[Daftar Isi Ilmu Inframerah]

1.Penemuan sinar inframerah
2.Apa itu inframerah?
3.Jenis-jenis inframerah
4.Apa itu pemanasan?
5.Empat hukum dasar radiasi
6.Laju penyerapan sinar inframerah jauh
7.Pembangkitan sinar inframerah jauh
8.Perbandingan sinar inframerah jauh dan infra merah dekat
9.Tindakan pencegahan saat menggunakan sinar inframerah jauh (Tanya Jawab)
10.Berat jenis, panas jenis, dan konduktivitas termal bahan utama

① Hukum Planck

Max Karl Ernst Ludwig Planck, 23 April 1858 – 4 Oktober 1947 fisikawan Jerman
Hukum Planck adalah rumus dalam fisika mengenai pancaran spektral gelombang elektromagnetik yang dipancarkan benda hitam, atau distribusi panjang gelombang kerapatan energi. Dimungkinkan untuk menjelaskan dengan benar pancaran spektral radiasi elektromagnetik dari benda hitam pada suhu tertentu T pada seluruh rentang panjang gelombang. Pada tahun 1900, dipimpin oleh fisikawan Jerman Max Planck.
Ketika mempertimbangkan penurunan hukum ini, Planck berasumsi bahwa energi osilator dalam medan radiasi adalah kelipatan bilangan bulat dari besaran energi dasar tertentu (sekarang disebut kuantum energi) ε = hν. Hipotesis kuantum (kuantisasi) energi ini mempunyai pengaruh besar pada awal mula mekanika kuantum selanjutnya.

Hukum Planck menunjukkan hubungan antara energi radiasi benda hitam dan panjang gelombang. Bahan memancarkan energi dalam bentuk gelombang elektromagnetik sesuai dengan suhunya. 　Energi yang dipancarkan berubah tergantung pada suhu, zat, dan kondisi permukaannya.
Emisivitas material umum adalah 1 atau kurang. Oleh karena itu, karakteristik energi radiasi spektral zat yang suhunya sama dengan benda hitam akan digambarkan di bawah kurva benda hitam.

② Hukum Stefan Boltzmann

Josef Stefan, 24 Maret 1835 – 7 Januari 1893 fisikawan Austria

Ludwig Edouard Boltzmann, 20 Februari 1844 – 5 September 1906 fisikawan Austria
Jumlah energi yang dipancarkan suatu zat meningkat seiring dengan meningkatnya suhu zat tersebut. Jumlah energi (E) yang dipancarkan benda hitam pada suhu absolut T (satuan: Kelvin K) diperoleh dengan mengintegrasikan hukum Planck pada semua panjang gelombang, dan diberikan dalam bentuk yang sebanding dengan pangkat empat suhu absolut. Anda bisa Ini disebut hukum Stefan Boltzmann.
Ditemukan secara eksperimental oleh Joseph Stephan pada tahun 1879 dan dibuktikan secara teoritis oleh muridnya Ludwig Boltzmann pada tahun 1884. Hal ini disebut hukum Stefan Boltzmann, dinamai menurut nama mereka.
Ｅ＝5.6697×10－８・Ｔ４ [W/m2]

③ Hukum perpindahan Wien

Wilhelm Karl Werner Otto Fritz Franz Wien, 13 Januari 1864 – 30 Agustus 1928 Fisikawan Jerman

Hukum perpindahan Wien ditemukan oleh Wien pada tahun 1896.
Panjang gelombang puncak (titik dengan energi tertinggi) gelombang elektromagnetik yang dipancarkan suatu zat bergeser ke panjang gelombang yang lebih pendek seiring dengan meningkatnya suhu radiator.
hukum perpindahan Wien
=2897/T [μm]
Ini disebut hukum perpindahan Wien.
Misalnya, panjang gelombang puncak (λ) gelombang elektromagnetik yang dipancarkan manusia dengan suhu tubuh 36℃ (suhu absolut T = 36 + 273 = 309K) adalah 2897±309 = 9,4μm. Dengan kata lain, manusia memancarkan radiasi inframerah jauh dengan panjang gelombang puncak sekitar 9,4 μm.
Daerah terpadu (energi) pada sisi panjang gelombang pendek dari panjang gelombang puncak yang ditunjukkan oleh hukum perpindahan Wien adalah 25% dari total energi, dan pada sisi panjang gelombang panjang adalah 75%. Dengan kata lain, sisi panjang gelombang yang panjang (sisi inframerah jauh) memancarkan energi tiga kali lebih banyak.
Jadi, berapakah panjang gelombang (λ) yang membagi energi radiasi benda hitam pada suhu mutlak T (K) menjadi dua?, dapat dicari dengan rumus: λ = 4,108/T [μm].
Misalnya, pada batas panjang gelombang 3 μm antara daerah inframerah dekat dan daerah inframerah jauh, suhu benda hitam T di mana energi radiasi dibagi 50% adalah T = 4,108/3 = 1,369 (K) (= 1,369-273) = 1,096°C.
Terlihat bahwa sinar inframerah jauh mempunyai beban yang besar hingga suhu yang sangat tinggi. Selain itu, panjang gelombang puncak saat ini adalah 2.897/1.369 = 2,1 μm, yang secara alami berada di wilayah inframerah dekat.
Wien menerima Hadiah Nobel Fisika pada tahun 1911 atas “penemuannya mengenai hukum radiasi termal”.

