امواج فروسرخ يا به عبارتي اشعه مادون قرمز در علم فيزيک به قسمي از طيف پرتوهاي الکترومغناطيسي اطلاق مي‌گردد که دامنه طول موج آنها از بالاي نور سرخ مرئي آغاز و تا امواج غيرمرئي ريزموج يا مايکروويو را دربر مي‌گيرند.
* دامنه طول اينگونه امواج تقريبا بين 1 ميلي متر تا 750 نانومتر (معادل 7800-1500000 آنگستروم )متغير بوده بنابراين کوتاه تر از امواج راديوئي مرسوم طبقه بندي مي‌گردند.
* فرکانس ( تواتر) امواج فروسرخ حداکثر 400 تريلون بار در ثانيه(در محدوده بسيار نزديک به رنگ سرخ قابل ديد) تا 800 بيليون بار در ثانيه (نزديک به محدوده پاياني پرتوهاي مايکروويو) اندازه گيري مي‌گردند.
* اصطلاح تابش فروسرخ گرته‌برداري از نام انگليسي آن يعني Infrared است. واژه انگليسي Infrared از ترکيب دو کلمه لاتين Infra به معني فرو يا پايين و کلمه انگليسي red به مفهوم سرخ به وجود مي‌آيد. وجود طول موجي بلندتر از رنگ سرخ (بلند ترين طول موج در عرصه نور مرئي)و بسامد کمتر و يا کوتاهتراز آن را ميتوان علت اين نامگذاري دانست.(امواج فرو سرخ طول موجشان فروتر ويا پائين تر از دامنه موج مرئي مي‌باشد ).
* تابش فروسرخ رادر فيزيک، عموما با نام ديگري بنام گرماي تابشي و يابه عبارتي از جنس همان گرمائي که از منابعي همانند خورشيد، لامپ برقي،ويا حتي از شعله هائي که از يک شمع به اطراف تابيده مي‌گردنند، همسان مي‌شناسند، زيرا بطور سنتي، چه درست وچه غلط، همه گونه تابش‌هاي حرارتي رامعمولا به امواج فروسرخ نسبت مي‌دهند.
*اين فرض بعضا باطل، با توجه به تعاريف فوق، البته دليل مقبولي براي توجيه اينکه چرامنبعي هما نند خورشيد در مجموع، تنها قادر به تامين 50? گرماي مورد نياز کره خاکي از منابع تابش غير مرئي است ومابقي آن ازبرکت تابش امواج طيف تابشي مرئي، تامين مي‌شوند،نخواهد بود. نکته ظريف در اينجا، بسيار ساده‌است: هر دو نوع تابش حرارتي مرئي و غير مرئي داراي گرماي تابشي و يا از نوع گرماي تابشي هستند. تنها تفاوت رابايد نزديکي تابش‌ها به سوي طيف مرئي سرخ و يا دوري از آن به سوي امواج ماکروويو، دانست. طيف خورشيد در حالت مرئي به سمت سرخ و زرد متمايل است.
* هر چند که اينگونه تابش در برخي دامنه‌هاي نزديک فروسرخ از طريق پوست کاملا قابل حس بوده اما اينکه الزاما منبع تابش،حتما مبايستي با تابانيدن نور مرئي از خود،آنراقابل ثبت و حس نمايد ، منتفي يا مردود است.
بطور مثال ،اشعه مادون قرمز با طول موج کوتاهتر از 1?5 ميکرومتر از پوست مي‌گذرند و بقيه جذب شده و توليد حرارت مي‌کنند، اما ديده نمي‌شوند. همانگونه که مي‌دانيم ، يک اطوي برقي باوجود اينکه هيچگاه ازشدت داغي به سرخي نگرايده و در تاريکي قابل رويت نمي‌باشد وايضا حرارت قسمت‌هاي مختلف بدن يک گربه در يک غروب پائيزي، همچنان مي‌توانند نمونه هائي از منابع تابش فروسرخ را به ما بنمايانند.
خلاصه: تابشهاي فروسرخ معمولااز طريق ابزار مرسوم از قبيل دوربين‌هاي چشمي و عکاسي معمولي، عينک‌هاي آفتابي يا لنزي متعارف، چشمان غيرمسلح انسان وبسياري ديگر ازموجودات، قابل ديدن نمي‌باشند .

