طیف الکترومغناطیسی (بیناب الکترو مغناطیس) تابش الکترو مغناطیس در زندگی: در مبحث اپتیک بیشتر بررسی ها در ناحیه نور مرئی است در صورتیکه نور در داخل طیف الکترو مغناطیسی جا گرفته و خواص و محاسبات آن تمام گسترده طول موجی را شامل می شود امّا در الکترومغناطیس شاید تا به حال پرتو های ایکس (X) ، پرتوهای گاما (γ) ، پرتو های کیهانی ، موج رادیویی ، امواج تلویزیونی ، امواج ماکرو ویو و...به گوشتان خورده است. در چنین حالتی می خواهید بدانیدکه .... اشعه ایکس چی هست؟ مکانیزم عمل عکس برداری ها و رادیو لوژی چیست؟ با تابش ایکس و گاما و ...چگونه عکس می گیرند؟ چرا فقط عکس استخوانها می افتد؟ اموج رادیویی چیست و سرعت آن چقدر است؟ فرستنده و گیرنده رادیویی چگونه کار می کنند و یا ساخته می شوند؟ انتقال نور و تصویر در امواج تلویزیونی مشاهده و دریافت تصویر از آن چگونه صورت می گیرد؟ ماهواره ها چگونه کار می کنند؟ برای چه پشت بام آنتن گذاشته ایم ؟ و هزاران پدیده دیگر....... کاربرد و بررسی طول موج های مختلف طیف الکترومغناطیسی: در حالت کلی بایستی چگونگی بازتاب ها و شکست ها از مرز های مختلف هادی ها و عایق ها و مواد قطبی و مواد غیر قطبی و....و چگونگی عبور تابش از آزمایش‌های مربوط به هوا و روش های تمرکز پرتو ها ، روش های انتشار و چگونگی انتشار و ماهیت امواج الکترو مغناطیسی و چگونه تولید می شوند و قوانین حاکم بر آن را بدانیم. امّا باید بدانیم در تمام ناحیه الکترو مغناطیسی تمامی دستگاه ها نمی توانند، کارایی خوبی داشته باشند. و اکثر سیستم های کاربردی محدود به ناحیه خاصی از این گسترده طول موجی می باشند. مثلا سیستم رادیو فقط ناحیه موج رادیویی را پوشش می دهد . دوربین های مادون قرمز برای این ناحیه ساخته شده اند و برخی ناسازگاری هایی از قبیل اینکه ناحیه پرتو ایکس هیج ماده ای با توان شکست ثابت برای ساختن عدسی وجود ندارد زیرا اشعه ایکس از شیشه نمی تواند عبور کند بر خلاف نور مرئی که راحت عبور می کند لذا برای هر نوع تمرکز و تصویر در گستره اشعه ایکس از آینه استفاده می کنند. نحوه تولید امواج الکترو مغناطیسی: جسم سیاه که با نظریه مکانیک کوانتومی توضیح داده می شود تمام ناحیه طول موجی بیناب الکترو مغناطیسی راتولید می کند«نشر) و بر عکس کلیه طول موج هایش را جذب می کند اکثر لامپ ها ی تخلیه الکتریکی ناحیه خاصی را ایجاد می کند. مواد رادیواکتیو با تشعشع هسته ای پرتوهای ایکس و پرتوهای گاما را شامل هستند.