תת-אדום

קרינה תת-אדומה (אינפרא-אדום) היא קרינה אלקטרומגנטית שאורך הגל שלה ארוך יותר משל האור הנראה, אך קצר יותר מקרינת המיקרוגל. השם "אינפרה" בלטינית אומר "מתחת", כי התדר שלה נמצא מתחת לתדר של האור האדום. טווח אורכי הגל המקובל נע בערך מ-750 ננומטר עד כ-30,000 ננומטר (30 מיקרון).

כל עצם בטמפרטורה רגילה פולט קרינת תת-אדום. לפי חוק פלאנק (חוק פיזיקלי שמתאר פליטת חום מגופים), עצם חם פולט יותר קרינה. לכן מצלמות אינפרא-אדום עובדות היטב גם בלילה, כי הן קולטות חום ולא אור נראה. יש גם בעלי חיים, כמו נחשים, שמזהים קרינה תת-אדומה כדי לאתר טרף.

ויליאם הרשל גילה את הקרינה התת-אדומה ב-1800. הוא הכניס מדחום אחרי מנסרה שפיזרה אור לבן, וגילה עלייה בטמפרטורה גם מעבר לקצה האדום, שם לא רואים אור.

הספקטרום מחולק תת-תחומים על פי שימושים וטכנולוגיות. חלוקות מקובלות מתחשבות גם ב"חלונות" שבהם האוויר מעביר קרינה היטב.

הוועדה הבינלאומית לתאורה (CIE) מחלקת את התת-אדום לשלושה תחומים עיקריים, המשמשים בתעשייה ובמדע.

בחלק מאורכי הגל הקרינה עוברת מרחקים גדולים באטמוספירה. בחלקים אחרים היא נבלעת תוך מטרים בודדים. העברה תלויה במרחק ובמרכיבי האוויר, בעיקר בלחות ובתנאי ראות כמו ערפל או גשם.

הקרינה שנתופסת בגלאי היא סכום של פליטה עצמית מהעצם ושל קרינת סביבה המוחזרת ממנו. "פליטה עצמית" היא החום שהעצם פולט באמת.

למדוד את ההשפעה של פני השטח והחומר משתמשים בגודל שנקרא אמיסיביות (ε). אמיסיביות מתארת כמה טוב גוף פולט או בולע קרינה, ונעה בין 0 ל-1. עבור רוב החומרים הטבעיים הערך קרוב ל-1, כלומר הם פולטי חום טובים.

את עוצמת הקרינה אפשר לכתוב כך: I_tot = ε·I + (1-ε)·I_env. זאת אומרת, סך הקרינה שגלאי מקבל תלוי בפליטה העצמית ובבקיעת הסביבה.

בתחום מעל כ-3 מיקרון רוב הקרינה שמגיעה מהעצמים היא פליטה עצמית. לכן תמונה בתחום זה נקראת לעתים "תמונת חום". אצל רוב החומרים אמיסיביות גבוהה (לרוב מעל 0.9), כך שקרינה משקפת בעיקר את טמפרטורת העצם.

אפשר להמיר את הקרינות לטמפרטורות בקירוב: T_tot = ε·T + (1-ε)·T_env. זה נכון בטווח הטמפרטורות הרגיל סביבנו.

בתחום הקרוב לאינפרא-אדום, בתנאי חדר, רוב הקרינה הנקלטת היא השתקפות של אור הסביבה ולא פליטה עצמית. לכן תמונות קרובות לאינפרה אדום דומות לאור נראה, אבל עם הבדלים בין חומרים.

טורפים מסוימים משתמשים ביכולת לקלוט תת-אדום כדי לעקוב אחרי טרף בלילה או כשהטרף מוסתר.

גלאים נחלקים לשתי קבוצות עיקריות על פי עקרון הפעולה שלהם. איכות הגלאי נמדדת ברגישותו, שהיא הפרש הטמפרטורות המינימלי שהוא מבחין בו. מדד זה נקרא NETD (Noise Equivalent Temperature Difference). NETD נמוך יותר משמעותו רגישות גבוהה יותר.

מאפיין חשוב נוסף הוא זמן תגובה, גלאי טוב מתעדכן מהר.

קרינה תת-אדומה משמשת לצילום לילה, למערכות תקשורת מסוימות, לחימום וליישומים תעשייתיים ובטיחותיים.

זכוכית רגילה, וגם גלגל העין, אינם מעבירים אינפרה-אדום רחוק. חומרים המקלים על מעבר הקרינה כוללים גרמניום, יהלום, סולפיד אבץ (ZnS), סלניד אבץ (ZnSe) ואף מלח בישול (מלחי). עבור תת-אדום בינוני שקופים גם ספיר וספינל.

אינפרא-אדום הוא אור שאנו לא רואים. האור הזה ארוך יותר מהאור הנראה.

כל דבר חם פולט אינפרא-אדום. זה בעצם חום שיוצא ממנו. מצלמות חום רואות את הקרינה הזאת, ולכן הן עובדות גם בלילה.

במאה ה-19 ויליאם הרשל שם מדחום אחרי מנסרה. הוא גילה חימום גם במקום שלא רואים בו אור.

התת-אדום מתחלק לחלקים שונים לפי השימושים והכלים.

יש אורכי גל שעוברים רחוק באוויר. אחרים נבלעים מהר, במיוחד אם יש לחות או ערפל.

בתמונת חום רואים בעיקר את החום שהעצם מפיק בעצמו. תכונה חשובה נקראת אמיסיביות. אמיסיביות (זה מילה קשה) מסבירה כמה חומר פולט או בולע חום.

בתחום הזה תמונות מראות חום. בגוף חם רואים אזורים בהירים יותר.

בתחום הקרוב האור שהמצלמה רואה הוא לרוב אור שהשתקף מהסביבה, לא חום מהגוף.

חיות מסוימות, כמו נחשים, מזהות חום כדי למצוא טרף.

יש גלאים שמדודים חום. הם צריכים להיות רגישים ולממש מהר.

משתמשים באינפרא-אדום למצלמות לילה, לחימום וגם לתקשורת בין מכשירים.

יש חומרים מיוחדים שעוברים אינפרא-אדום. למשל גרמניום, יהלום ומלח.