سپس مي‌توانيد تصوير يک سگ کوچک را که در طيف رده بندي تابشي نيمه-فروسرخ يا حرارتيدر رده بندي تابش‌ها گرفته شده‌است، ملاحظه کنيد. توجه شمارا به دو نکته در اين عکس جلب مي‌کنم:
- رنگها غيرواقعي جلوه ميکنند.
- عکس مذکور با فيلم حساس به IR گرفته شده‌است.
پس به گونه‌اي ساده تر ميتوان گفت که هر چيزي يا موجودي ويادستگاهي ،براي نمونه از يک رادياتور معمولي شوفاژ تا يک موجود زنده ، که بتواند گرمائي غير مرئي و بيش از گرماي محيط اطراف خود ايجاد نمايد، منبع فرآوري انرژي حرارتي و يا به تعريف ديگر تابنده امواج فروسرخ شناخته مي‌شود. بعدا ملاحظه خواهيد نمود که تمامي موارد ياد شده در بالا،تنها دردامنه‌هاي متفاوتي از رده بندي تابش ها (جدول زير ) با هم تفاوت دارند.
جهت سهولت در تعاريف، طيف تابشي فروسرخ معمولا به زيرمجموعه هائي به شکل زير هم نامگذاري مي‌شود:
رده بندي تابش‌ها:
-نزديک فروسرخ با دامنه طول موج 0?75-1?4 ميکرومتر
-موج کوتاه فروسرخ با دامنه طول موج 1?4-.03 ميکرومتر
-موج متوسط فروسرخ با دامنه طول موج 3?0-8?0 ميکرومتر
-موج بلند فروسرخ با دامنه طول موج 8?0-15 ميکرومتر
-موج بسيار دور فروسرخ Far IRبا دامنه طول موج 15-1000 ميکرومتر

منابع توليد تابشهاي فروسرخ

منبع طبيعي بزرگترين منبع تابشهاي فروسرخ ، خورشيد است. ميزاني از نور آفتاب که به ما مي‌رسد، داراي اشعه مادون قرمز کوتاه است، زيرا پرتوهاي تابشهاي فروسرخ بلند آن قبلا درلايه‌هاي مختلف جو (هوا) جذب شده‌اند.

منابع مصنوعي:اجسام ملتهب

بهترين منابع مصنوعي براي امواجفروسرخ ، اجسام ملتهب مي‌باشند که طول موج آنها بر حسب درجه حرارت تغيير مي‌کند. اگر بخواهيم اشعه مادون قرمز خالص داشته باشيم، بايد نور اين قبيل منابع مصنوعي را بوسيله شيشه‌هايي که در ترکيب آنها يد و يا اکسيد منگنز (MnO) وجود دارد، از صافي بگذرانيم. اين نوع صافيها طيف مرئي را جذب کرده و فقط اشعه فروسرخ را عبور مي‌دهند.

عبور جريان الکتريکي از مقاومتها

روش ديگر که هم سهل وهم عملي است، عبور جريان الکتريکي از مقاوتهاي فلزيست، بطوري که اين مقاوتها سرخ شوند. اين مقاومتها غالبا از آلياژهاي آهن و نيکل ساخته شده‌اند. چراغ با مفتول زغال چراغهايي که مفتول آنها از زغال چوب ساخته شده‌است، نيز به نسبت زياد امواجفروسرخ دارند. در اين نوع چراغ نسبت اشعه کوتاه بين 1 ميکرومتر و 7 ميکرومتر خيلي کم ، ولي نسبت اندازه گيري اشعه مادون قرمز بلند آن زياد است.
چراغ بخار جيوه نيز، امواجفروسرخ با طول موج کوتاه بين 0?92 ميکرومتر و 1?3 ميکرومتر توليد مي‌کند، ولي نسبت اشعه حاصله نسبت به ساير منابع کمتر است.