تحریکات اتمی بیشتر ناحیه مرئی را شامل می شوند. تحریکات داخلی اتمی به پرتو های ایکس منجر می شوند رشته های تنگستن برای نورهای مرئی مناسبند. در تخلیه های الکتریکی دریک گاز، نظیر لوله منور لامپ های نئونی ، یک سری از طول موج های گسسته گسیل (نشر) می کندوقتی نور حاصل از لامپ هیدروژن را به یک منشور منتقل نماییم خطوط طیفی اتم هیدروژن به طول موج های اصلی خود تجزیه می گردد و با رنگ های مختلف نمایان می گردد. اصطلاح خط طیفی به خاطر پایداری طول موج های خاص تولید آن طول موج های اصلی در هر گستره طول موجی به نور های آن سیستم استفاده شده است. لامپ سدیم:چراغ های خیابان نیز از آن است طیف زرد رنگی دارد که گسیل اصلی آْن در دو طول موج 589 و 590 نانو متر صورت می گیرد طیف اتم هیدروژن نه تنها از تحریک اتمی آن مشاهده شده که خطوط طیفی گسسته ای دارد و برخی رنگ ها از قبیل (نیلی و سبز و زرد و آبی و ....) را شامل می شود بوسیله طیف خورشید نیز دیده می شود. این خطوط توسط دانشمندان خورشید شناسی از جمله جوزف فرانهوفر(Joseph Von Fraungofer) با حروف الفبا علامت گذاری شده اند،مثلا خط D سدیم و.... با اختراع ««لیزر ))(Laser)، اکنون وجود دارند که می توان خروجی های قوی در یک طول موج منفرد تولید کنند.ما در طبیعت طیف گسسته، منفرد نداریم مثلا برای نور زرد یک گستره طول موجی حدودآ 0.6 نانومتر داریم. چشمه های طبیعی: خورشید و ستارگان که ناحیه مرئی را پوشش می دهند. مواد رادیواکتیو طبیعی ( گسیلنده پرتوهای ایکس و گاما) مانند کبالت (Co- 60)و اورانیوم(U-137) و ... که ناحیه ایکس و گاما را شامل می شوند. پرتو های کیهانی که از فضای یونسفر خارج ازجو زمین می آیند. پرتو های مادون قرمز و فرو سرخ و ماورای بنفش که از خورشید و ستارگان ایجاد می کردند. برخی مولکولهای ویژه دو ساختاری یا چند ساختاری که ناحیه های لیزری و میزری را دارند، مانند آمونیاک، یاقوت و .... چشمه های مصنوعی: انواع لامپ ها که مکانیزم های قوس های الکتریکی و تخلیه های الکتریکی و ... را دارند مانند لامپ فلاش ،لامپ سدیم و ... کاواک های جسم سیاه : شاید تا به حال دیده باشید که وقتی آهن را گرم می کنیم ازخود نور تابش می کند. لیزر ها که از موادفعالی مانند یاقوت (نئودنیوم یق ND:YAG) و... که در طیف های گسترده یا طول موج های منفردبصورت پالسی یا گسترده ساخته می شوند. میزرها(Masers) که ناحیه طول موجی ماکروویو را می پوشانند. مانند میزرهای آمونیاک و... اشعه مادون قرمز یا فرو سرخ ، انرژی الکترومغناطیسی است که برای چشم انسان نامرئی است و در طیف الکترومغناطیسی ، بین امواج رادیویی و نور مرئی قرار دارد و با سطوح انرژی اتمی ارتباط دارد. این اشعه که در نور خورشید و منابع مصنوعی وجود دارد، اگر توسط ماده جذب شود، آن را گرم می‌کند.

