อินฟราเรดคืออะไร

อินฟราเรดคือรังสีอินฟราเรด (IR) บางครั้งเรียกง่ายๆ ว่าอินฟราเรดเป็นพื้นที่ของสเปกตรัมการแผ่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความยาวคลื่นตั้งแต่ประมาณ 700 นาโนเมตร (นาโนเมตร) ถึง 1 มิลลิเมตร (มม.) คลื่นอินฟราเรดยาวกว่าคลื่นแสงที่มองเห็นได้ แต่สั้นกว่าคลื่นวิทยุ ในทำนองเดียวกันความถี่ของ IR สูงกว่าไมโครเวฟ แต่ต่ำกว่าของแสงที่มองเห็นได้ตั้งแต่ประมาณ 300 GHz ถึง 400 THz

ตามนุษย์มองไม่เห็นแสงอินฟราเรดแม้ว่าคลื่นอินฟราเรดที่ยาวกว่าจะรับรู้ได้ว่าเป็นความร้อน อย่างไรก็ตามมันมีลักษณะบางอย่างร่วมกับแสงที่มองเห็นได้นั่นคือแสงอินฟราเรดสามารถโฟกัสสะท้อนและโพลาไรซ์ได้

ประวัติการค้นพบรังสีอินฟราเรด

อินฟราเรดถูกค้นพบโดยนักดาราศาสตร์ชาวอังกฤษ เซอร์วิลเลียมเฮอร์เชลในปี 1800 (พศ 2343) เฮอร์เชลรู้ดีว่าแสงแดดสามารถแยกออกเป็นส่วนต่างๆ ซึ่งเป็นขั้นตอนที่ทำได้โดยการหักเหแสงผ่านปริซึมแก้ว จากนั้นเขาก็วัดอุณหภูมิของสีต่างๆ ที่ถูกสร้างขึ้น เขาพบว่าอุณหภูมิเพิ่มขึ้นเมื่อสีเริ่มต้นจากแสงสีม่วงสีฟ้าสีเขียวสีเหลืองสีส้มและสีแดง จากนั้นเฮอร์เชลก็ก้าวไปอีกขั้นโดยวัดอุณหภูมิในส่วนที่อยู่นอกเหนือพื้นที่สีแดง ที่นั่นคือย่านของอินฟราเรดเขาพบว่ามีอุณหภูมิสูงที่สุด

การแผ่รังสีความร้อน

การแผ่รังสีอินฟราเรดเป็นที่รู้จักกันแพร่หลายว่าเป็น “การแผ่รังสีความร้อน” แต่คลื่นแสงและคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าทุกความถี่จะทำให้พื้นผิวที่ดูดซับความร้อนนั้นร้อน แสงอินฟราเรดจากดวงอาทิตย์คิดเป็น 49% ของความร้อนของโลก ส่วนที่เหลือเกิดจากแสงที่มองเห็นได้ซึ่งถูกดูดกลืนแล้วแผ่รังสีอีกครั้งที่ความยาวคลื่นที่ยาวกว่า

แสงที่มองเห็นได้หรือเลเซอร์ที่เปล่งรังสีอัลตราไวโอเลตสามารถดึงกระดาษและวัตถุที่ร้อนจากหลอดไฟฟ้าปล่อยรังสีที่มองเห็นได้ วัตถุที่อุณหภูมิห้องจะปล่อยรังสีที่มีความเข้มข้นเป็นส่วนใหญ่ในแถบความถี่ 8 ถึง 25 µm แต่สิ่งนี้ไม่แตกต่างจากการเปล่งแสงที่มองเห็นโดยวัตถุเรืองแสงและรังสีอัลตราไวโอเลตโดยวัตถุที่ร้อนกว่า

ความร้อนคือพลังงานระหว่างการขนส่งที่ไหลเนื่องจากความแตกต่างของอุณหภูมิ แตกต่างจากความร้อนที่ส่งผ่านโดยการนำความร้อนหรือการพาความร้อน การแผ่รังสีความร้อนสามารถแพร่กระจายผ่านสุญญากาศได้ การแผ่รังสีความร้อนมีลักษณะเฉพาะด้วยสเปกตรัมเฉพาะของความยาวคลื่นจำนวนมากที่เกี่ยวข้องกับการแผ่รังสีจากวัตถุเนื่องจากการสั่นสะเทือนของโมเลกุลที่อุณหภูมิที่กำหนด

รังสีความร้อนสามารถถูกปล่อยออกมาจากวัตถุที่ความยาวคลื่นใดก็ได้ และที่อุณหภูมิสูงมาก การแผ่รังสีดังกล่าวจะสัมพันธ์กับสเปกตรัมที่อยู่เหนืออินฟราเรด ซึ่งขยายไปสู่บริเวณที่มองเห็นได้ รังสีอัลตราไวโอเลต หรือแม้แต่บริเวณรังสีเอกซ์ (เช่น โคโรนาสุริยะ) ดังนั้น ความสัมพันธ์ที่ได้รับความนิยมของรังสีอินฟราเรดกับรังสีความร้อนจึงเป็นเพียงเรื่องบังเอิญโดยอิงจากอุณหภูมิปกติ (ค่อนข้างต่ำ) ที่มักพบใกล้พื้นผิวโลก

