תת-אדום

קרינה תת-אדומה או אינפרה-אדום היא קרינה אלקטרומגנטית שאורך הגל שלה ארוך משל האור הנראה, אך קצר משל קרינת מיקרוגל. מקור השם "אינפרה-אדומה" במילה הלטינית infra, שמשמעותה "מתחת", שכן התדר של הקרינה נמצא מתחת לזו של אור אדום. אורכי הגל הכלולים בתחום מוגדרים בדרך כלל כאלה שבין 750 ננומטר (קצה גבול הראיה האנושית) ועד כ-30,000 ננומטר (30 מיקרון) (גבול תדרי קרינת טרה-הרץ).

כל עצם על פני כדור הארץ, ובפרט גוף האדם ובעלי חיים, פולטים קרינת חום בתחום זה, כיוון שלפי חוק פלאנק, זהו תחום התדרים אותו פולט גוף שחור הנמצא בטמפרטורה של כמה עשרות מעלות צלזיוס. זו הסיבה שמצלמות תת-אדום פועלות היטב גם בלילה, ללא קשר למקור תאורה חיצוני. גם לבעלי חיים מסוימים (כגון נחשים) יש חיישנים המסוגלים "לראות" את הקרינה.

לקרינה תת-אדומה ישנם שימושים רבים בטכנולוגיה, החל ממצלמות הרואות ביום ובלילה, דרך תקשורת בין מכשירים, ועד לחימום.

Electromagnetic Spectrum 1030
קרינה תת-אדומה - האזור הדהוי באדום כפי שמיוצג בספקטרום הקרינה האלקטרומגנטית
Infrared dog
תמונה של כלב קטן שצולמה בעזרת שימוש באור תת-אדום עם סולם טמפרטורה

היסטוריה

את הקרינה התת-אדומה גילה האסטרונום הבריטי ויליאם הרשל בשנת 1800, עת ערך ניסוי בו הצמיד מדחום כספית למנסרה שמפצלת אור לבן לאלומות אור בצבעים שונים. כאשר בדק את הטמפרטורה שמדד המדחום, כתוצאה מהצבעים הפוגעים בו, גילה שגם מעבר לאלומת האור האדום הנשבר דרך המנסרה, עלתה הטמפרטורה במדחום, אף שלא נראה שם אור בצבע כלשהו.

תת-חלוקות של הספקטרום התת-אדום

Atmosfaerisk spredning
העברה אטמוספירית בתחום התת-אדום. ניתן לראות את החלונות האטמוספיריים, 8-14 מיקרון לדוגמה

קיימות מספר חלוקות נפוצות של הספקטרום התת-אדום, על פי התחומים השונים שמשתמשים בקרינה. התחומים השונים נגזרים מתוך החלונות האטמוספיריים (ראו איור) ומתוך הטכנולוגיות שמשמשות ליצירת גלאים.

חלוקת ה-CIE

על פי המונחון של הוועדה הבינלאומית לתאורה (CIE) הספקטרום מתחלק לשלושה תת-תחומים:

