รังสีอินฟราเรด

คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า รังสีอินฟราเรด จัดทำโดย นางสาวสุมินตรา จันทะรี เลขที่22 ชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 6 โรงเรียนชาติตระการวิทยา

คำนำ สมุดเล่มเล็กนี้จัดทำขึ้นเพื่อเป็นส่วนหนึ่งของรายวิชาฟิสิกส์ เพื่อให้ศึกษา หาความรู้ในเรื่องรังสีอินฟราเรด ความหมายของ อินฟราเรด ประโยชน์ของอินฟราเรด รังสีอินฟราเรดแบ่งตามช่วง ความยาวคลื่น การแผ่รังสีความร้อน กล้องถ่ายภาพความร้อนและ เครื่องวัดอุณหภูมิ และแบบฝึกหัดท้ายบทเพื่อให้ได้ศึกษาอย่างเข้าใจ และเป็นประโยชน์ต่อการศึกษา ผู้จัดทำหวังว่าการจัดทำสมุดเล่มเล็กเล่มนี้จะมีข้อมูลที่เป็น ประโยชน์ต่อผู้ที่ได้ศึกษา ผู้จัดทำ นางสาวสุมินตรา จันทะรี

สารบัญ รังสีอินฟราเรด หน้า 1.ความหมายของอินฟราเรด 2.ประโยชน์ของอินฟราเรด 1 3.รังสีอินฟราเรดแบ่งตามช่วงความยาวคลื่น 4.การแผ่รังสีความร้อน 2 5.กล้องถ่ายภาพความร้อนและเครื่องวัดอุณหภูมิ 3 แบบฝึกหัดท้ายบท เฉลย 4 5 6 7

1 อินฟราเรด (IR) อินฟราเรด (IR) คือพลังงานรังสีชนิดหนึ่งที่ตามนุษย์มองไม่ เห็น แต่เรารู้สึกได้ว่าเป็นความร้อน วัตถุทั้งหมดในจักรวาลปล่อย รังสีออกมาในระดับหนึ่ง แต่แหล่งที่มาที่ชัดเจนที่สุด 2 แหล่งคือดวง อาทิตย์และกองไฟ IR เป็นรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าชนิดหนึ่งซึ่งเป็นความถี่ ต่อเนื่องที่เกิดขึ้นเมื่ออะตอมดูดซับแล้วปล่อยพลังงาน จากความถี่ สูงสุดไปต่ำสุด รังสีแม่เหล็กไฟฟ้ารวมถึงรังสีแกมมา รังสีเอกซ์ รังสี อัลตราไวโอเลต แสงที่มองเห็น รังสี IR ไมโครเวฟและคลื่นวิทยุ ทั้งหมดนี้ประกอบกันเป็นสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้า รังสี INFRARED บางครั้งเรียกว่าแสงอินฟาเรดเป็นรังสีแม่เหล็ก ไฟฟ้า (EMR) ที่มีความยาวคลื่นยาวกว่าแสงที่มองเห็นได้ ดังนั้นโดย ทั่วไปจึงมองไม่เห็นด้วยตามนุษย์ นักดาราศาสตร์ค้นพบรังสีอิน ฟาเรดในปี 1800 โดยเซอร์วิลเลียมเฮอร์เชลนักดาราศาสตร์ผู้ค้นพบ รังสีชนิดหนึ่งในสเปกตรัมที่มีพลังงานต่ำกว่าแสงสีแดงโดยมีผลต่อ เทอโมมิเตอร์ ในที่สุดกว่าครึ่งหนึ่งของพลังงานทั้งหมดจากดวง อาทิตย์ที่มาถึงโลกในรูปแบบของอินฟาเรด ความสมดุลระหว่างรังสี อินฟาเรดที่ดูดซับและปล่อยออกมามีผลกระทบที่สำคัญต่อสภาพ อากาศของโลก