گسترده اشعه مادون قرمز

• طول موجهای بین 0.8 میکرومتر تا 4 میکرومتر.
  
  
• طول موجهای بلندتر از 4 میکرومتر که اغلب بوسیله مواد جذب می‌شوند، بخصوص طول موجهای بلندتر از 10 میکرومتر بوسیله هوا کاملا جذب می‌شوند.

جذب اشعه مادون قرمز

• آب یکی از مواد خیلی جاذب اشعه مادون قرمز است. محلول نمک طعام در حدود 20 برابر آب خالص اشعه را جذب می‌کند.
  
  
• شیشه معمولی برای اشعه مادون قرمز بلند به کلی غیر قابل نفوذ است و مورد استفاده آن در ساختن گلخانه‌ها برای حفظ گلها از سرما به سبب همین خاصیت است.

منابع اشعه مادون قرمز

منبع طبیعی

بزرگترین منبع طبیعی اشعه مادون قرمز ، خورشید است. مقداری از نور آفتاب که به ما می‌رسد، دارای اشعه مادون قرمز کوتاه است، زیرا پرتوهای مادون قرمز بلند آن در طبقات هوا جذب شده‌اند.

منبع مصنوعی

• اجسام ملتهب
  
  بهترین منبع مصنوعی برای اشعه مادون قرمز ، اجسام ملتهب می‌باشند که طول موج آنها بر حسب درجه حرارت تغییر می‌کند. اگر بخواهیم اشعه مادون قرمز تنها داشته باشیم، باید نور این قبیل منابع مصنوعی را بوسیله شیشه‌هایی که در ترکیب آنها ید و یا اکسید منگنز دو (MnO) وجود دارد، صاف کنیم. این نوع صافیها طیف مرئی را جذب می‌کند و فقط اشعه مادون قرمز کوتاه را عبور می‌دهند.
  
  
• عبور حریان الکتریکی از مقاومتها
  
  روش دیگر که سهل و عملی است، عبور جریان الکتریکی از مقاوتهای فلزی است، بطوری که این مقاوتها سرخ می‌شوند. این مقاومتها غالبا از آلیاژهای آهن و نیکل ساخته شده‌اند.
  
  
• چراغ با مفتول زغال چراغهایی که مفتول آنها از زغال چوب ساخته شده است، نیز به نسبت زیاد اشعه مادون قرمز دارند. در این چراغ نسبت اشعه کوتاه بین 1 میکرومتر و 7 میکرومتر خیلی کم ، ولی نسبت اشعه مادون قرمز بلند آن زیاد است.
  
  
• چراغ بخار جیوه چراغ بخار جیوه نیز ، اشعه مادون قرمز با طول موج کوتاه بین 0.92 میکرومتر و 1.3 میکرومتر تولید می‌کند، ولی نسبت اشعه حاصله نسبت به سایر منابع کمتر است.

اندازه گیری اشعه مادون قرمز

برای اندازه گیری اشعه مادون قرمز از جذب انرژی حرارتی آن استفاده می‌نمایند، یعنی این اشعه را به جسمی می‌تابانند که بتواند کلیه انرژی را جذب کند و سپس مقدار حرارتی را که در جسم مزبور تولید گشته ، اندازه می‌گیرند.

• پیل ترموالکتریکی : وسیله دقیق دیگر برای اندازه گیری اشعه مادون قرمز ، استفاده از پیل ترموالکتریک می‌باشد که در آن انرژی حرارتی تبدیل به انرژی الکتریکی می‌شود و به سهولت قابل اندازه گیری است.
  
  
• سوزن ترموالکتریک : برای اندازه گیری درجه حرارت در داخل نسوج زنده از دستگاهی به نام سوزن ترموالکتریک استفاده می‌کنند.

خواص فیزیولوژیکی اشعه مادون قرمز

• اشعه مادون قرمز سبب گرم شدن پوست و نسج سلولی زیر جلدی می‌شود.
  
• اشعه مادون قرمز ممکن است در پوست سوختگی‌های نسبتا شدیدی ایجاد نماید.
  
• اگر اشعه مادون قرمز را به مقدار مناسب بکار برند، در نتیجه اتساع رگهای زیر پوست ، سبب تسهیل اعمال فیزیولوژیک پوست می‌شود و حتی از راه عکس‌العمل پوستی در بهبودی حال عمومی ‌نیز می‌تواند موثر واقع شود.
  
• این اشعه خاصیت تسکین درد را نیز دارد که علت آن همان اتساع عروق و بهتر انجام گرفتن عمل رفع سموم و تغذیه بافتها است.

کاربرد اشعه مادون قرمز

• ترموگرافی
  
• طیف سنجی
  
• بالا بردن متابولیسم

دستگاه تولید اشعه مادون قرمز

دید کلی

اشعه مادون قرمز بخشی از طیف الکترومغناطیسی است که با سطوح انرژی اتمی ارتباط دارد. بطوری که وقتی این اشعه توسط ماده جذب شود، تولید آثار حرارتی می‌کند. محدوده طول موجهای مادون قرمز 0.78 تا 1000 میکرو متر است.

