gần
9. Những lưu ý khi sử dụng tia hồng ngoại xa (Q&A)
10. Khối lượng riêng, nhiệt dung riêng và độ dẫn nhiệt của vật liệu chính

[Mục lục khoa học về tia hồng ngoại ]

1. Khám phá tia hồng ngoại
2. Tia hồng ngoại là gì?
3. Loại tia hồng ngoại
4. Sưởi ấm là gì?
5. Bốn định luật cơ bản của bức xạ
6. Tốc độ hấp thụ tia hồng ngoại xa
7. Phát tia hồng ngoại xa
8. So sánh tia hồng ngoại xa và tia hồng ngoại gần
9. Những lưu ý khi sử dụng tia hồng ngoại xa (Q&A)
10. Khối lượng riêng, nhiệt dung riêng và độ dẫn nhiệt của vật liệu chính

Khoa học về tia hồng ngoại1 Khám phá tia hồng ngoại

Tia hồng ngoại được phát hiện bởi một thiên tài đa tài.

Ngài Frederick William Herschel

Hershel trong những năm cuối đời

Sơ đồ thí nghiệm của Herschel

Nhà vật lý người Đức Johann Wilhelm Ritter (1776-1810), lấy cảm hứng từ các thí nghiệm của Herschel, đã phát hiện ra tia cực tím vào năm 1801 bằng cách sử dụng bạc clorua, phản ứng với ánh sáng.