2 ประโยชน์ของอินฟราเรด รังสีINFRAREDถูกใช้ในงานอุตสาหกรรมวิทยาศาสตร์การ ทหาร การแพทย์ อุปกรณ์กล้องมองกลางคืน อีกทั้งในทาง ดาราศาสตร์INFRARED ยังใช้เป็นกล้องโทรทรรศน์ที่ติดตั้งเซ็นเซอร์ เพื่อมองทะลุเมฆโมเลกุลตรวจจับวัตถุเช่นดาวเคราะห์และกล้องถ่าย ภาพความร้อนINFRAREDใช้ในการตรวจจับการสูญเสียความร้อน ในระบบที่มีฉนวนเพื่อสังเกตการเปลี่ยนแปลงการไหลเวียนของเลือด ในผิวหนังและเพื่อตรวจจับความร้อนสูงเกินไปของอุปกรณ์ไฟฟ้า เป็นต้น นักดาราศาสตร์ค้นพบรังสีอินฟราเรดในปีค.ศ 1800 โดยเซอร์วิลเลียมเฮอร์เชลนักดาราศาสตร์ผู้ค้นพบรังสีที่มองไม่เห็น ชนิดหนึ่งในสเปกตรัมที่มีพลังงานต่ำกว่าแสงสีแดงโดยมีผลต่อ เทอร์โมมิเตอร์ ในที่สุดกว่าครึ่งหนึ่งของพลังงานทั้งหมดจากดวง อาทิตย์ก็ถูกพบที่จะมาถึงโลกในรูปแบบของINFRARED ความสมดุล ระหว่างรังสีINFRAREDที่ดูดซับและปล่อยออกมามีผลกระทบที่ สำคัญต่อสภาพอากาศของโลก การประยุกต์ใช้อินฟราเรดในชีวิตประจำวัน กล้องถ่ายรูปใช้กลางคืน และกล้องส่องทางไกลที่ใช้ในเวลา กลางคืน แสดงภาพความร้อน เพิ่มความปลอดภัยเวลาขับรถใน เวลากลางคืน รีโมทคอนโทรลในเครื่องใช้ไฟฟ้าก็เป็นอินฟราเรดอีกชนิดหนึ่ง การไล่ล่าทางทหาร มิสไซล์ ที่ใช้ไล่ล่าเครื่องบินก็เป็นอินฟราเรด อีกชนิดหนึ่ง เครื่องกำเนิดความร้อนทั่วไป เช่นเตาแก๊สอินฟราเรดในครัวเรือน เครื่องกำเนิดความร้อนในห้องซาวด์น่า แผ่นกายภาพบำบัด มีเป็นประคบร้อนอินฟราเรด ปัจจุบันเป็นวิธี การ กายภาพบำบัดที่ปลอดภัยชนิดหนึ่ง เช่น ความร้อนอุณหภูมิต่ำมาจากอินฟราเรด สามารถซึมเข้าลึกถึง ผิวหนัง 1-1.5 นิ้ว ลดอาการปวดหัวเข่ า หรือทำให้แผลเรื้อรัง โลหิต หมุนเวียนดีขึ้นจึงทำให้แผลหายเร็ว

