> Техника, страница 49 > Инфракрасные лучи
Инфракрасные лучи
Инфракрасные лучи, называемые также ультра красны ми, или т е-пловыми, составляют часть спектра световой радиации, простирающуюся от красного конца видимого спектра в область длинных волы. Экспериментальному исследованию доступны по крайней мере 10 октав естественных И. л.—от 750 τημ до 300 μ. И. л. с наиболее длинными волнами удается воспроизвести искусственно при помощи электромагнитных вибраторов (Никольса и Тира, Глаголевой-Аркадьевой).
Источники И. л. Радиация всякого нагретого тела сосредоточена гл. обр. в инфракрасной части спектра; поэтому мощными источниками И. л. служат обычные <°-ные излучатели (смотрите Излучение), например черное тело, лампы накаливания, вольтова дуга. Очень часто при исследовании И. л. пользуются ауе-ровской горелкой и штифтом Нёрнста, которые дают интенсивное селективное излучение в нек-рых частях инфракрасного спектра (ауеровский колпачок— в области А=18 μ и около 110 /л). На фигуре 1 даны кривые излучения штифта Нёрнста при разных мощностях, от 2 до 123 W, по измерениям Кобленца.
Для изоляции узких спектральных участков И. л. применяются следующие методы. 1) Разложение в спектр призмами и диф-фракционными решетками. 2) Метод остаточных лучей, в основе которого лежит факт избирательного отражения для лучей, очень сильно поглощающихся в данном веществе (псевдометаллич. отражение). Если сложный пучок И. л. отражается, например, от кристалла KJ, то преимущественно отражаются лучи с А=96,5 μ. Повторяя такое отражение несколько раз, можно получить весьма однородные остаточные лучи. 3) Хроматич. аберрация в линзах весьма удобна в нек-рых случаях. Напр., кварц в области А=110 μ пропускает И. л. и обладает большим показателем преломления, ок. 2,2. С другой стороны, И.^л. с короткой А преломляются весьма слабо. Поэтому, расположив диафрагмы и линзу как изображено на фигуре 2, можно выделить монохроматические лучи с А=110 μ. 4) Светофильтры. Исследование
Фигура 2.
спектров И. л. обнаружило большое количество различных твердых и жидких веществ, пригодных для выделения отдельных областей И. л. Тонкий слой асфальтового лака не пропускает, например, видимого света, но прозрачен для широкой области И. л. Огромный материал в этом направлении имеется в работах Кобленца. 5) Излучение газами в разрядных трубках тонких спектральных линий (например, Не дает линии 1 083,032 m/i, 2 058,131 νιμ и друг., Hg—линии 1 014,658 νιμ и др.).
Методы исследования инфракрасных л у ч е й. И. л. производят только ничтожные фотохимические и фотоэлектрические действия, притом лишь в области, ближайшей к видимому спектру (приблизительно не далее 1,5 μ). Обрабатывая фотографические пластинки различными красками-сенсибилизаторами (в особенности дицианином и неоцианином), можно при длительных экспозициях фотографировать И. л. примерно до 1,1 μ. Пластинка, несколько вуалированная предварительным действием слабых актинических лучей, де-вуалируется под действием И. л. Применяя в качестве сенсибилизаторов краски йодно-зеленую, малахито-зеленую и друг., можно фотографировать по методу девуалирования до 1,13 μ (Теренин).
И. л. действуют антагонистически на фосфоресценцию, вызываемую видимыми ультрафиолетовыми лучами,—фосфоресценция быстро «высвечивается» и затем тухнет в тех местах, где падали И. л. Это обстоятельство также применяется иногда для обнаружения ближайших И. л. Универсальными индикаторами И. л. служат, однако, только тепловые приборы, болометры, термоэлементы, радиометры и радиомикрометр. Интенсивность И. л. обычно настолько велика в сравнении с другими спектральными областями, что при помощи указанных приборов удается исследовать даже тонкую структуру инфракрасных спектров. Для разложения И. л. в спектр пользуются призмами из кварца (для области А от 1,0 до 4,0 μ), флюорита (от 4,0 до
9,5 μ), каменной соли (от 9,5 до 14,5μ),сильвина (от14,5до 23,0μ) и отражательными диффракционными решетками. Вместо линз, в спектральных установках, во избежание хроматической аберрации, применяют вогнутые металлические зеркала.
Спектры инфракрасных лучей. И. л. могут быть названы тепловыми, потому что в большинстве случаев они испускаются в результате тепловых вращательных и колебательных движений молекул. Если обратиться к наиболее простому с теоретич. точки зрения случаю поглощения или излучения газов, то инфракрасные спектры можно разделить на две области: далеких И. л. (примерно от 30 до 200 μ) и ближних (от 1 до 30 μ); первые соответствуют чистым вращательным движениям (ротационные спектры) и в простейшем случае двухатомных газов (например галоидо-водородов) могут быть представлены следующей формулой:
mh
v~ ЙД ’
где v—частота спектральной линии, h— постоянная Планка, т—целое число, 1— момент инерции молекулы. Ближние И. л. соответствуют ротационно-вибрационному тепловому движению; их спектры в про
зе 3,7 3,5 33 3,+ 43 32 /л Фигура 3.
стейшем случае выражаются формулой:
Еп. — En“, m h -vnlh
v =-7Г^ + —>
где Е,ч и Е„а—квантовые энергии двух колебательных состояний, между к-рыми происходит переход при поглощении или испускании линии, т1 и т2—целые числа, причем тг —т„= ± 1. Вид такого спектра для поглощения НС1 представлен на фигуре 3.
Знание инфракрасных спектров газов представляет большой интерес для определения моментов инерции молекул, а следовательно, и их строения. Спектры поглощения в жидких и твердых телах более сложны
и теоретически менее изучены; они служат, однако, важным эмпирическим средством для изучения строения молекул. На фигуре 4 представлена пропускаемость (в %) слоя воды толщиной в 0,05 миллиметров.
Лит.: Теренин А., О фотографировании в инфракрасной области спектра, «Труды Гос. оптическ. института», Л., 1928, т. 4, вып. 37; Lecompte J., Le spectre infra-rouge, P., 1928; Rawlins F. J. and Taylor A. M., Infra-red Analysis of Molecular Structure, Cambridge, 1929; Coblenz W. W., Investigations of Infra-red Spectra, Wsh., 1905—08; Coblenz W. W., Emerson W. B. a. Long M. B., Speetroradiometric Investigations of the Transmission of Various Substances, «Bureau of Standards, Bull.» Wsh., 1923, 14, p. 653; Gibson K. S., Spectral Filters, «Journal of the Optical Society of America». Ithaca, 1926, 13, p. 267. С. Вавилов.