Trả lời nhanh
Tia hồng ngoại được phát ra từ mọi vật có nhiệt độ lớn hơn 0 K (tức là mọi vật xung quanh ta), không cần vật phải nóng đỏ. Vật có nhiệt độ cao hơn môi trường thì tỏa tia hồng ngoại ra ngoài rõ rệt nhất. Lý do: các hạt trong vật luôn dao động nhiệt, nên vật luôn bức xạ sóng điện từ, trong đó có vùng hồng ngoại.
Tia hồng ngoại là gì?
Tia hồng ngoại là sóng điện từ có bước sóng dài hơn bước sóng của ánh sáng đỏ, nên mắt người không nhìn thấy. Bước sóng của nó bắt đầu từ khoảng 0,76 micromet và kéo dài tới cỡ vài milimet. Vì tần số thấp hơn ánh sáng đỏ nên nó nằm “ngoài” (bên dưới) màu đỏ của quang phổ, do đó có tên là hồng ngoại.
Tia hồng ngoại được phát ra từ đâu?
Trong vật chất, các nguyên tử, phân tử luôn chuyển động nhiệt hỗn loạn. Chuyển động đó làm vật bức xạ sóng điện từ, gọi là bức xạ nhiệt. Chỉ cần nhiệt độ lớn hơn 0 K thì sự bức xạ này vẫn tồn tại.
- Ở nhiệt độ thường (cơ thể người, bàn ghế, tường nhà): bức xạ chủ yếu nằm trong vùng hồng ngoại, mắt không thấy.
- Khi nhiệt độ tăng: công suất bức xạ tăng nhanh, bước sóng cực đại dịch dần về phía ngắn hơn. Đến vài nghìn kelvin, vật mới phát thêm ánh sáng nhìn thấy (dây tóc bóng đèn, thanh sắt nung đỏ).
- Nguồn quen thuộc: Mặt Trời, bóng đèn dây tóc, bếp than, bếp ga, lò sưởi, cơ thể người và động vật.
Cách nhớ: “Có nhiệt là có hồng ngoại”. Vật nóng hơn môi trường thì tỏa nhiệt ra xung quanh nhiều hơn, nên ta cảm nhận được “hơi ấm” từ xa.
Ví dụ mở rộng: vì sao người phát hồng ngoại?
Theo định luật Wien (kiến thức mở rộng), bước sóng ứng với bức xạ mạnh nhất là λmax = b/T, với b ≈ 2,898·10-3 m·K.
| Vật | Nhiệt độ gần đúng | λmax gần đúng | Vùng |
|---|---|---|---|
| Cơ thể người (37 °C) | 310 K | 9,3 micromet | Hồng ngoại |
| Dây tóc bóng đèn | 2800 K | 1,0 micromet | Hồng ngoại (có phần ánh sáng thấy được) |
| Bề mặt Mặt Trời | 5800 K | 0,5 micromet | Ánh sáng nhìn thấy |
Bảng cho thấy bóng đèn dây tóc tỏa phần lớn năng lượng dưới dạng hồng ngoại, chỉ một phần nhỏ thành ánh sáng. Vì thế đèn sợi đốt nóng tay và kém hiệu quả chiếu sáng.
Tính chất và ứng dụng của tia hồng ngoại
- Tác dụng nhiệt rất mạnh: dùng sấy khô sản phẩm, sưởi ấm, đèn hồng ngoại trị liệu.
- Gây hiệu ứng quang điện trong ở một số chất bán dẫn: dùng trong cảm biến, điều khiển từ xa (remote tivi).
- Tác dụng lên một số loại phim ảnh đặc biệt: chụp ảnh ban đêm, ảnh vệ tinh.
- Có thể biến điệu như sóng cao tần: truyền tín hiệu.
- Camera ảnh nhiệt: ghi lại bức xạ hồng ngoại của vật để đo thân nhiệt, nhìn trong tối.
Lỗi sai thường gặp
- Nghĩ chỉ vật nóng đỏ mới phát hồng ngoại. Sai: vật ở nhiệt độ phòng, cả cục đá, vẫn phát hồng ngoại (rất yếu).
- Nghĩ chỉ vật có nhiệt độ trên 0 °C mới phát. Sai: mốc đúng là 0 K (−273 °C), không phải 0 °C.
- Nhầm với tia tử ngoại. Tử ngoại có bước sóng ngắn hơn ánh sáng tím và thường cần vật rất nóng (hồ quang, Mặt Trời) mới phát mạnh; hồng ngoại thì vật nóng vừa phải cũng phát.
- Nhầm tia hồng ngoại là “nhiệt”. Hồng ngoại là sóng điện từ; nhiệt là năng lượng mà vật hấp thụ được từ nó, nên ta thấy ấm.
Bài luyện tập
- Một thanh sắt ở 25 °C có phát ra tia hồng ngoại không?
Đáp án: Có, vì nhiệt độ của nó (298 K) lớn hơn 0 K. - Vì sao camera ảnh nhiệt nhìn được người trong bóng tối hoàn toàn?
Đáp án: Cơ thể người phát hồng ngoại (cực đại quanh 9–10 micromet), camera thu bức xạ này chứ không cần ánh sáng nhìn thấy. - Tính λmax của vật ở 1450 K. Nó thuộc vùng nào?
Đáp án: λmax = 2,898·10-3/1450 ≈ 2,0·10-6 m = 2 micromet, lớn hơn 0,76 micromet nên thuộc vùng hồng ngoại.
Câu hỏi thường gặp
Tia hồng ngoại do vật nào phát ra?
Mọi vật có nhiệt độ lớn hơn 0 K đều phát ra tia hồng ngoại. Vật càng nóng thì bức xạ hồng ngoại càng mạnh, ví dụ bóng đèn dây tóc, bếp than, cơ thể người.
Vật lạnh như cục đá có phát tia hồng ngoại không?
Có. Cục đá vẫn có nhiệt độ lớn hơn 0 K nên vẫn bức xạ hồng ngoại, chỉ là rất yếu so với vật nóng.
Tia hồng ngoại khác tia tử ngoại ở điểm nào?
Hồng ngoại có bước sóng dài hơn ánh sáng đỏ, tác dụng nổi bật là tác dụng nhiệt. Tử ngoại có bước sóng ngắn hơn ánh sáng tím, tác dụng nổi bật là hóa học, diệt khuẩn, gây phát quang.
Mắt người có nhìn thấy tia hồng ngoại không?
Không. Bước sóng của tia hồng ngoại lớn hơn khoảng 0,76 micromet, nằm ngoài vùng ánh sáng nhìn thấy, nên cần thiết bị như camera hồng ngoại để quan sát.