3 รังสีอินฟราเรดสามารถแบ่งช่วงความยาวคลื่นได้เป็น 3 ช่วงคือ ช่วงที่ 1 รังสีอินฟราเรดช่วงคลื่นสั้น (NIR) ช่วงคลื่นสั้นของรังสี อินฟราเรดจะมีความยาวคลื่นประมาณ 0.7 ไมโครเมตรจนถึง 1.5 ไมโครเมตรรังสีอินฟราเรดช่วงคลื่นสั้นมักจะประยุกต์ใช้ใน งานถ่ายภาพความร้อน ช่วงที่ 2 รังสีอินฟราเรดช่วงคลื่นกลาง (MIR) ช่วงคลื่นกลาง ของรังสีอินฟราเรดจะมีความยาวคลื่นประมาณ 1.5 ไมโครเมตร จนถึง 5.6 ไมโครเมตร อินฟราเรดระยะกลางมักประยุกต์ใช้กับ ระบบนำวิถีของจรวด MISSILE ช่วงที่ 3 รังสีอินฟราเรดช่วงคลื่นยาว (FIR) ช่วงคลื่นยาวของ รังสีอินฟราเรดจะมีความยาวคลื่นประมาณ 5.6 ไมโครเมตรขึ้น ไป รังสีประเภทนี้เป็นช่วงคลื่นยาวจึงมีพลังงานความร้อนไม่มาก นักจึงนิยมใช้ในการบำบัดผู้ป่วย เช่น อาการปวดเมื่อยเรื้อรัง และ ผู้ป่วยด้วยโรคความดันโลหิต รวมถึงการควบคุมน้ำหนัก เป็นต้น ลักษณะเด่นของหลอดอินฟราเรด (INFRARED LAMP) ให้ความปลอดภัยสูงเพราะไม่มีเปลวไฟ ขนาดเล็กกว่าการให้ความร้อนแบบทั่วไป ประหยัดเนื้อที่ สามารถปรับอุณหภูมิได้สูงภายในเวลาอันรวดเร็ว ไม่มีฝุ่นละอองเกาะชิ้นงานเวลาให้ความร้อน เป็นการให้ความร้อนแบบแผ่ความรังสี (แบบเดียวกับการที่ดวง อาทิตย์ส่งความร้อนมายังโลก) ซึ่งมีประสิทธิภาพสูง ความสูญ เสียต่ำและที่สำคัญคือประหยัดพลังงาน 40-70% ควบคุมการทำงานได้ง่าย เมื่อต้องการความร้อนก็จุดหลอดโดย การจ่ายไฟ จะได้ความร้อน 100% ภายในเวลาเพียง 5 วินาที (SW)

4 การแผ่รังสีความร้อน การแผ่รังสีอินฟราเรดเป็นที่รู้จักกันแพร่หลายว่าเป็น “การแผ่รังสีความร้อน” แต่คลื่นแสงและคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าทุก ความถี่จะทำให้พื้นผิวที่ดูดซับความร้อนนั้นร้อน แสงอินฟราเรดจาก ดวงอาทิตย์คิดเป็น 49% ของความร้อนของโลก ส่วนที่เหลือเกิด จากแสงที่มองเห็นได้ซึ่งถูกดูดกลืนแล้วแผ่รังสีอีกครั้งที่ ความยาวคลื่นที่ยาวกว่าแสงที่มองเห็นได้หรือเลเซอร์ที่เปล่งรังสี อัลตราไวโอเลตสามารถดึงกระดาษและวัตถุที่ร้อนจากหลอดไฟฟ้า ปล่อยรังสีที่มองเห็นได้ วัตถุที่อุณหภูมิห้องจะปล่อยรังสีที่มีความเข้ม ข้นเป็นส่วนใหญ่ในแถบความถี่ 8 ถึง 25 ΜM แต่สิ่งนี้ไม่แตกต่างจาก การเปล่งแสงที่มองเห็นโดยวัตถุเรืองแสงและรังสีอัลตราไวโอเลต โดยวัตถุที่ร้อนกว่าความร้อนคือพลังงานระหว่างการขนส่งที่ไหล เนื่องจากความแตกต่างของอุณหภูมิ แตกต่างจากความร้อนที่ส่ง ผ่านโดยการนำความร้อนหรือการพาความร้อน การแผ่รังสีความ ร้อนสามารถแพร่กระจายผ่านสุญญากาศได้ การแผ่รังสีความร้อนมี ลักษณะเฉพาะด้วยสเปกตรัมเฉพาะของความยาวคลื่นจำนวนมากที่ เกี่ยวข้องกับการแผ่รังสีจากวัตถุเนื่องจากการสั่นสะเทือนของ โมเลกุลที่อุณหภูมิที่กำหนดรังสีความร้อนสามารถถูกปล่อยออกมา จากวัตถุที่ความยาวคลื่นใดก็ได้ และที่อุณหภูมิสูงมาก การแผ่รังสี ดังกล่าวจะสัมพันธ์กับสเปกตรัมที่อยู่เหนืออินฟราเรด ซึ่งขยายไปสู่ บริเวณที่มองเห็นได้ รังสีอัลตราไวโอเลต หรือแม้แต่บริเวณรังสีเอก ซ์ (เช่น โคโรนาสุริยะ) ดังนั้น ความสัมพันธ์ที่ได้รับความนิยมของรังสี อินฟราเรดกับรังสีความร้อนจึงเป็นเพียงเรื่องบังเอิญโดยอิงจาก อุณหภูมิปกติ (ค่อนข้างต่ำ) ที่มักพบใกล้พื้นผิวโลก