دستگاه غیر نورانی

نوع اول

نوع ساده آنها برای تولید امواج مادون قرمز شامل سیم پیچی است که به دور مواد عایقی نظیر خاک نسوز یا موادی از جنس چینی پیچیده شده است. این المانها شبیه همان المانهایی هستند که در اجاقهای الکتریکی وجود دارد. طرز کار این المانها به این شکل است که یک جریان الکتریکی از درون سیم عبور می‌کند و بر طبق قانون ژول تولید حرارت می‌نمایند. امواج مادون قرمز هم توسط سیم داغ و هم واسطه‌ای (خاک نسوز یا چینی) که به طریقه هدایت گرم شده است، انتشار می‌یابد. ممکن است در این المانها علاوه بر تولید امواج فرو سرخ ، اندکی امواج مرئی نیز تولید شوند و یا این که به واسطه داغ شدن سیمها المان اندکی قرمز رنگ بشود. این مساله نشان می‌دهد که این المانها کاملا غیر نورانی نیستند.

نوع دوم

ممکن است سیم پیچهایی را درون موادی از جنس خاک نسوز یا در پشت صفحاتی از همین جنس که با رنگ سیاه رنگین شده قرار داد. بدین طریق کلیه امواج فرو سرخ از خاک نسوز گرم شده ساطح می‌گردد و به واسطه سیاه رنگ بودن آن میزان انتشار امواج مرئی نیز به حداقل می‌رسد.

نوع سوم

نوع سوم از ژنراتورهای نورانی وجود دارد که شامل یک لوله استیلی به قطر تقریبا 8 میلیمتر است که درون یک سیم مارپیچی قرار داده شده است. این سیم به دور یک سری مواد عایق الکتریکی که هدایت کننده خوبی برای گرما می‌باشند، پیچیده شده است. جریان الکتریکی از درون این سیم مارپیچی می‌گذرد و تولید حرارت می‌کند. این حرارت به واسطه ماده عایق الکتریکی به لوله استیلی می‌رسد و آن را گرم می‌کند. با گرم شدن این لوله استیل صدور امواج فروسرخ نیز آغاز می‌شود. این لوله استیلی دارای 2 یا 3 پیچ و خم خوردگی بزرگی می‌باشد و به طریقه مناسبی در درون یک منعکس کننده ، کار گذاشته شده است.

زمان لازم برای تولید اشعه مادون قرمز

همه المانهای نورانی از لحظه روشن شدن تا زمانی که تولید و تابش امواج فرو سرخ به حداکثر شدت برسند، محتاج صرف مدت زمان می‌باشد. المانهای نوع اول که امواج را مستقیما از سیم گرم شده صادر می‌نمودند، برای رسیدن به حداکثر شدت صدور امواج به 5 دقیقه صرف وقت از لحظه روشن نمودن دستگاه احتیاج دارند. این زمان برای دستگاههای دیگر طولانی تر می‌باشد و بسته به ساختمان دستگاه به 10 و یا حتی 15 د قیقه نیز خواهد رسید.

دستگاه نورانی

امواج صادره از ژنراتورهای نورانی بوسیله یک یا دو لامپ نئون تولید می‌گردند. هر لامپ نئون از یک فیلامان که در درون یک حباب شیشه‌ای قرار داده شده است، ساخته می‌شود. ممکن است در درون این لامپها ایجاد خلا بنمایند و یا ممکن است آنها را با گاز بی اثر در فشار اندک پر نمایند. فیلامانها سیم پیچی با رشته‌های بسیار نازک می‌باشند که از فلز تنگستن ساخته می‌شوند. فیلامان را در مجاورت هوا قرار نمی‌دهند. زیرا آن را اکسید می‌کند. در صورت وجود این اکسیداسیون ، موادی در دیواره این حباب رسوب می‌کند که پوشاننده اشعه هستند. عبور جریان الکتریکی از درون فیلامان سبب تولید امواج فرو سرخ ، نور مرئی و مقداری نیز امواج فرابنفش می‌گردد.