แนวคิดเรื่องการแผ่รังสีมีความสำคัญในการทำความเข้าใจการปล่อยรังสีอินฟราเรดของวัตถุ นี่คือคุณสมบัติของพื้นผิวที่อธิบายว่าการปล่อยความร้อนเบี่ยงเบนไปจากแนวคิดเรื่องวัตถุสีดำอย่างไร

เทคโนโลยีของอินฟราเรด

โดยปกติตาของมนุษย์เราถูกจำกัดการมองเห็นไว้ที่สเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้าเพียงส่วนน้อยมาก พลังงานความร้อนมีความยาวคลื่นยาวกว่าแสงที่มองเห็นได้มาก นานมากแล้วที่ตามนุษย์มองไม่เห็นเหมือนกับที่เรามองไม่เห็นคลื่นวิทยุ

ด้วยการถ่ายภาพความร้อนส่วนของสเปกตรัมที่เรารับรู้จะขยายออกอย่างมากช่วยให้เรา “เห็น” และ “วัด” พลังงานความร้อนที่ปล่อยออกมาจากวัตถุ ไม่เหมือนกับแสงที่มองเห็นได้ในโลกอินฟราเรดทุกสิ่งที่มีอุณหภูมิสูงกว่าศูนย์สัมบูรณ์จะปล่อยความร้อนออกมา แม้แต่วัตถุที่เย็นมากเช่นก้อนน้ำแข็งก็ยังปล่อยรังสีอินฟราเรด และแสงที่มองเห็นจะไม่ส่งผลกระทบต่อโลกแห่งความร้อนดังนั้นคุณจึงสามารถมองเห็นได้ดีเท่าๆ กันในสภาพแวดล้อมที่มีแสงสูงและมืด

ปัจจุบันมีการนำเทคโนโลยีด้านอินฟราเรดมาใช้งานอย่างกว้างขวางได้แก่เครื่องวัดอุณหภูมิอินฟราเรด กล้องถ่ายภาพความร้อน กล้องมองกลางคืน ซึ่งมีการใช้งานกันมากในอุตสาหกรรมและครัวเรือน

กล้องถ่ายภาพความร้อน (Thermal imaging camera)

การถ่ายภาพความร้อนเป็นข้อมูลเกี่ยวกับการแปลงแสงอินฟราเรดเป็นสัญญาณไฟฟ้าและสร้างภาพโดยใช้ข้อมูลดังกล่าว เทคโนโลยีนี้ได้รับการปฏิวัติในเวลานั้น แต่ก็ใช้กันทั่วไปในปัจจุบัน แต่อุปกรณ์เหล่านี้จะจัดการจับข้อมูล

กล้องถ่ายภาพความร้อนช่วยให้ผู้คนมองเห็นสิ่งที่ดวงตาของพวกเขาทำไม่ได้นั่นคือการแผ่รังสีความร้อนที่มองไม่เห็นซึ่งปล่อยออกมาหรือสะท้อนจากวัตถุทั้งหมดโดยไม่คำนึงถึงสภาพแสง ประโยชน์สูงสุด

เทคโนโลยีการถ่ายภาพความร้อนถูกนำไปใช้ในการใช้งานที่หลากหลายในหลายภาคอุตสาหกรรม มีประโยชน์ที่ไม่สิ้นสุดของการใช้การถ่ายภาพความร้อนเช่นในการบำรุงรักษาเครื่องจักรกลและการตรวจสอบสภาพความร้อนในระบบไฟฟ้า การตรวจสอบการรั่วของน้ำในผนังหรือกำแพง

เครื่องวัดอุณหภูมิอินฟราเรด (Infrared Thermometer)

เครื่องวัดอุณหภูมิอินฟาเรดคือเทอร์โมมิเตอร์ที่มีเซ็นเซอร์ประกอบด้วยเลนส์เพื่อโฟกัสพลังงานอินฟราเรด (IR) ไปยังเครื่องตรวจจับซึ่งจะแปลงพลังงานเป็นสัญญาณไฟฟ้าที่สามารถแสดงเป็นหน่วยของอุณหภูมิหลังจากได้รับการชดเชยสำหรับการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิโดยรอบ

การกำหนดค่านี้เครื่องวัดอุณหภูมิอินฟราเรดคือเซ็นเซอร์ที่ประกอบด้วยเลนส์เพื่อโฟกัสพลังงานอินฟราเรด (IR) ไปยังเครื่องตรวจจับซึ่งจะแปลงพลังงานเป็นสัญญาณไฟฟ้าที่สามารถแสดงเป็นหน่วยของอุณหภูมิหลังจากได้รับการชดเชยสำหรับการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิโดยรอบ

เครื่องมือนี้ช่วยอำนวยความสะดวกในการวัดอุณหภูมิจากระยะไกลโดยไม่ต้องสัมผัสกับวัตถุที่จะวัด (การวัดอุณหภูมิแบบไม่สัมผัส) ด้วยเหตุนี้เทอร์โมมิเตอร์อินฟราเรดจึงมีประโยชน์ในการวัดอุณหภูมิภายใต้สถานการณ์ที่ไม่สามารถใช้เทอร์โมคัปเปิลหรือเซ็นเซอร์ประเภทหัววัดอื่นๆ ได้