④ Hukum Kirchhoff (energi pancaran)

Gustav Robert Kirchhoff, 12 Maret 1824 – 17 Oktober 1887, fisikawan Prusia (sekarang Oblast Kaliningrad, Rusia)
Rasio energi radiasi yang dipancarkan suatu zat dalam kesetimbangan radiasi terhadap kapasitas penyerapannya adalah konstan, apa pun zatnya, dan nilainya sama dengan energi radiasi benda hitam sempurna.
Dengan kata lain, dalam kasus material buram umum, laju penyerapan dan emisivitas adalah sama, yang merupakan hukum yang ditemukan oleh Kirchhoff pada tahun 1860.
Kirchhoff menemukan hukum-hukum mengenai rangkaian listrik, hukum-hukum tentang energi pancaran, dan hukum-hukum tentang kalor reaksi, sehingga sering disebut dengan hukum Kirchhoff (energi pancaran).

[Daftar Isi Ilmu Inframerah]

1.Penemuan sinar inframerah
2.Apa itu inframerah?
3.Jenis-jenis inframerah
4.Apa itu pemanasan?
5.Empat hukum dasar radiasi
6.Laju penyerapan sinar inframerah jauh
7.Pembangkitan sinar inframerah jauh
8.Perbandingan sinar inframerah jauh dan infra merah dekat
9.Tindakan pencegahan saat menggunakan sinar inframerah jauh (Tanya Jawab)
10.Berat jenis, panas jenis, dan konduktivitas termal bahan utama

Energi panas berpindah dari suhu yang lebih tinggi ke suhu yang lebih rendah.
Ada tiga prinsip bagaimana panas berpindah: konduksi, konveksi, dan radiasi.
Dalam situasi sebenarnya, perpindahan panas terjadi dengan menggunakan kombinasi ketiga prinsip ini.

[Perpindahan panas konduksi (konduksi termal)]

Saat Anda memanaskan ujung batang logam, panasnya secara bertahap berpindah ke ujung lainnya.
Perpindahan panas melalui zat disebut perpindahan panas konduktif (konduksi termal).
Konduktivitas termal bervariasi tergantung pada zatnya. Logam merupakan konduktor panas yang baik.
Gas pada umumnya merupakan konduktor panas yang buruk.
Oleh karena itu, material berpori memiliki konduktivitas termal yang lebih rendah dibandingkan material padat, dan ini digunakan sebagai isolator panas.
Perpindahan panas konduksi (konduksi termal) adalah fenomena dimana fluks panas (jumlah energi yang melintasi suatu satuan luas dalam satuan waktu) sebanding dengan gradien suhu dalam suatu zat tanpa pergerakan benda, dan dinyatakan dengan rumus berikut. sebagai hukum Fourier. akan selesai.

q = Fluks panas W/m2
k=Konduktivitas termal W/mK
T=Suhu K
X=Posisi m
q＝-k　x　dT/dX

[Perpindahan panas konveksi (perpindahan panas)]

Ketika air atau udara (cairan atau gas) dipanaskan dari bawah, bagian yang dipanaskan akan mengembang dan menjadi kurang padat dan naik, sedangkan bagian atas yang lebih dingin akan turun. Tindakan ini diulangi dan suhu meningkat secara keseluruhan.
Cara perpindahan panas dengan menggerakkan zat cair dan gas disebut konveksi.
Perpindahan panas konvektif (perpindahan panas) menggambarkan perpindahan panas sebanding dengan perbedaan suhu, dan menggambarkan aliran materi dan fluks panas yang disertai dengan fenomena fisik lainnya seperti kondensasi, penguapan, dan perubahan konsentrasi.
dq = jumlah kalor yang dipindahkan melintasi satuan luas dalam satuan waktu (W/m2)
h = koefisien perpindahan panas
Tf = suhu zat cair
Ts = adalah suhu permukaan padat
dq = h(Tf – Ts)