اندازه گيري امواج فروسرخ

براي اندازه گيري امواج فروسرخ يا اشعه مادون قرمز از جذب انرژي حرارتي آن استفاده مي‌نمايند، يعني اشعه را به جسمي مي‌تابانند که بتواند کليه انرژي را جذب کند و آنگاه مقدار حرارت توليد گشته در جسم مزبور را ، اندازه مي‌گيرند.

کاربردها

ديد در شب

-دستگاه ديد در شب وسيله‌اي براي ديدن در شرايط کمبود يا نبود نور کافي جهت مشاهده اشياء است. دستگاه مذکور قادر به شناسائي اشياء گرمتر نسبت به محيط، توسط ثبت سايه هائي متفاوت از اجسام سردتر از هدف در رده‌هاي متفاوت بوده که به نيروهاي پليس و نظامي ، امکان شناسائي انسان و يا اتوموبيل و غيره را به راحتي فراهم مي‌سازد.
يک تفنگ مجهز به دوربين ديد در شب، بعنوال مثال، از آنجائي که تابش فروسرخ غيرمرئي بوده، اما رفتاري عينا مانند نور مرئي را از خود نشان مي‌دهد، پس بنابراين توسط بازتاب و کنترل آن مي‌توان به مثابه يک ابزار کاراء در درگيري‌هاي جنگي يا پليسي از خواص آن بهره مند شد.
چنين سلاحي به يک منبع تابش فروسرخ و يک عامل بازتاب امواج برگشتي ، در راستاي هدف گيريست.
امواج بازيافتي از هدف و يا به عبارت ديگر انرژي بازگشت شده، دريافت و توسط يک سامانه الکترونيکي بصورت يک صحنه مرئي در معرض ديد تک تيرانداز ( بعنوان تنها تاظر صحنه)، قرار مي‌گيرد.

اندازه گيري حرارت از راه دور

*سنداژ زمين از راه دور (آکموترا) يا ديد در شب بعلاوه رصد اجرام آسماني

تصوير برداري / نقشه برداري

*عکسبرداري توسط دوربين‌هاي حساس به انواع تابش فروسرخ با هواپيما ، بالن، سفينه‌ها وغيره

سنداژ زمين از راه دور (آکموترا) يا ديد در شب

عکسبرداري هواپيمايي حرارتي فروسرخ امکان نقشه‌برداري از موقعيت و حالتهاي معين خطوط لوله و از جمله خطوط لوله انتقال نفت و گاز را اعم از باز و زيرزميني فراهم مي‌کند. هر دوي آنها از حرارتي بالاتر از محيط اطراف برخوردارند و لذا حتي در صورت ساخت زيرزميني خطوط لوله، تفاوتهاي حرارتي کافي براي ثبت آنها به وجود مي‎آيند. از ارتفاعات پايين با دقت 2/0-1/0 متري انجام بگيرد. عکسهايي که با اين کيفيت گرفته مي‎شوند، نشانه‌هاي بارز خط لوله، قسمتهاي وجود آبهاي زيرزميني دور لوله (محل وجود خطر بالاي زنگ‌زدگي و فرسايش فلز) و محل ايجاد دهانه‌بند هيدراتي به وضوح ديده مي‌شود. امکان ريزش محصولات به گونه‌هاي مختلف جلوه مي‎کنند.
در خطوط لوله انتقال گاز به علت انبساط آدبيتيک گاز اين قسمتها بسيار سرد نشان داده مي‎شوند در حالي که در خطوط لوله انتقال نفت اين قسمتها از محيط اطراف گرم‌تر هستند. قسمتهاي ريزش نفت در عکسها دقيقاً نشان داده مي‎شوند چرا که قدرت بازتاب محل آلوده شده تغيير مي‌کند. عکسبرداري هواپيمايي حرارتي فروسرخ امکان تشخيص نه تنها احتمال وقوع سانحه بلکه آن قسمتهاي خط لوله را مي‎دهد که در آستانه سانحه قرار دارند (يعني کشف سوراخها، جاخالي فراز گاز و غيره

مخابرات

-انتقال امواج صوتي و تصويري از باندهاي پائين تابش فروسرخ (مايکروويو) نزديک امواج راديويي جهت تقويت و تکرار پايداري از مبداء تا به مقصد.