5 กล้องถ่ายภาพความร้อน (THERMAL IMAGING CAMERA) การถ่ายภาพความร้อนเป็นข้อมูลเกี่ยวกับการแปลงแสง อินฟราเรดเป็นสัญญาณไฟฟ้าและสร้างภาพโดยใช้ข้อมูลดังกล่าว เทคโนโลยีนี้ได้รับการปฏิวัติในเวลานั้น แต่ก็ใช้กันทั่วไปในปัจจุบัน แต่ อุปกรณ์เหล่านี้จะจัดการจับข้อมูล กล้องถ่ายภาพความร้อนช่วยให้ผู้คนมองเห็นสิ่งที่ดวงตาของพวก เขาทำไม่ได้นั่นคือการแผ่รังสีความร้อนที่มองไม่เห็นซึ่งปล่อยออกมา หรือสะท้อนจากวัตถุทั้งหมดโดยไม่คำนึงถึงสภาพแสง ประโยชน์ สูงสุดเทคโนโลยีการถ่ายภาพความร้อนถูกนำไปใช้ในการใช้งานที่ หลากหลายในหลายภาคอุตสาหกรรม มีประโยชน์ที่ไม่สิ้นสุดของการ ใช้การถ่ายภาพความร้อนเช่นในการบำรุงรักษาเครื่องจักรกลและ การตรวจสอบสภาพความร้อนในระบบไฟฟ้า การตรวจสอบการรั่ว ของน้ำในผนังหรือกำแพง เครื่องวัดอุณหภูมิอินฟราเรด (INFRARED THERMOMETER) เครื่องวัดอุณหภูมิอินฟาเรดคือเทอร์โมมิเตอร์ที่มีเซ็นเซอร์ ประกอบด้วยเลนส์เพื่อโฟกัสพลังงานอินฟราเรด (IR) ไปยังเครื่อง ตรวจจับซึ่งจะแปลงพลังงานเป็นสัญญาณไฟฟ้าที่สามารถแสดงเป็น หน่วยของอุณหภูมิหลังจากได้รับการชดเชยสำหรับการเปลี่ยนแปลง ของอุณหภูมิโดยรอบการกำหนดค่านี้เครื่องวัดอุณหภูมิอินฟราเรด คือเซ็นเซอร์ที่ประกอบด้วยเลนส์เพื่อโฟกัสพลังงานอินฟราเรด (IR) ไปยังเครื่องตรวจจับซึ่งจะแปลงพลังงานเป็นสัญญาณไฟฟ้าที่ สามารถแสดงเป็นหน่วยของอุณหภูมิหลังจากได้รับการชดเชย สำหรับการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิโดยรอบเครื่องมือนี้ช่วย อำนวยความสะดวกในการวัดอุณหภูมิจากระยะไกลโดยไม่ต้อง สัมผัสกับวัตถุที่จะวัด (การวัดอุณหภูมิแบบไม่สัมผัส) ด้วยเหตุนี้ เทอร์โมมิเตอร์อินฟราเรดจึงมีประโยชน์ในการวัดอุณหภูมิภายใต้ สถานการณ์ที่ไม่สามารถใช้เทอร์โมคัปเปิลหรือเซ็นเซอร์ประเภทหัว วัดอื่นๆ ได้

