อินฟราเรด (Infrared เขียนย่อ IR บางครั้งเรียกว่าแสงอินฟราเรด) เป็นรังสีแม่เหล็กไฟฟ้า (EMR) ที่มีความยาวคลื่นยาวกว่าแสงที่มองเห็นได้แต่สั้นกว่าไมโครเวฟ แถบสเปกตรัมอินฟราเรดเริ่มต้นด้วยคลื่นที่ยาวกว่าแสงสีแดง (คลื่นที่ยาวที่สุดในสเปกตรัมที่มองเห็นได้)
แม้จะมองไม่เห็น แต่รังสีอินฟราเรดก็มีบทบาทสำคัญในชีวิตประจำวันของเรา โดยมีอิทธิพลต่อทุกสิ่งตั้งแต่รีโมทคอนโทรลไปจนถึงการถ่ายภาพทางการแพทย์
ดังนั้น Infrared จึงไม่สามารถมองเห็นได้ด้วยตาเปล่า โดยทั่วไปแล้ว IR จะประกอบด้วยความยาวคลื่นตั้งแต่ประมาณ 750 นาโนเมตร (400 THz) ถึง 1 มม. (300 GHz)
โดยทั่วไปแล้ว Infrared เป็นรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าชนิดหนึ่งซึ่งมีพลังงานและโมเมนตัม สร้างแรงกดดันในการแผ่รังสี และมีสมบัติที่สอดคล้องกับทั้งคุณสมบัติของคลื่นและอนุภาค หรือที่เรียกว่าโฟตอน ในบทความนี้ เราจะมาสำรวจว่ารังสีอินฟราเรดคืออะไร คุณสมบัติของรังสีอินฟราเรด และการประยุกต์ใช้ในวงกว้าง
ความร้อนและรังสีอินฟราเรด
รังสีอินฟราเรดเป็นที่รู้จักกันทั่วไปว่า “รังสีความร้อน” แต่แสงและคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความถี่ใดๆ ก็ตามจะทำให้พื้นผิวที่ดูดซับรังสีเหล่านี้ร้อนขึ้น แสงอินฟราเรดจากดวงอาทิตย์คิดเป็น 49% ของความร้อนบนโลก ส่วนที่เหลือเกิดจากแสงที่มองเห็นได้ซึ่งถูกดูดซับแล้วแผ่รังสีซ้ำด้วยความยาวคลื่นที่ยาวขึ้น
ความร้อนคือพลังงานที่เคลื่อนผ่านซึ่งไหลเนื่องจากความแตกต่างของอุณหภูมิ ซึ่งแตกต่างจากความร้อนที่ส่งผ่านโดยการนำความร้อนหรือการพาความร้อน รังสีความร้อนสามารถแพร่กระจายผ่านสุญญากาศได้ รังสีความร้อนมีลักษณะเฉพาะคือมีสเปกตรัมเฉพาะที่มีความยาวคลื่นหลายแบบซึ่งสัมพันธ์กับการแผ่รังสีจากวัตถุ
โดยสรุปวัตถุทั้งหมดจะปล่อยรังสีอินฟราเรดออกมาตามอุณหภูมิ ยิ่งวัตถุร้อนมากเท่าไร ก็จะยิ่งปล่อยรังสีอินฟราเรดออกมามากเท่านั้น หลักการนี้ทำให้เทอร์โมมิเตอร์อินฟราเรดสามารถวัดอุณหภูมิได้โดยไม่ต้องสัมผัสโดยตรง ทำให้เป็นเครื่องมือที่มีประโยชน์ในหลายสาขา
การแผ่รังสี
การแผ่รังสีเป็นการวัดประสิทธิภาพของวัตถุที่แผ่รังสีอินฟราเรดเมื่อเทียบกับวัตถุดำสนิท จะแสดงเป็นค่าระหว่าง 0 ถึง 1 วัสดุต่างชนิดกันจะมีค่าการแผ่รังสีต่างกัน ซึ่งอาจส่งผลต่อความแม่นยำของการวัดอินฟราเรดได้ ตัวอย่างเช่น ผิวหนังของมนุษย์มีค่าการแผ่รังสีสูง ในขณะที่โลหะมันวาวมีค่าการแผ่รังสีต่ำ
การแผ่รังสีความร้อนครอบคลุมรูปแบบต่างๆ ของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าที่ปล่อยออกมาจากวัตถุผ่านกระบวนการแผ่รังสีความร้อน ซึ่งเป็นกระบวนการที่อะตอมและโมเลกุลที่ประกอบเป็นวัตถุจะกระแทกกันแบบสุ่มตามอุณหภูมิของวัตถุ และแผ่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าออกมาเป็นผล การแผ่รังสีความร้อนยังเรียกอีกอย่างว่าความร้อนจากการแผ่รังสี
