ما هي الاشعة تحت الحمراء IR

ترسل لنا الشمس ضوءها على شكل حزمةٍ من الأشعة تختلف بحسب طول موجتها، فتتمكن العين البشرية من رؤية قسمٍ محددٍ منها وتقف عاجزةً عن البقية. لكن حب الإنسان لاستكشاف المجهول دفعه للبحث والتقصي عن تلك الأشعة غير المرئية، ليكتشف طيفًا منها يدعى الاشعة تحت الحمراء IR والتي أصبحت أساسًا لعددٍ من الأجهزة التكنولوجية الحديثة.

هو اختصارٌ للمصطلح Infrared Radiation وتعني الاشعة تحت الحمراء، وهي أشعةٌ كهرومغناطيسيةٌ موجودةٌ في الطبيعة كجزءٍ من الطيف الكهرومغناطيسي الذي يتعرض له الإنسان كل يوم، حيث ترسل الشمس الأشعة الكهرومغناطيسية في موجاتٍ أو جسيماتٍ ضمن أطوالٍ موجيةٍ وتردداتٍ مختلفةٍ تُعرف باسم الطيف الكهرومغناطيسي، والذي يقسم إلى سبع مناطقٍ تبعًا لتناقص الطول الموجي وازدياد الطاقة والتردد وهي: أمواج الراديو والأمواج القصيرة والأشعة تحت الحمراء والضوء المرئي والأشعة فوق البنفسجية والأشعة السينية وأشعة غاما.

تتميز موجات الاشعة تحت الحمراء IR بأنها أطول من موجات الضوء المرئي وتأتي بعد اللون الأحمر وهو نهاية ألوان الطيف المرئي وهذا ما جعلها أشعةً غير مرئيةٍ بالنسبة لعين الإنسان فسُميت بالأشعة تحت الحمراء.

تأتي تلك الأشعة ضمن مجال الطيف الكهرومغناطيسي في المنطقة الواقعة بين الأمواج القصيرة والضوء المرئي ويتراوح ترددها من 3 غيغاهرتز ليصل إلى 400 تيراهرتز في حين يبلغ طولها الموجي بين 3 سنتيمتر و740 نانومتر.

يرجع الفضل في اكتشاف الاشعة تحت الحمراء IR بحسب وكالة ناسا عام 1800 إلى عالم الفلك البريطاني ويليام هيرشل وذلك أثناء قيامه بتجربةٍ لقياس الفرق في الحرارة بين ألوان الطيف المرئي؛ حيث وضع ميزان الحرارة أمام الضوء وضمن مجال كل لونٍ من ألوانه، فلاحظ ازدياد الحرارة بشكلٍ تدريجيٍّ ابتداءً من اللون الأزرق وصولًا للون الأحمر آخر ألوان الطيف، ثم لاحظ ازدياد الحرارة في المنطقة التي تلي منطقة اللون الأحمر مما يدل على وجود أشعةٍ غير مرئيةٍ أطلق عليها اسم الاشعة تحت الحمراء IR.

أتاحت تكنولوجيا الأشعة تحت الحمراء للناس القيام بالكثير من الأمور التي لم تكن ممكنة من قبل وسنذكر منها :

ابتكر الخبراء تكنولوجيا لاسلكية استُخدمت لتأمين الاتصال بين الأجهزة ضمن مدى قصير عن طريق الاشعة تحت الحمراء IR ، بحيث يتمكن جهازين من إرسال البيانات واستقبالها عبر هذه الأشعة، ولكي يتم ذلك وضعوا في كل جهازٍ قطعةً مُوجّهةً للأشعة تحت الحمراء ومَنفذ يؤمن إرسالها إلى الجهاز الثاني واستقبالها منه عند تقريب الجهازين من بعضهما، حيث تدعم تلك الأشعة الاتصال المباشر بين الجهازين في اتجاهين فقط.

وتتميز الاشعة تحت الحمراء IR أنها لا تتمكن من اختراق الجدران وتعمل ضمن خطٍ مباشرٍ ومستقيمٍ مما يجعل الاتصال عن طريقها محدودًا ويصعب اختراقه.

وقد تجاوز لاحقًا استخدام هذه الأشعة مجال الاتصال بين جهازين إلى إيجاد شبكةٍ شبه دائمةٍ.
وهنا لا بد من ذكر أن تكنولوجيا الاشعة تحت الحمراء IR المستخدمة في تأمين الاتصال اللاسلكي توجد في ثلاثة أشكالٍ وفقًا للمعيار الذي أوجدته رابطة بيانات الأشعة تحت الحمراء IrDA:

يُرمز للأجهزة المزودة بالأشعة تحت الحمراء بالرمز  IrDA كونها متوافقةً مع المعيار الذي أوجدته رابطة بيانات الأشعة تحت الحمراء IrDA.

يرسل الديود الباعث للضوء  LED إشاراتٍ من الأشعة تحت الحمراء والتي تمر من خلال عدسةٍ لتصبح مُركزةً على شكل حزمةٍ من بيانات الأشعة تحت الحمراء.

يعمل مصدّر هذه الحزمة ثم يقف عدة مراتٍ بشكلٍ سريعٍ ليطبق بذلك شيفرة بيانات الأشعة التي تختلف حسب الأمر المعطَى. يقوم جهاز IrDA والمزود بديود ضوئي من السيليكون باستقبال بيانات الحزمة والذي يتمكن من تنقية إشارة IrDA من الأشعة تحت الحمراء المحيطة وذلك لأنها تنتقل بشكلٍ أبطئ من الضوء المحيط.

بعد استقبال الديود لإشارة  IrDA يحولها إلى تيارٍ تتم معالجته لتنفيذ الأمر المحدد.

يوجد في مقدمة الكاميرا عدد من المصابيح الصغيرة تدعى LED والتي تصدر حزمةً من الفوتونات ضمن طيف الأشعة تحت الحمراء لينتشر في المنطقة أمام الكاميرا، ولأن الإنسان لا يمكنه رؤية هذا الطول الموجي يظل يرى المنطقة مظلمةً.

تقوم الحساسات المصنوعة من السيليكون والموجودة في الكاميرا باستقبال تلك الحزمة المنعكسة عن الأجسام أمام الكاميرا وتصبح المنطقة بالنسبة للكاميرا كأنها مضاءةٌ بواسطة وميض ضوئي، وبذلك يتمكن الشخص من خلال الكاميرا من رؤية المكان ليلًا.

اكتشاف تاريخ الفن: تستخدم الأشعة تحت الحمراء لاكتشاف طبقات الألوان في اللوحات الفنية ورؤية ما يوجد تحتها.

التسخين: يمكن للأشعة تحت الحمراء توليد الحرارة وتنقلها حيث نراها مستخدمةً بشكلٍ كبيرٍ في مراكز الساونا وأجهزة تسخين الطعام في المطاعم.

التنبؤ الجوي: تستخدمها الأقمار الصناعية المناخية لتحديد درجات الحرارة وتشكيلات الغيوم.