Các ứng dụng của tia hồng ngoại là gì? Tia hồng ngoại có hại không

Tia hồng ngoại là một bức xạ điện từ được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực của cuộc sống như kỹ thuật, y tế, thiên văn, quân sự, bảo mật,… Vậy bạn có biết tia hồng ngoại là gì? Bước sóng của tia hồng ngoại bằng bao nhiêu hay các ứng dụng của tia hồng ngoại là gì không. Nếu bạn còn đang băn khoăn với những vấn đề này thì hãy cùng theo dõi bài viết dưới đây với chúng tôi nhé.

Tia hồng ngoại là gì?

Tia hồng ngoại là gì

Tia hồng ngoại hay còn gọi là bức xạ hồng ngoại có tên tiếng anh là Infrared ray- IR. Đây là một loại năng lượng bức xạ điện từ mà mắt người không thể nhìn thấy được nhưng vì nhiệt độ của nó rất cao nên chúng ta có thể cảm nhận được.

Người khám phá ra tia hồng ngoại chính là nhà thiên văn học William Herschel. Vào đầu thế kỷ XIX, trong một thí nghiệm nhằm đo nhiệt độ chênh lệch giữa các màu trong quang phổ khả kiến, Herschel đã sử dụng lăng kính để tán xạ ánh sáng Mặt Trời và từ đó đã phát hiện ra tia hồng ngoại. Thông qua sự ghi chép lại trên một nhiệt kế thì tia này nằm ngoài vùng ánh sáng khả kiến và gần phần ánh sáng đỏ.

Mọi vật thể trong vũ trụ đều phát ra bức xạ hồng ngoại ở một mức nào đó, trong đó Mặt Trời và lửa là 2 nguồn phát ra hồng ngoại rõ ràng nhất.

Lửa là nguồn phát ra hồng ngoại rõ ràng

Tính chất của tia hồng ngoại

- Vì là tia có tác dụng nhiệt nên ngoài tên gọi là tia hồng ngoại, nó còn được gọi dưới cái tên khác là tia nhiệt.

- Tia IR có thể gây ra hiện tượng quang điện bên trong chất bán dẫn.

- Có thể tác dụng lên một số loại kính ảnh đặc biệt và có thể biến điệu giống như sóng điện từ cao tần.

- Bản chất của tia IR là sóng điện tử nên nó tuân theo các định luật của ánh sáng thông thường, đó là truyền thẳng, phản xạ, nhiễu xạ và giao thoa.

- Bước sóng của tia hồng ngoại là 760 nm – 1mm và bước sóng này dài hơn bước sóng của ánh sáng đỏ, loại ánh sáng có thể nhìn thấy được bằng mắt thường.

Bước sóng của tia hồng ngoại dài hơn bước sóng của ánh sáng đỏ

- Vì là bức xạ ánh sáng không thể nhìn thấy được bằng mắt thường nên chúng ta chỉ có thể cảm nhận tia hồng ngoại dưới dạng nhiệt và nếu muốn nhìn thấy nó thì cần phải sử dụng các dụng cụ chuyên dụng. Ví dụ như kính nhìn ban đêm hoặc máy ảnh hồng ngoại. Những thiết bị này cho phép chúng ta nhìn thấy sóng hồng ngoại phát ra từ các vật thể ấm con người, động vật,...

>> Xem thêm: Bức xạ nhiệt là gì? Tính chất, tác hại, ứng dụng của bức xạ nhiệt

Tia hồng ngoại phát ra từ những nguồn nào?

Nguồn chính để phát ra tia hồng ngoại là nhiệt độ hoặc bức xạ nhiệt nên tất cả những vật có nhiệt độ lớn hơn 0°K (nhiệt độ không tuyệt đối trong nhiệt giai Kelvin) đều sẽ phát ra bức xạ năng lượng hồng ngoại. Thậm chí những vật thể mà chúng ta sờ vào thấy rất lạnh như một khối nước đá cũng phát ra tia hồng ngoại. Nếu một vật thể không đủ nhiệt độ để phát ra ánh sáng nhìn thấy thì nó vẫn có thể phát ra hầu hết năng lượng trong tia hồng ngoại. 

