Το υπέρυθρο θερμόμετρο δεν εκπέμπει υπέρυθρες ακτίνες για τη μέτρηση της θερμοκρασίας;
Τι είναι η ακτινοβολία μαύρου σώματος;
Αυτό που υπάρχει στον κόσμο είναι λογικό και αυτό που υπάρχει δεν έχει τη δική του σημασία και αξία. Είναι σπάνιο να βρεις υπέρυθρο φως. Τι μπορεί να κάνει? Μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε τις υπέρυθρες ακτίνες ως τηλεχειριστήρια και η τεχνολογία τηλεπισκόπησης εκμεταλλεύεται το μεγάλο μήκος κύματος των υπέρυθρων ακτίνων. Υπάρχει βέβαια και η μέτρηση θερμοκρασίας για την οποία μιλάμε. Πώς λοιπόν ένα υπέρυθρο θερμόμετρο χρησιμοποιεί υπέρυθρες ακτίνες για να μετρήσει τη θερμοκρασία; Αρχικά, ας κατανοήσουμε την ακτινοβολία μαύρου σώματος. Το λεγόμενο μαύρο σώμα αναφέρεται σε μαύρο αντικείμενο; Ένα μαύρο σώμα είναι στην πραγματικότητα ένα εξιδανικευμένο αντικείμενο που μπορεί να απορροφήσει όλη την εξωτερική ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία χωρίς ανάκλαση ή μετάδοση. Όποιο αντικείμενο κι αν είναι, εφόσον η θερμοκρασία του είναι υψηλότερη από το απόλυτο μηδέν, εκπέμπει ηλεκτρομαγνητικά κύματα. Τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα είναι κύματα ταλάντωσης σωματιδίων που εκπέμπονται στο διάστημα από ηλεκτρικά πεδία και μαγνητικά πεδία που βρίσκονται σε φάση και κάθετα μεταξύ τους. Είναι ηλεκτρομαγνητικά πεδία που διαδίδονται με τη μορφή κυμάτων. Ένα μαύρο σώμα φαίνεται μαύρο όταν είναι κάτω από 700 K, αλλά αυτό συμβαίνει μόνο επειδή η ενέργεια ακτινοβολίας που εκπέμπεται από ένα μαύρο σώμα κάτω των 700 K είναι πολύ μικρή και το μήκος κύματος της ακτινοβολίας είναι έξω από το εύρος του ορατού φωτός. Εάν η θερμοκρασία του μαύρου σώματος είναι υψηλότερη από την παραπάνω θερμοκρασία, το μαύρο σώμα δεν θα είναι πλέον μαύρο, θα αρχίσει να γίνεται κόκκινο και καθώς αυξάνεται η θερμοκρασία, θα εμφανίζονται πορτοκαλί, κίτρινο, λευκό και άλλα χρώματα. Λαμβάνοντας ως παράδειγμα τον χάλυβα, σύμφωνα με τη διαδικασία αύξησης της θερμοκρασίας, γίνεται κόκκινο, πορτοκαλί και κίτρινο αντίστοιχα. Όταν η θερμοκρασία ξεπεράσει τους 1300 βαθμούς Κελσίου, αρχίζει να γίνεται λευκό και μπλε. Όταν ένα μαύρο σώμα γίνεται λευκό, εκπέμπει επίσης μεγάλη ποσότητα υπεριώδους φωτός.
Μεταξύ αυτών, η ισχύς ακτινοβολίας ανά μονάδα επιφάνειας ονομάζεται p, T είναι η απόλυτη θερμοκρασία και σ είναι μια σταθερά. Ο ήλιος μπορεί να θεωρηθεί περίπου ως ένα μαύρο σώμα. Οι άνθρωποι έχουν μετρήσει την ισχύ ακτινοβολίας ανά μονάδα επιφάνειας της επιφάνειας του ήλιου σε 6×10^7 watt ανά τετραγωνικό μέτρο. Σύμφωνα με τον παραπάνω τύπο, μπορεί να συναχθεί το συμπέρασμα ότι η θερμοκρασία της επιφάνειας του ήλιου είναι 5700 Kelvin, ή 5153,7 βαθμοί Κελσίου. Αυτή είναι η πρώτη φορά που οι άνθρωποι υπολόγισαν τη θερμοκρασία της επιφάνειας του ήλιου. .
Η επιφανειακή θερμοκρασία του ήλιου μπορεί να μετρηθεί πολύ μακριά στον ουρανό, οπότε δεν θα ήταν εύκολο να μετρήσουμε την επιφανειακή θερμοκρασία του ανθρώπινου σώματος ακριβώς μπροστά μας; Αυτό λοιπόν είδαμε. Το προσωπικό πυροβόλησε εναντίον μας με το υπέρυθρο θερμόμετρο στα χέρια. Το υπέρυθρο θερμόμετρο μπορεί να συλλέξει την ισχύ ακτινοβολίας ανά μονάδα επιφάνειας στο μέτωπο και να πάρει τη θερμοκρασία του σώματός σας. Η θερμοκρασία του ανθρώπινου σώματος είναι περίπου 37 μοίρες και τα ακτινοβολούμενα ηλεκτρομαγνητικά κύματα συγκεντρώνονται κυρίως στην υπέρυθρη ζώνη, επομένως αυτή η μέθοδος μέτρησης θερμοκρασίας ονομάζεται μέτρηση υπέρυθρης θερμοκρασίας. Βλέποντας αυτό, καταλαβαίνουμε ότι το υπέρυθρο θερμόμετρο δεν εκπέμπει υπέρυθρες ακτίνες για να μετρήσει τη θερμοκρασία από μόνο του, αλλά το ανθρώπινο σώμα μας εκπέμπει υπέρυθρες ακτίνες και το υπέρυθρο θερμόμετρο συλλέγει αυτές τις υπέρυθρες ακτίνες.
Τι χρειάστηκε από την πυροδότηση του όπλου μέχρι την εμφάνιση των αριθμών;
Τώρα γνωρίζουμε ότι το υπέρυθρο θερμόμετρο συλλέγει την ισχύ υπέρυθρης ακτινοβολίας ανά μονάδα επιφάνειας στο μέτωπο και γνωρίζουμε επίσης ότι η θερμοκρασία μπορεί να ληφθεί μέσω του τύπου, οπότε πώς μπορούμε να λάβουμε την τιμή θερμοκρασίας που εμφανίζεται στην οθόνη; Το υπέρυθρο θερμόμετρο αποτελείται από οπτικό σύστημα, φωτοηλεκτρικό ανιχνευτή, ενισχυτή σήματος, επεξεργασία σήματος, έξοδο οθόνης και άλλα μέρη. Το οπτικό σύστημα συγκλίνει την ενέργεια υπέρυθρης ακτινοβολίας στόχο εντός του οπτικού του πεδίου και η υπέρυθρη ενέργεια εστιάζει στον φωτοανιχνευτή και μετατρέπεται σε αντίστοιχο ηλεκτρικό σήμα. Το ηλεκτρικό σήμα ενισχύεται, φιλτράρεται, μετατρέπεται σε αναλογικό σε ψηφιακό και αποστέλλεται στον μικροελεγκτή (ένας μικρός αλλά πλήρης μικροϋπολογιστής ενσωματωμένος σε τσιπ πυριτίου) για επεξεργασία σήματος. Η μονάδα οθόνης υγρών κρυστάλλων εμφανίζει την τιμή θερμοκρασίας του μετρούμενου στόχου.