[Perpindahan panas radiasi (radiasi termal)]

Sebagaimana panas matahari (gelombang elektromagnetik) yang langsung mencapai bumi dan menghangatkan bumi, cara perpindahan panas yang tidak memerlukan media perantara disebut perpindahan panas radiatif (radiasi termal).
Pada saat ini, panas langsung diserap oleh material dalam bentuk gelombang elektromagnetik, sehingga menaikkan suhu material.
Perpindahan panas sinar inframerah jauh (yang mengaktifkan getaran timbal balik atom-atom pembentuk zat) sebenarnya adalah perpindahan panas radiasi (radiasi termal).
Jika pada medium perantara terdapat gas seperti nitrogen (N2) atau oksigen (O2), maka sinar infra merah jauh tidak akan diserap, namun jika gas tersebut memiliki polaritas seperti karbon dioksida (CO2) atau uap air (H2O ), Ini diserap oleh gas.
Radiasi termal adalah energi yang dipancarkan dari permukaan padat sebagai gelombang elektromagnetik menurut hukum Planck, dan pertukaran energi tersebut mengikuti hukum Kirchhoff.
Hukum utama yang berkaitan dengan suhu adalah hukum Stefan Boltzmann yang menyatakan bahwa energi radiasi suatu benda hitam sebanding dengan pangkat empat suhu benda tersebut.

[Daftar Isi Ilmu Inframerah]

1.Penemuan sinar inframerah
2.Apa itu inframerah?
3.Jenis-jenis inframerah
4.Apa itu pemanasan?
5.Empat hukum dasar radiasi
6.Laju penyerapan sinar inframerah jauh
7.Pembangkitan sinar inframerah jauh
8.Perbandingan sinar inframerah jauh dan infra merah dekat
9.Tindakan pencegahan saat menggunakan sinar inframerah jauh (Tanya Jawab)
10.Berat jenis, panas jenis, dan konduktivitas termal bahan utama

[Jenis-jenis inframerah]

Inframerah merupakan gelombang elektromagnetik dengan panjang gelombang lebih panjang dari lampu merah dan lebih pendek dari gelombang milimeter, dengan panjang gelombang berkisar antara 0,7 μm hingga 1000 μm.
Sinar inframerah dibagi menjadi inframerah dekat, inframerah tengah, dan inframerah jauh menurut panjang gelombangnya.
Alternatifnya, dapat dibagi menjadi cahaya inframerah-dekat dan cahaya inframerah-jauh pada 3 μm.
Setiap klasifikasi panjang gelombang sedikit berbeda tergantung pada komunitas atau asosiasi.

[Inframerah tengah]

Inframerah dekat merupakan gelombang elektromagnetik dengan panjang gelombang kurang lebih 0,7 – 2,5 μm, mendekati cahaya tampak merah.
Karena sifatnya yang mirip dengan cahaya tampak, ia digunakan sebagai “cahaya tak terlihat” pada kamera inframerah, komunikasi inframerah, dan kendali jarak jauh untuk peralatan rumah tangga.

[Inframerah tengah]

Inframerah-tengah adalah gelombang elektromagnetik dengan panjang gelombang sekitar 2,5 – 4 μm (2,5-10 μm dalam bidang astronomi), dan kadang-kadang diklasifikasikan sebagai bagian dari inframerah-dekat.

[Inframerah jauh]

Inframerah jauh merupakan gelombang elektromagnetik dengan panjang gelombang kurang lebih 4 – 1000 μm (3 – 1000 μm oleh Far Independent Association), dan memiliki sifat yang mirip dengan gelombang radio.
Inframerah selalu dipancarkan dari suatu benda, fenomena ini disebut radiasi benda hitam, semakin tinggi suhu suatu benda maka semakin kuat sinar infra merah yang dipancarkan, dan puncak panjang gelombang radiasi berbanding terbalik dengan suhu.
Panjang gelombang puncak inframerah yang dipancarkan suatu benda pada suhu ruangan 20℃ kira-kira 10μm.

[Daftar Isi Ilmu Inframerah]

1.Penemuan sinar inframerah
2.Apa itu inframerah?
3.Jenis-jenis inframerah
4.Apa itu pemanasan?
5.Empat hukum dasar radiasi
6.Laju penyerapan sinar inframerah jauh
7.Pembangkitan sinar inframerah jauh
8.Perbandingan sinar inframerah jauh dan infra merah dekat
9.Tindakan pencegahan saat menggunakan sinar inframerah jauh (Tanya Jawab)
10.Berat jenis, panas jenis, dan konduktivitas termal bahan utama

Cahaya yang tidak terlihat dengan mata telanjang namun memiliki kekuatan untuk memanaskan benda disebut “inframerah” karena berada “di luar kisaran merah”.
Sinar inframerah adalah “gelombang elektromagnetik” seperti “sinar-X”, “sinar ultraviolet”, “cahaya tampak”, “gelombang mikro”, dan “gelombang radio”.