  • IR-A או תת-אדום קרוב (NIR): ‏750 עד 1,400 ננומטר (0.75-1.4 מיקרון), תחום שנקבע על פי בליעת אור באטמוספירה על ידי אדי מים שהיא נמוכה בתחום זה. התחום משמש בסיבים אופטיים עקב הבליעה הנמוכה בתחום זה של הסיליקה ממנה הם עשויים. התחום משמש גם לאמצעי ראיית לילה. מוליך למחצה מסוג סיליקון רגיש עד אורך גל מרבי של 1,100 מיקרון, אם הוא מיוצר באופן מתאים.
  • IR-B או תת-אדום קצר (SWIR): ‏1,400 עד 3,000 ננומטר (1.4 עד 3 מיקרון). תחום 1,530 עד 1,560 הוא התחום הדומיננטי בתקשורת סיבים אופטיים לטווח רחוק, עקב הבליעה הנמוכה ביותר של הסיליקה. בתחום זה רגיש המוליך-למחצה מסוג InGaAs (אינדיום-גליום ארסניד).
  • IR-C: ‏3 עד 1,000 מיקרון (0.003 עד 1 מ"מ). ניתן לחלק אותו לתת-תחומים:
    • תת-אדום בינוני (MWIR) או ביניים (IIR): ‏3-8 מיקרון. תחום 3–5 מיקרון מתוכו הוא חלון אטמוספירי המשמש לטילים מונחי חום, בעיקר כאלו המתבייתים על גזי הפליטה של מטוסי סילון, ומאפשר גם תמונה של עצמים סביב טמפרטורת החדר. בתחום זה משמשים גלאי אינדיום-אנטימוניד (InSb).
    • תת-אדום ארוך (LWIR) או ביניים (IIR): ‏8-15 מיקרון. תחום זה משמש לתמונות חום. בתחום זה הגלאים הם לרוב גלאים בולומטריים (ראו בהמשך).
    • תת-אדום ארוך מאוד (VLWIR): ‏15-30 מיקרון. חלוקה פחות מוכרת אך נפוצה בטכנולוגיה המיועדת למעבר מרחקים גדולים באטמוספירה.
    • תת-אדום רחוק (FIR) או ביניים (IIR): ‏15-1,000 מיקרון. תחום זה חופף את תחום קרינת טרה-הרץ אשר מטופלת לעיתים בתחום התת-אדום ולעיתים בתחום המיקרוגל.

חלונות אטמוספיריים

בגובה פני הים, ישנם תחומים של אורכי גל אשר עוברים מרחקים גדולים באטמוספירה, ואחרים הנבלעים לאחר מטרים בודדים או עשרות מטרים. החלונות העיקריים הם:

  • NIR+SWIR: מהאור הנראה ועד ל-2.5 מיקרון - העברה גבוהה ברוב התחום, עם פסי בליעה משמעותיים סביב 1.4 ו-1.9 מיקרון.
  • MWIR: מחולק לשני חלונות העברה: 3-4 ו-4.5-5.5 מיקרון. לרוב מצלמות פועלות ברציפות בכל התחום.
  • LWIR: פס העברה רציף בתחום 8–13 מיקרון, מלבד בליעה בפס צר סביב 9.5 מיקרון.
  • VLWIR: פס מקוטע מאוד המורכב מהעברות ובליעות צרות לסירוגין, בין 16–28 מיקרון.

הערכים שלעיל הם מקורבים בלבד, שכן העברה תלויה במרחק אשר הקרינה עוברת באטמוספירה. לדוגמה, ברוב השימושים הכוללים העברה במטרים ספורים בלבד (לדוגמה מצלמה בתוך חדר) תחום אורכי הגל המתאים גדל בהרבה. העברה באטמוספירה תלויה גם בהרכב המדויק של האטמוספירה. לדוגמה, ההעברה תלויה באופן משמעותי בלחות הנמצאת באוויר (לחות גבוהה מורידה את ההעברה), ובראות אטמוספירית באופן כללי (המצאות אובך, גשם וכו').

מאפייני תמונות תת-אדום

כאשר צופים בעצם מסוים, הקרינה שנצפית בגלאי היא סכום הקרינה שנפלטת מהעצם (הפליטה העצמית) והחזרה של קרינת הסביבה מהעצם. על פי חוק פלאנק עבור גוף שחור, עצם חם יותר פולט קרינה רבה יותר. חוק זה נכון עבור מרבית הגופים בטבע ומעשה ידי אדם (אם כי קיימות נורות כגון LED אשר פולטות קרינה עם אופי שונה לחלוטין). עוצמת הקרינה הנקלטת בגלאי גדלה לכן עם הטמפרטורה של הסביבה ושל העצם הנצפה. פליטה עצמית תלויה בטמפרטורת החומר אך גם בתכונות החומר ופני השטח שלו. את התכונות הללו מכמתים בגודל שנקרא אמיסיביות ומסומן באות , התלוי באורך הגל, טמפרטורת העצם ופני השטח שלו (גם ברמת הליטוש). בנוסחה, סך הקרינה מהעצם היא

,

כאשר היא קרינת העצם ו- היא קרינת הסביבה.