Mặt trời là nguồn phát ra tia hồng ngoại mạnh nhất

Ví dụ như than nóng có thể không phát ra ánh sáng nhưng chúng ta vẫn cảm nhận được độ nóng vì nó phát ra tia hồng ngoại. Vật càng ấm thì càng phát ra nhiều bức xạ hồng ngoại. Ở nhiệt độ bình thường, con người cũng có thể phát ra tia hồng ngoại với bước sóng mạnh nhất là khoảng 10 micron.

Ngoài ra thì con người cũng có thể tạo ra chùm tia hồng ngoại định hướng dùng trong kỹ thuật bằng cách sử dụng đèn điện dây tóc có nhiệt độ thấp hoặc dùng diode (đi-ốt) để phát quang hồng ngoại. 

Các loại tia hồng ngoại

Theo DIN 5031, tia hồng ngoại được phân theo bước sóng thành ba vùng chính , đó là:

Phân loại tia hồng ngoại theo cách của Mỹ:

Ứng dụng tia hồng ngoại

• Đo nhiệt độ

Việc thu nhận và đo đạc tia hồng ngoại có thể xác định được nhiệt độ của một vật từ xa nếu chúng là nguồn phát ra các tia này. Hình ảnh chụp được trong phổ hồng ngoại được gọi là hình ảnh nhiệt.

Tia hồng ngoại được dùng để đo nhiệt độ

Kỹ thuật đo nhiệt độ bằng hồng ngoại được ứng dụng chủ yếu trong công nghiệp và quân sự. Ngoài ra, nó cũng được sử dụng trong máy ảnh trên xe oto.

• Phát nhiệt

Ứng dụng trong các đèn sưởi tại các phòng tắm hơi. Tuy nhiên cần lưu ý là không được nhìn vào các đèn này vì mắt không điều tiết được độ mở sáng theo tia hồng ngoại và nếu nhìn vào, chúng có thể khiến mắt bị mù.

• Dùng làm tan băng tuyết trên cánh máy bay

Tác dụng phát nhiệt của tia hồng ngoại được thấy rõ nhất ở ánh nắng Mặt Trời. Một lượng lớn năng lượng Mặt Trời nằm ở trong vùng hồng ngoại.

• Trong quân sự

Tia hồng ngoại được ứng dụng trong camera, ống nhòm hồng ngoại, giúp xác định mục tiêu vào ban đêm.

Tia hồng ngoại được ứng dụng trong camera, ống nhòm hồng ngoại

Các tên lửa không đối không (tên lửa dẫn hướng được bắn từ một máy bay nhằm tiêu diệt mục tiêu khác) cự ly gần đều sử dụng tia hồng ngoại để dẫn đường. Do đó nó thường gọi là tên lửa tầm nhiệt hoặc tên lửa dẫn hướng hồng ngoại. Trên đầu của tên lửa tầm nhiệt có lắp thiết bị đầu dò hồng ngoại, giúp nó tự động bám sát luồng hơi nóng phát ra từ động cơ máy bay để tìm đến đúng đích.

Để chống lại tên lửa tầm nhiệt, các máy bay thường được bố trí các quả pháo nóng sáng và chúng sẽ được tung ra khi phát hiện có tên lửa. Điều này đã dẫn đến một cuộc đua, đó là vừa phải tăng khả năng nhận dạng bằng ảnh hồng ngoại cho tên lửa, vừa phải sử dụng cùng với các dạng dẫn hướng khác để đánh lạc hướng tên lửa.

• Điều khiển điện tử

Điều khiển xa

Các điều khiển xa (remote control) đa phần đều dùng tia hồng ngoại để điều khiển hoạt động của tivi, loa, quạt, điều hoà,….thậm chí là cả loại đèn chiếu sáng Led điều khiển từ xa hồng ngoại.

Tự động bật tắt thiết bị

Tại các khu vực công cộng như nhà ga, sân bay, bệnh viện, khách sạn, nhà riêng,... việc tự động đóng mở cửa, bật tắt đèn hoặc vòi nước,... được thực hiện bằng cảm biến hồng ngoại (mắt thần).