Gelombang elektromagnetik adalah gelombang yang terbentuk akibat perubahan medan listrik dan magnet di ruang angkasa.
Medan listrik dan medan magnet secara bergantian menghasilkan satu sama lain melalui induksi elektromagnetik, menciptakan keadaan di mana ruang itu sendiri bergetar, dan fluktuasi periodik medan elektromagnetik ini merambat ke ruang sekitarnya sebagai gelombang transversal, menciptakan energi. Ini adalah jenis radiasi fenomena.
Oleh karena itu, disebut juga radiasi elektromagnetik.
Karena ruang itu sendiri bergetar dengan energi, gelombang diperkirakan dapat merambat bahkan dalam ruang hampa, di mana tidak ada zat (medium) yang dapat mentransmisikannya.
Arah getaran yang ditimbulkan oleh medan listrik dan medan magnet gelombang elektromagnetik saling tegak lurus, dan arah rambat gelombang elektromagnetik juga tegak lurus terhadapnya.
Pada dasarnya, ia bergerak lurus melalui ruang, tetapi di ruang di mana materi berada, terjadi fenomena seperti penyerapan, pembiasan, hamburan, difraksi, interferensi, dan pemantulan.
Arah perjalanan juga telah diamati membengkok karena distorsi spasial seperti medan gravitasi.
Kecepatan rambat gelombang elektromagnetik dalam ruang hampa bervariasi, tidak peduli arah atau kecepatan pergerakan pengamat, nilai tersebut akan selalu konstan sebesar 299.792.458 m/s (kira-kira 300.000 kilometer per detik). Hal ini telah dikonfirmasi melalui berbagai eksperimen, dan karena alasan ini disebut kecepatan cahaya dalam ruang hampa, dan merupakan salah satu konstanta fisika terpenting.
Einstein membangun teori relativitas khususnya berdasarkan prinsip kecepatan cahaya yang konstan, yang sepenuhnya mengubah konsep waktu dan ruang.
Cepat rambat gelombang elektromagnetik dalam suatu bahan (medium) adalah cepat rambat cahaya dalam ruang hampa dibagi indeks bias bahan tersebut, misalnya kecepatan rambat cahaya pada berlian yang indeks biasnya 2,417 dikurangi menjadi sekitar 41 % dari kecepatan cahaya.
Ketika gelombang elektromagnetik merambat melintasi batas antara material dengan indeks bias berbeda, kecepatan rambatnya berubah, menyebabkan pembiasan sesuai dengan prinsip Huygens. Lensa memanfaatkan ini.
Perhatikan bahwa indeks bias suatu bahan biasanya berubah tergantung pada panjang gelombang gelombang elektromagnetik, dan ini disebut dispersi.
Pelangi tampaknya memiliki tujuh warna karena ketika sinar matahari melewati tetesan air kecil seperti kabut, ungu, yang memiliki panjang gelombang lebih pendek, dibiaskan lebih banyak daripada merah, yang memiliki panjang gelombang lebih panjang, karena dispersi.
Sifat-sifat gelombang elektromagnetik ditentukan oleh panjang gelombang, amplitudo (kekuatan medan elektromagnetik adalah kuadrat amplitudo), arah rambat, bidang polarisasi (polarisasi), dan fasa.
Spektrum gelombang elektromagnetik yang mempertimbangkan perubahan panjang gelombang disebut spektrum.
Berdasarkan urutan panjang gelombangnya, mereka diklasifikasikan menjadi sinar gamma, sinar X, sinar ultraviolet, cahaya tampak,　inframerah, dan gelombang radio.
Cahaya tampak (0,4μm – 0,7μm) adalah rentang gelombang elektromagnetik yang sangat sempit.
Proses penemuannya berbeda-beda tergantung pada “panjang gelombang”, dan didasarkan pada pemahaman sistematis yang kita miliki saat ini
Max Karl Ernst Ludwig Planck (fisikawan Jerman 23 April 1858 – 4 Oktober 1947) menciptakan teori kuantum.