תת אדום בינוני ורחוק: "צילום חום"

Ir girl
קרינה תת-אדומה - תצלום של שתי נערות

עבור מרבית העצמים הטבעיים, וגם עבור עצמים מלאכותיים (מלבד משטחים מלוטשים) האמיסיביות קרובה מאוד ל-1 (לרוב מעל 0.9). בתמונה בתת-אדום מעל 3 מיקרון, מרבית הקרינה מגיעה מפליטה עצמית של העצמים, ולא מהחזרת אור הסביבה (בתנאי סביבה רגילים), מכיוון שפליטת הסביבה דומה בעוצמתה לפליטת העצם, והאמיסיביות קרובה ל-1: כלומר הגוף בולע את מרבית הקרינה שמגיעה אליו, והקרינה ממנו נובעת מהפליטה העצמית. לכן תמונה באורכי גל כאלו נקראת גם תמונת חום, וגלאים הפועלים בתחום נקראים גם גלאי חום. במקרים רבים עוצמת הקרינה מתכונתית בקירוב לטמפרטורת העצם, ואת הקרינות בנוסחה למעלה מחליפים בטמפרטורות:

.

יש לשים לב: תופעה זו נכונה בטמפרטורות הנפוצות בעולם, שהן החל מכמה מאות מעלות מתחת לאפס צלזיוס ועד כמה מאות מעלות צלזיוס. בכמה מאות מעלות גם תמונת אינפרה אדום קרוב תורכב ברובה מפליטה עצמית.

את המאפיינים הללו אפשר לראות בתמונה משמאל: הנשים חמות יותר מהסביבה, ואזורי הפנים ובייחוד העיניים חמים יותר משאר הגוף, למשל הבגדים והשער שהם מבודדי חום. אותם המאפיינים נראים גם בתמונת הכלב שלמעלה.

תת-אדום קרוב

תמונת תת-אדום קרוב מורכבת ברובה מהחזרת אור הסביבה מעצמים, כי הפליטה העצמית של עצמים בטמפרטורת החדר נמוכה מאוד ביחס למקורות תאורה: ביום השמש; בלילה הירח, אור כוכבים ואורות מלאכותיים. תמונת תת-אדום קרוב לכן תהיה שונה לחלוטין מתמונת תת-אדום רחוק שהיא תמונת חום. למרות זאת, תמונת תת-אדום קרוב היא דומה לתמונת אור נראה במאפייניה הכלליים, אך שונה, מכיוון שעצמים שונים מחזירים יותר או פחות באופן משמעותי. למשל פנים של בני אדם יהיו כהים תמיד (ללא קשר לצבע העור המקורי) והשער לבן תמיד.[1]

בטבע

בעלי חיים שונים מסוגלים לקלוט תדר תת-אדום. טורפים שונים, כגון העכסנים, משתמשים בראייה בתחום התת-אדום למעקב אחר חום הגוף של טרפם גם בשעות הלילה, או כשהטרף מסתתר בסבך.

גלאי תת-אדום

הגלאים נחלקים לשתי קבוצות עיקריות:

  • גלאים פוטו-וולטאים - הם צימוד מוליכים למחצה שהוא צומת PN. חלקיק אור (פוטון) שפוגע באזור הצומת יוצר זרם, שנמדד הופך לתמונה. גלאי פוטו-וולטאי בתחום הת-אדום יכול לפעול רק בטמפרטורה נמוכה מאוד, אחרת התמונה "טובעת" ברעש גדול מאוד שנובע מפליטת הסביבה של הגלאי ומהגלאי עצמו. גלאים כאלה דורשים לכן קירור חזק מאוד עד לטמפרטורות של 200 מעלות צלזיוס מתחת לאפס.
  • גלאים בולומטריים - גלאים בעלי התנגדות שמשתנה עם שינוי הטמפרטורה. הקרינה שפוגעת בגלאי גורמת להתחממותו ולכן לשינוי ההתנגדות שלו, במידה שניתנת למדידה. התקנים רגישים מאוד מסוג זה משמשים בחקר קרינת רקע קוסמית, שהם גלאים מוליכי על בטמפרטורה שהיא על גבול המעבר בין מוליך רגיל למוליך על. במצב זה כל שינוי זעיר בטמפרטורה גורם לשינוי גדול מאוד בהתנגדות.[2] גלאים כאלו פועלים כאמור בטמפרטורת המעבר שהיא לרוב נמוכה מאוד, מעלות קלווין בודדות בלבד, ונדרשים למערכת קירור מאסיבית. התקנים רגישים פחות מסוג זה משמשים לתמונות בתחום 8–14 מיקרון.