วัตถุทั้งหมดที่สร้างจากอะตอมจะแผ่รังสีความร้อนออกมาเสมอ ยิ่งวัตถุร้อนขึ้นเท่าไร รังสีความร้อนที่วัตถุแผ่ก็จะยิ่งแผ่ออกมามากขึ้นเท่านั้น นอกจากนี้ ยิ่งวัตถุร้อนขึ้นเท่าไร สเปกตรัมของรังสีความร้อนที่วัตถุแผ่ออกมาก็จะขยายออกมากขึ้นเท่านั้น
การใช้งานรังสีอินฟราเรดในปัจจุบัน
1. การถ่ายภาพทางการแพทย์
รังสีอินฟราเรดถูกใช้กันอย่างแพร่หลายในการถ่ายภาพทางการแพทย์ โดยเฉพาะในการถ่ายภาพความร้อน กล้องอินฟราเรดตรวจจับความร้อนที่ร่างกายปล่อยออกมา ทำให้ได้ภาพที่สามารถเผยให้เห็นอาการอักเสบ การไหลเวียนของเลือดไม่ดี หรือการเจริญเติบโตที่ผิดปกติ เทคนิคที่ไม่รุกรานนี้มีประโยชน์ในการวินิจฉัยภาวะต่างๆ
2. การมองเห็นในเวลากลางคืน
เทคโนโลยีการมองเห็นในเวลากลางคืนอาศัยรังสีอินฟราเรดเพื่อให้สามารถมองเห็นได้ในสภาพแสงน้อย กล้องอินฟราเรดสามารถตรวจจับความร้อนที่วัตถุปล่อยออกมา ทำให้สร้างภาพได้แม้ในที่มืดสนิท เทคโนโลยีนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับปฏิบัติการทางทหาร ความปลอดภัย และการสังเกตสัตว์ป่า
3. รีโมตคอนโทรล
การประยุกต์ใช้รังสีอินฟราเรดที่พบมากที่สุดอย่างหนึ่งคือในรีโมตคอนโทรลสำหรับโทรทัศน์ เครื่องปรับอากาศ และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์อื่นๆ หลอด LED อินฟราเรดในรีโมตคอนโทรลจะปล่อยพัลส์แสงอินฟราเรด ซึ่งเครื่องรับในอุปกรณ์จะตรวจจับได้ ทำให้คุณเปลี่ยนช่องหรือปรับการตั้งค่าได้
4. ดาราศาสตร์
ดาราศาสตร์อินฟราเรดเกี่ยวข้องกับการศึกษาเกี่ยวกับวัตถุท้องฟ้าโดยใช้รังสีอินฟราเรด วัตถุจำนวนมากในอวกาศ เช่น ดวงดาวและกาแล็กซี ปล่อยรังสีอินฟราเรดในปริมาณมาก การสังเกตการแผ่รังสีเหล่านี้ทำให้นักดาราศาสตร์สามารถศึกษาปรากฏการณ์ที่ไม่สามารถมองเห็นได้ในความยาวคลื่นอื่นๆ
5. การถ่ายภาพความร้อน
รังสีอินฟราเรดยังใช้ในการถ่ายภาพความร้อนเพื่อตรวจจับรูปแบบความร้อน เทคโนโลยีนี้ใช้กันอย่างแพร่หลายในการตรวจสอบอาคารเพื่อค้นหารอยรั่วของความร้อน ในการดับเพลิงเพื่อค้นหาจุดที่มีความร้อนสูง และในการใช้งานอุตสาหกรรมต่างๆ เพื่อตรวจสอบอุปกรณ์
บทสรุป
รังสีอินฟราเรดเป็นส่วนสำคัญของสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้าซึ่งมีการใช้งานในวงกว้างในด้านเทคโนโลยี การแพทย์ และวิทยาศาสตร์
การทำความเข้าใจหลักการของรังสีอินฟราเรดและการใช้งานในทางปฏิบัติจะช่วยให้คุณเข้าใจแสงที่มองไม่เห็นซึ่งมีบทบาทสำคัญในโลกของเราได้ ไม่ว่าคุณจะใช้เทอร์โมมิเตอร์อินฟราเรด เพลิดเพลินกับอุปกรณ์มองเห็นตอนกลางคืน หรือใช้งานรีโมทคอนโทรล คุณก็ได้รับประโยชน์จากคุณสมบัติอันน่าทึ่งของรังสีอินฟราเรด