[Daftar Isi Ilmu Inframerah]

1.Penemuan sinar inframerah
2.Apa itu inframerah?
3.Jenis-jenis inframerah
4.Apa itu pemanasan?
5.Empat hukum dasar radiasi
6.Laju penyerapan sinar inframerah jauh
7.Pembangkitan sinar inframerah jauh
8.Perbandingan sinar inframerah jauh dan infra merah dekat
9.Tindakan pencegahan saat menggunakan sinar inframerah jauh (Tanya Jawab)
10.Berat jenis, panas jenis, dan konduktivitas termal bahan utama

[Daftar Isi Ilmu Inframerah]

1.Penemuan sinar inframerah
2.Apa itu inframerah?
3.Jenis-jenis inframerah
4.Apa itu pemanasan?
5.Empat hukum dasar radiasi
6.Laju penyerapan sinar inframerah jauh
7.Pembangkitan sinar inframerah jauh
8.Perbandingan sinar inframerah jauh dan infra merah dekat
9.Tindakan pencegahan saat menggunakan sinar inframerah jauh (Tanya Jawab)
10.Berat jenis, panas jenis, dan konduktivitas termal bahan utama

Ilmu Inframerah 1 Penemuan Sinar Inframerah

Cahaya inframerah ditemukan oleh seorang jenius multi talenta.

Sir Frederick William Herschel

Sir Frederick William Herschel (15 November 1738 – 25 Agustus 1822) adalah seorang astronom Inggris kelahiran Hanover, Jerman, seniman, musisi, pembuat teleskop. Banyak pencapaian di bidang astronomi, seperti penemuan Uranus, penemuan bulan-bulan Saturnus, dan studi tentang gerak diri bintang-bintang tetap.

Friedrich Wilhelm Herschel lahir di Hanover, anak keempat dari sepuluh bersaudara dalam keluarga Yahudi.
Pada usia 14 tahun, ia bergabung dengan kelompok Resimen Pengawal Hanoverian, tempat ayahnya Isaac dan kakak laki-lakinya Jacob bertugas, sebagai pemain obo.
Saat itu, Inggris dan Electorate of Hanover sedang membentuk konfederasi di bawah Raja George II, sehingga orkestranya ditugaskan ke Inggris.
Dia dengan cepat belajar bahasa Inggris dan pindah ke Inggris pada usia 17 tahun, mengambil nama Frederick William Herschel.
Di Inggris, Herschel memiliki karir yang sukses sebagai guru musik dan bandmaster.
Herschel memainkan biola, obo, dan kemudian organ.
Ketika Herschel terlibat dalam musik, dia perlahan-lahan menjadi tertarik pada matematika, dan bahkan mulai belajar astronomi.
Sekitar usia 34 tahun, ia mulai terlibat serius dalam astronomi, mulai membuat teleskopnya sendiri, dan berkenalan dengan astronom Neville Maskelin.
Herschel mengamati bulan, mengukur ketinggian gunung di bulan, dan menyusun katalog bintang ganda.
Titik balik kehidupan Herschel terjadi pada 13 Maret 1781, saat ia berusia 42 tahun.
Pada hari ini, saya menemukan Uranus di rumah saya di 19 New King Street, Bath.
Penemuan ini langsung membuatnya menjadi selebriti, dan sejak saat itu ia mengabdikan dirinya pada penelitian astronomi.
Herschel membangun lebih dari 400 teleskop selama hidupnya. Teleskop terbesar dan paling terkenal adalah teleskop pemantul dengan panjang fokus 40 kaki (12 m) dan bukaan 49 1/2 inci (126 cm).
Herschel menemukan bahwa resolusi sudut yang sangat tinggi dapat diperoleh dengan mengaburkan sebagian bukaan teleskop.
Prinsip ini menjadi dasar interferometri dalam astronomi masa kini.
Pada tanggal 11 Februari 1800, Herschel, 62 tahun, sedang menguji filter untuk mengamati bintik matahari.
Saya perhatikan bahwa penggunaan filter merah menghasilkan banyak panas.
Herschel menemukan emisi inframerah sinar matahari dengan memasang termometer di sebelah lampu merah dalam spektrum tampak melalui prisma.
Termometer ini awalnya ditujukan untuk mengukur dan mengendalikan suhu di laboratorium.
Herschel terkejut saat mengetahui bahwa suhunya lebih tinggi dari spektrum yang terlihat.
Eksperimen lebih lanjut membawa Herschel pada kesimpulan bahwa pasti ada bentuk cahaya tak kasat mata di luar spektrum tampak.

Hershel di tahun-tahun terakhirnya

Diagram skema percobaan Herschel

Terinspirasi oleh eksperimen Herschel, fisikawan Jerman Johann Wilhelm Ritter (1776-1810) menemukan sinar ultraviolet pada tahun 1801 dengan menggunakan perak klorida yang peka terhadap cahaya.