איכות הגלאי נקבעת בעיקר לפי רגישותו, שנמדדת בהפרדת הטמפרטורה שלו, שנקראת NETD ‏- ‎(Noise equivalent Temperature Difference)‎ - כלומר רעש הגלאי כפי שנמדד ביחידות טמפרטורה. זהו בקירוב הפרש הטמפרטורות המינימלי שניתן להבחנה, וככל שהוא נמוך יותר הגלאי רגיש יותר. גלאים בולומטריים רגילים מגיעים לכמה מאיות של מעלה קלווין, בעוד גלאים מוליכי-על מגיעים למיליוניות של מעלה.

גורם נוסף חשוב המשפיע על איכות הגלאי הוא זמן התגובה שלו - גלאי טוב הוא בעל זמן תגובה קצר יותר.

שימושים

  • ישומים אזרחיים
    • תקשורת בין מכשירים - תקשורת בין שלט רחוק למכשיר שהוא מפעיל (מכשיר טלוויזיה וכדומה) נעשה באמצעות קרני תת-אדום. העברת מידע נעשית בדרך הזו, גם בין מכשירי טלפון ניידים ומחשבי כף יד ובין התקנים נוספים, לצורך העברת מידע ממכשיר למכשיר, כך למשל אפשר בטלפונים חכמים להעביר קבצים ממכשיר למכשיר בלחיצת מקש. שלטי הטלוויזיה הראשונים שייצרה חברת זנית, היו מבוססים על אור רגיל, מה שגרם לבעיות לא מעטות, כי הדלקת אור רגילה הייתה מפעילה את הטלוויזיה.
    • תרמוגרפיה הנדסית - בדיקה לא הורסת באמצעות מצלמת תת-אדום מיוחדת, ניתן להבחין בכשלים בבניה, בעיות ניקוז, פיצוץ בצינורות וכדומה.
    • מדידת מרחק - מדידת מרחק של עצמים נעשית באופן שגרתי במצלמות אוטו רפלקס.
    • כיבוי אש - כבאים עושים שימוש במצלמות תרמיות בחדרים אפופי עשן, כמו כן, נעשה שימוש לאחר הכיבוי לאיתור נקודות חמות מאחורי קירות, שעלולות לחדש את השריפה לאחר שכובתה.
    • עכבר מחשב - דגמים המכונים "אופטו-מכניים" משתמשים באור תת-אדום כדי למדוד את מידת התנועה של גלגלים, המסובבים על ידי הכדור שבבסיס העכבר. גם בחלק מהדגמים האופטיים נעשה שימוש באור תת-אדום כדי לשפר את מידת הדיוק של העכבר.
    • תקשורת אופטית - בקווי תקשורת העושים שימוש בסיבים אופטיים, מועבר האות באור תת-אדום.
    • חממות - בחקלאות משתמשים בקרינה התת-אדומה על מנת לחמם את הגידולים. בחממה הבנויה ממראות נכנסת הקרינה בתדירות גבוהה יחסית. המראות משמשות עצם שקוף לתדירות גבוהה, ועצם אטום לתדירות נמוכה. ולכן הקרינה נכנסת, בפנים עוברת הקרינה תמורה, ותדירותה יורדת והיא לא יכולה לצאת, וכך היא נשארת בפנים ומחממת את האוויר.
  • יישומים צבאיים
    • ראיית לילה - שימוש נעשה בקרינה התת-אדומה ביישומים צבאיים לראיית לילה. מכיוון שחום הגופים שונה, מצלמות תת-אדום מסוגלות להמיר את הפרשי החום השונים לתמונה. וכך ניתן לראות תמונות שלא ניתן לראות באור רגיל, למשל אדם שמסתתר מאחורי שיח או מנוע מכונית מותנע.
    • הנחיה - כלי נשק מונחים תת-אדום. טילים מונחי תת-אדום מתבייתים על חתימות חום. וכך טיל הנורה לכיוון כללי של מטרה חמה, כמו מטוס או רכב, יכול להתביית אל מנועו. כך למשל טילי כתף מונחי תת-אדום אמורים להתביית על המפלטים הלוהטים של מנועי סילון. אמצעי נגד מוכר, הוא הנור שפולט מטוס קרב, כדי לשבש את ההתבייתות של הטילים עליו.