گرمادهي

+ -گرما دهي به افراد در سوناها
+ -آب کردن يخ روي بال‌ها و يا ساير اجزاء وادوات پروازي هواپيماها
+ -گرم کردن غذا و ساير خوراکي‌ها بدون گرم کردن هواي اطراف مايکرفر
+ -خشکبار سازي ميوه جات در يک دهم زمان متعارف، بدون آلودگي

ارتباطات نزديک بصورت‌هاي مختلف ديجيتال

*انتقال اطلاعات ازطريق تابش فروسرخ در دامنه کوتاه -فروسرخ بين رايانه‌ها و لوازم جانبي ديجيتالي که از استاندارد IrDA برخوردارند، قابل انجام است.
دستگاه‌هاي متناسب با The Ifra Red Data Association ) IrDA )لوازمي اند که قادرند با استفاده ازديود‌هاي نور افشان LEDs توسط لنز‌هاي پلاستيکي، امواج بسيار باريک فروسرخ را منتشر سازند.

طيف سنجي

اين تصوير با رنگ آميزي کاذب با تلسکوپ فضايي فروسرخ اسپيتزر گرفته شده‌است و خوشه کروي را نشان مي‌دهد که تا چندي پيش در صفحه غبارآلود راه شيري پنهان مانده بود. نوار قرمز رنگ پشت هسته خوشه يک ابر غبار است که احتمالاً نشان دهنده برهمکنش خوشه و صفحه پر گاز و غبار راه شيري است.شايد هم اين ابر به طور تصادفي در خط ديد اسپيتزر قرار گرفته‌است.
درست هنگامي که منجمان فکر مي‌کردند آخرين فسيل‌هاي راه شيري را هم پيدا کرده‌اند يکي ديگر از آنها در نزديکي خودمان پيدا شد. صفحه کهکشان جاي مناسبي براي کشف ناشناخته هاست. زيرا توده‌هاي غبار و گاز موجود در صفحه اجازه گذر اجرام پشتي را در نور مريي نمي‌دهند اما آنها در نور فروسرخ شفافند. به کمک رصد‌هاي بعدي که با رصدخانه فروسرخ دانشگاه ويومينگ انجام شد فاصله اين خوشه کروي از ما 9000 سال نوري تعيين شد - نزديکتر از بسياري از خوشه‌هاي ديگر - با جرمي معادل 300 هزار برابر خورشيد. اين خوشه در صورت فلکي عقاب جاي دارد و اندازه ظاهري آن از زمين مانند دانه برنجي ديده مي‌شود که آن را به فاصله يک دست کشيده از چشمان خود نگه داشته‌ايد.

سامانه‌هاي فيزولوژيک/ بيولوژيکي

*تابش امواج فروسرخ سبب گرم شدن پوست و نسج سلولي زير جلدي شده وممکن است در پوست سوختگي‌هاي نسبتا شديدي ايجاد نمايند.اگر تابش امواج فروسرخ را به مقدار مناسب بکار برند، در نتيجه اتساع رگهاي زير پوست ، سبب تسهيل اعمال فيزيولوژيک پوست مي‌شود و حتي از راه عکس‌العمل پوستي در بهبودي حال عمومي نيز مي‌تواند موثر واقع شود.
اين تابش خاصيت تسکين درد را نيز دارد که علت آن همان اتساع عروق و بهتر انجام گرفتن عمل رفع سموم و تغذيه بافتها است.
منبع:academist.ir