赤外線は、電子を励起するのに十分なエネルギーを持ち、電子をより高いエネルギーレベルに引き上げるため、熱に関連しています。これは回転エネルギーと振動エネルギーに変換され、分子の無計画な揺れにつながります。体温を上昇させ、熱の存在を意味するのは、この分子の揺れであり、私たちはそれを暖かさと同一視しています。
私が考えることができる赤外線放射の最も一般的な用途はテレビのリモコンで、情報を赤外線波にエンコードすることによってテレビと通信します。これらの波が「熱」を与えた場合、2つのデバイスの間に立っても、迷惑な兄弟がそれから得られるように見えるほどの喜びはありません.実際、彼らの笑顔は、リモコンが発する赤外線の「光」よりもはるかに輝いています。
X 線や可視光線と同様に、赤外線波は電磁放射の一種です。その範囲は、マイクロ波と可視光の間にあります。その波長は、1 mm のマイクロ波の終わりから始まり、700 nm の可視赤色の始まりで終わります。
波の波長が短くなるにつれて、そのエネルギーは増加します。 したがって、超新星爆発によって生成されたガンマ線や最寄りの病院で身体を攻撃している X 線の波長が最も低く、その結果、エネルギーが最も高い場合、それは「熱」と同一視されることが多いことを意味するのではないでしょうか?
この質問に答えるには、まず、加熱された物体と電磁波の関係を定式化する概念をブラッシュ アップする必要があります。つまり、黒体放射の現象を理解する必要があります。
黒体放射
絶対零度 (0K または -273.15 摂氏) を超える温度のすべてのオブジェクトは、電磁放射の形でエネルギーを放出します。 したがって、「黒い」体は、エネルギーのあらゆる斑点を吸収し、まったく反射しない理想的な物体です。
この最初の文は非常に重要です。 すべてのオブジェクト ある程度の電磁放射を放出します。この放射線を運ぶ光子のパケットのエネルギーは、それを放出する物体の温度に比例します。エネルギーは hc/λ で与えられます。ここで、「h」はプランク定数、「c」は光の速度、「λ」は電磁波の波長です。これは、中性子星がガンマ線を放出する理由を説明しています。ただし、技術的には、冷たい氷のスラブでさえ「熱」を生成することも意味します.
加熱された物体から放出される波長のスペクトル全体は、電離放射線と非電離放射線の 2 種類の放射線に分けることができます。
電離放射線
電離放射線は、原子から電子を除去するのに十分なエネルギーを持つ放射線であり、それによってそれらを電離します。 X 線とガンマ線、そして最も波長の短い紫外線も非常にエネルギーが高いため、物質との相互作用は波ではなく粒子として振る舞う印象を与えます。それらの波長は非常に小さいため、皮膚の表面の分子と効果的に相互作用することができず、代わりに同等のサイズのエンティティと相互作用します.
電子とのそれらの衝突は、残酷にそれを原子から叩き落とします!電離放射線は、非常に熱くなり、重度の火傷を負う可能性があるという意味では有害ではありませんが、はるかに深く浸透し、皮膚の下の組織に損傷を与える傾向があります.損傷はそれだけではありません…原子をイオン化するため、DNA 分子や染色体などの細胞構造全体を破壊する傾向があり、遺伝学の複雑な枠組みに干渉し、望ましくない突然変異を引き起こします。
発電所や病院で広く使用されていますが、電離放射線は癌やその他の多くの致命的な病気を引き起こすという悪名高い評判を採用しています.電離放射線は人間の目には見えないため、ガイガー カウンターなどの特殊な装置を使用して検出する必要があります。
非電離放射線
このタイプの電磁放射は、原子または分子をイオン化するのに十分なエネルギーを持っていません。つまり、その構成から電子を完全に除去することはできません。サイズが比較的大きいため、亜原子構成要素ではなく、わずかに大きな分子としか相互作用できません。それらは電子を励起するのに十分なエネルギーしか持っていないため、電子をより高いエネルギーレベルに引き上げます.
これらの電磁波は皮膚の表面のレベルでのみ作用し、紫外線の場合は表面のすぐ下の組織で作用します.電子の興奮は回転エネルギーと振動エネルギーに変換され、分子の無計画な揺れにつながります。体温を上昇させ、熱の存在を意味するのは、この分子の揺れであり、私たちはそれを暖かさと同一視しています。
スペクトルを見ると、マイクロ波が最も低い量の熱を伝達し、可視光と UV 光が最も多くの熱を伝達することに気付くかもしれません。これは部分的に真実です。紫外線は肌に当たるとやけどをします。ただし、太陽からの紫外線のほとんどは大気によって吸収され、可視光線または赤外線として再放出されます。
また、可視光が思ったほど燃えないのは、大気中の原子や分子、および対流圏の下層によって散乱または分散されるためです。薄い紙に拡大鏡を使用して拡大または収束させると、その焼却性が顕著になります。
収束の重要性は、マイクロ波と電波に等しく重要です。私たちのオーブンは、光子が密集していなければ、冷たく固まったピザのスライスを加熱することはできません。マグネトロンのそばに立っているときにポケットの中でポプシクルが溶けたときに、パーシー スペンサーがその加熱能力を最初に観察したことを思い出してください。電波は変調時にぎゅうぎゅう詰めにされていないため、毎日あなたを通過する何千もの電波が火傷を負うことはありません.
燃える石炭の塊のような燃焼物体は、可視光、紫外線、X 線などのさまざまな電磁放射を微量に放出しますが、最も顕著なのは赤外光を放出することです。これが、非電離放射線がしばしば熱と呼ばれる理由です。 放射線 .低温では、熱放射は赤外光に制限される可能性がありますが、高温では、体温に応じて、放射は赤外、可視、および UV の多くの色合いに広がります。
X線やガンマ線と同様に、赤外線は肉眼では検出できません。もしそうなら、すべての物体の周りにかすかな、ほとんど幻覚のような赤い色合いが見えるでしょう.しかし、科学者はこれらの形態の放射線を検出するための特別なカメラを開発しました。これらの形態の放射線は、たとえ中程度または公称温度であっても、リモコンから発せられる目に見えない光線であろうと、氷のキューブから発せられようと、すべての物体から放出されます.
ヘビなどの一部の動物には、赤外線を検出する「ピット」があり、穴を通して獲物を「見る」ことができ、夜に巧みに狩りをすることができます。映画プレデターに出てくる触手の顔をしたエイリアンのように .
私たちが「熱」という言葉を赤外線だけに関連付けているのは、非電離放射線しか発生できない源に慣れているためです。地球上で中性子星に遭遇する可能性はほとんどありません。私たちの身の回りにある最も一般的な熱源は、太陽、火、私たちの温熱体、または球根です。これらの熱源は、赤外線と可視の範囲の放射線を放出します。
このエネルギー源の不足により、物理学における熱の定義は、暖かさだけを伝える物体に限定されていますが、実際には、すべての周波数が吸収されると熱が発生します。