Cửa tự động tại trung tâm thương mại

Các mắt thần sử dụng diode quang loại tiếp nhận tia hồng ngoại để phát hiện chuyển động của người hoặc vật thông qua nhiệt độ cao hơn môi trường xung quanh. Mắt dùng 1 diode thì có phạm vi cảm nhận gần và hẹp còn mắt dùng nhiều diode thì mỗi diode sẽ giám sát một góc nhất định, giúp tăng khoảng cách cảm nhận lên 3 - 5m.

Nhược điểm của loại mắt thần này là nếu chỉ dùng cảm biến hồng ngoại thì lỗi cảm biến rất dễ xảy ra khi nhiệt độ môi trường lớn hơn 35 °C.

Phụ kiện của thiết bị vi tính

Một số loại chuột quang sử dụng tia hồng ngoại và loại chuột này có thêm LED báo có cấp nguồn.

Chuột quang máy tính sử dụng tia hồng ngoại

Đặc biệt, với các mạng nhỏ, tia hồng ngoại còn được dùng để truyền tải thông tin. Các mạng này có thể là từ máy tính sang điện thoại, máy tính sang máy tính, điện thoại sang điện thoại... hoặc các thiết bị gia dụng khác. Tuy nhiên nhược điểm là khoảng cách truyền ngắn và dễ bị nhiễu.

• Trong y học

Tia hồng ngoại không chỉ giúp các tế bào tự tái tạo, tự sửa chữa mà còn hỗ trợ cải thiện lưu thông máu, thúc đẩy quá trình làm lành các mô sâu và giúp giảm đau nhanh hơn. Chính vì vậy mà ánh sáng tia hồng ngoại được sử dụng trong liệu pháp điều trị các căn bệnh đau cấp hoặc mãn tính như viêm khớp, đau lưng, chấn thương nặng, đau cổ, đau dây thần kinh toạ, đau khớp thái dương hàm (TMJ), căng cơ, bệnh thần kinh do tiểu đường, viêm khớp dạng thấp, viêm gân, vết thương, đau do vết mổ,….

Tia hồng ngoại được sử dụng trong liệu pháp điều trị các căn bệnh đau cấp hoặc mãn tính

Liệu pháp này được ánh sáng có bước sóng nhất định đến các vị trí bị thương trên cơ thể. Ánh sáng của hồng ngoại sẽ đi xuyên qua lớp da và kích thích quá trình tái tạo, sửa chữa các mô bị thương, đồng thời giảm đau và viêm.

Ưu điểm của liệu pháp sử dụng ánh sáng hồng ngoại rất hiệu quả, an toàn và không có tác dụng phụ. Nó thậm chí còn được dùng cho cả trẻ sơ sinh trong những trường hợp chăm sóc đặc biệt.

Tham khảo thêm: Phóng xạ là gì? Các tia phóng xạ, ô nhiễm phóng xạ hiện nay

• Truyền thông

Tia hồng ngoại gần và trung được sử dụng trong đường truyền cáp quang.

• Thiết bị quan sát ban đêm

Là thiết bị quang học-điện tử có khả năng quan sát trong điều kiện thiếu sáng. Thiết bị này thu nhận tia hồng ngoại bằng các ống kính quang học, sau đó hiển thị hình ảnh trên màn hình điện tử.

Thiết bị quan sát ban đêm được chia ra thành 3 loại chính, bao gồm

- Thiết bị "hồng ngoại gần bị động": Thu nhận ánh sáng ở vùng nhìn thấy và vùng hồng ngoại gần, sau đó khuếch đại và cho ra ảnh đơn sắc. Loại thiết bị này có tầm quan sát xa và được chế tạo thành kính ngắm bắn tỉa, kính nhìn đêm cho phi công, biệt kích, điều tra viên, xe tăng, ...

- Thiết bị "hồng ngoại nhiệt bị động": Là loại camera quan sát thu nhận ánh sáng ở vùng hồng ngoại nhiệt hoặc hồng ngoại xa, sau đó hiển thị trên màn hình theo thang nhiệt độ thiên nhiên. Loại thiết bị này được sử dụng trong trinh sát, bảo vệ,... hoặc nghiên cứu hoạt động ban đêm của các loài động vật.