แบบฝึกหัดท้ายบท 6 1.รังสีอินฟราเรด มีชื่อเรียกอีกชื่อว่าอะไร ก.แสงขาว ข.รังสีเหนือม่วง ค.รังสีใต้แดง ง.แสงสีม่วง 2.ถูกค้นพบโดยนักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษ คือ ก.เซอร์ วิลเลียม เฮอร์เชล ข.วิลเฮล์ม ค็อนราท เรินท์เกิน ค.โยฮันน์ วิลเฮล์ม ริตเตอร์ ง.พอล อูริช วิลลาร์ด 3.ได้ค้นพบ รังสีอินฟราเรดสเปกตรัมในปี ค.ศ.ใด ก.ค.ศ.1895 ข.ค.ศ.1967 ค.ค.ศ.1802 ง.ค.ศ. 1800 4.สเปกตรัมของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในช่วงใด มีความถี่ใกล้เคียงกับ แสงมากที่สุด ก.อินฟราเรดกับไมโครเวฟ ข.อัลตราไวโอเลตกับอินฟราเรด ค.คลื่นวิทยุกับรังสีเอกซ์ ง.ไมโครเวฟกับอัลตราไวโอเลต 5.อันตราย ของรังสีอินฟราเรดคืออะไร ก.จะทำให้ผิวมีอาการแสบร้อน ผิวหมองคล้ำ ดำกร้าน เซลล์ผิว เสื่อมสภาพ และร่างกายขาดน้ำ ข.จะไปทำลายเซลล์สิ่งมีชีวิต ร่วมไปถึงสารพันธุกรรมต่าง ๆ ทำให้ เซลล์สิ่งมีชีวิตต่าง ๆ ตาย โดยที่ไม่กระทบกระเทือนกับอาหาร ค.เกิดริ้วรอยก่อนวัยอันควร ผิวหนังเหี่ยวย่น ง.เมื่อร่างกายรับเข้าไปมากจะทำให้เซลล์ตาย หรือเสื่อมคุณภาพ อาจทำให้เกิดโรคมะเร็งได้

เฉลย 7 1.รังสีอินฟราเรด มีชื่อเรียกอีกชื่อว่าอะไร ก.แสงขาว ข.รังสีเหนือม่วง ค.รังสีใต้แดง ง.แสงสีม่วง 2.ถูกค้นพบโดยนักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษ คือ ก.เซอร์ วิลเลียม เฮอร์เชล ข.วิลเฮล์ม ค็อนราท เรินท์เกิน ค.โยฮันน์ วิลเฮล์ม ริตเตอร์ ง.พอล อูริช วิลลาร์ด 3.ได้ค้นพบ รังสีอินฟราเรดสเปกตรัมในปี ค.ศ.ใด ก.ค.ศ.1895 ข.ค.ศ.1967 ค.ค.ศ.1802 ง.ค.ศ. 1800 4.สเปกตรัมของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในช่วงใด มีความถี่ใกล้เคียงกับ แสงมากที่สุด ก.อินฟราเรดกับไมโครเวฟ ข.อัลตราไวโอเลตกับอินฟราเรด ค.คลื่นวิทยุกับรังสีเอกซ์ ง.ไมโครเวฟกับอัลตราไวโอเลต 5.อันตราย ของรังสีอินฟราเรดคืออะไร ก.จะทำให้ผิวมีอาการแสบร้อน ผิวหมองคล้ำ ดำกร้าน เซลล์ผิว เสื่อมสภาพ และร่างกายขาดน้ำ ข.จะไปทำลายเซลล์สิ่งมีชีวิต ร่วมไปถึงสารพันธุกรรมต่าง ๆ ทำให้ เซลล์สิ่งมีชีวิตต่าง ๆ ตาย โดยที่ไม่กระทบกระเทือนกับอาหาร ค.เกิดริ้วรอยก่อนวัยอันควร ผิวหนังเหี่ยวย่น ง.เมื่อร่างกายรับเข้าไปมากจะทำให้เซลล์ตาย หรือเสื่อมคุณภาพ อาจทำให้เกิดโรคมะเร็งได้