- Thiết bị "hồng ngoại gần chủ động": Là loại camera quan sát hồng ngoại có gắn kèm đèn LED phát bức xạ hồng ngoại. Thiết bị này có tầm quan sát gần và được ứng dụng rộng rãi phổ biến trong hoạt động dân sự.

Camera hồng ngoại quan sát ban đêm

• Nghiên cứu thiên văn

Quan sát hồng ngoại giúp các nhà khoa học phát hiện và nghiên cứu các đối tượng lạnh (đối tượng có nhiệt độ dưới 1.000° K), đối tượng khó có thể nhìn thấy trong vùng quang phổ khác hoặc các đối tượng ở trong/ sau một đám mây liên sao.

Ngoài ra, quan sát phổ hồng ngoại còn được sử dụng để phân tích đặc điểm một đối tượng bất kỳ, ví dụ như phát hiện khí metan ở hành tinh của hệ ngôi sao cố định HD 189733.

• Bảo mật tiền và các tài liệu quý

Các tài liệu quan trọng như hộ chiếu, tiền,….sử dụng tia hồng ngoại để bảo mật.  Tùy theo mức độ cần bảo mật mà khi chế tạo giấy của các tài liệu này, người ta sẽ trộn chất có phản ứng xác định với dải hồng ngoại nhất định. Trong trường hợp cần bảo mật cao thì chất đó còn được sắp đặt theo ký hiệu xác định.

Các máy kiểm tra sử dụng đèn hồng ngoại có khoảng phổ đã thiết kế để chiếu lên giấy nhằm xác định xem những yếu tố bảo mật đó là có hay không.

Cách bảo mật này đang được áp dụng cho đồng tiền Euro. Hộ chiếu do chính phủ Anh cấp thì sử dụng huỳnh quang hồng ngoại của methylene xanh.

Hộ chiếu do chính phủ Anh cấp thì sử dụng huỳnh quang hồng ngoại của methylene xanh

Tia hồng ngoại có hại không?

• Gây hại cho da

Sóng hồng ngoại cũng giống như sóng nhiệt nên nếu mức độ sóng hồng ngoại lớn thì da và các mô có thể bị tổn thương.

Chùm tia laser bao gồm các bức xạ điện từ là ánh sáng nhìn thấy, tia hồng ngoại và các tia khác được khuếch đại lên cao. Những tia này có khả năng đốt một lỗ xuyên qua kim loại nên nếu chiếu vào da thịt thì sẽ rất nguy hiểm. Trong quân đội, tia laser được sử dụng để làm vũ khí.

Chùm tia laser có khả năng đốt một lỗ xuyên qua kim loại

• Gây tổn thương mắt

Tiếp xúc với tia hồng ngoại trong một thời gian dài có thể khiến mắt bị tổn thương, thậm chí là làm hỏng thủy tinh thể và giác mạc. Đó là lý do tại sao chúng ta không nên nhìn chằm chằm vào Mặt Trời và những người làm việc gần bức xạ hồng ngoại cường độ cao phải đeo kính bảo hộ.

• Gây hiệu ứng nhà kính

Tia hồng ngoại cũng là một trong những nguyên nhân gây ra hiệu ứng nhà kính. Bức xạ từ tia Mặt Trời được bề mặt Trái Đất và những đám phía trên nó hấp thụ và phát lại dưới dạng bức xạ hồng ngoại vào bầu khí quyển. 

Khi nồng độ hơi nước trong không khí trên bề mặt Trái Đất cao, những bức xạ hồng ngoại này sẽ bị giữ lại gần mặt đất và làm tăng nhiệt độ, gây ra hiệu ứng nhà kính.

Trên đây là một số thông tin về tia hồng ngoại là gì mà VIETCHEM muốn chia sẻ đến bạn đọc. Cảm ơn sự quan tâm theo dõi của các bạn với bài viết này và nếu bạn nào còn có thắc mắc về tia hồng ngoại, vui lòng để lại câu hỏi tại website https://ammonia-vietchem.vn/ để các chuyên viên của chúng tôi có thể hỗ trợ giải đáp một cách tốt nhất.