חומרים לאופטיקה של תת-אדום

זכוכית וגם גלגל העין אינם מעבירים אור תת-אדום רחוק. חומרים שקופים בתחום הזה הם גרמניום, יהלום, סולפיד האבץ (Zinc sulfide), סלניד האבץ (ZnSe), ואף מלח בישול.

חומרים השקופים לתת-אדום בינוני (כולל אור נראה) הם ספיר, ספינל (magnesium aluminate spinel) ואלומיניום אוקסי-ניטריד (AlON).

ראו גם

קישורים חיצוניים

הערות שוליים

  1. ^ תמונת תת-אדום קרוב לעומת אור נראה באתר חברת Goodrich
  2. ^ Superconducting Bolometers at Yale Prober Lab
AIM-9 סיידוויינדר

AIM-9 סיידוויינדר (באנגלית: AIM-9 Sidewinder) הוא טיל אוויר-אוויר מונחה תת-אדום לטווח קצר הנישא על ידי מטוסי קרב ונחשב לטיל היעיל הראשון מסוג זה. הטיל הוא מתוצרת ארצות הברית ופותח ברובו על ידי ויליאם ב. מקלין.

הסיידוויינדר נמצא בשימוש עד היום, בגרסאות שונות, בחילות אוויר רבים - כולל חיל האוויר הישראלי, שבו הוא נקרא "לולב" והשיג הפלות רבות, ושימש גם כבסיס למערכת טילי קרקע-אוויר MIM-72 צ'פרל.

אדום

אדום הוא אחד מצבעי היסוד (במערכת ההוספה). האור האדום הוא קרינה אלקטרומגנטית בתדירויות הגל הנמוכות ביותר שעין האדם מסוגלת לקלוט. אורך הגל של אור אדום הוא בין 620 ל-740 ננומטר (תדירות בין 400 ל-480 טרה-הרץ). אורכי גל ארוכים יותר נקראים "תת-אדום" (או "אינפרה-אדום") והם אינם בתחום הספקטרום הנראה לעין האנושית. גוון אדום אשר נוטה לעבר הכתום וחסר כל מרכיב כחול נקרא "שני". אדום אשר חסר כל מרכיב צהוב ונוטה לעבר הסגול נקרא "ארגמן". אדום עם גוון סגלגל נקרא "אדום יין", "בורגונדי" או "בורדו".

דם מחומצן הוא אדום עקב נוכחות ההמוגלובין והחמצן. אור אדום הוא הראשון שנבלע על ידי מי ים, לכן דגים וחסרי חוליות ימיים שנראים אדומים, נראים למעשה שחורים בסביבה הטבעית שלהם כשמביטים בהם ממרחק של יותר מכמה מטרים.

אופטיקה

אוֹפְּטִיקָה (מיוונית עתיקה: ops - עין, optikos - הקשור לראייה) היא תחום בפיזיקה המתאר את התכונות וההתנהגות של האור, ואת יחסי הגומלין בין אור לחומר. אופטיקה מסבירה תופעות אופטיות, שמצידן מדגימות את עקרונות האופטיקה.

האופטיקה נוכחת בחיי היום-יום: עדשת העין האנושית פועלת על-פי עקרונותיה, ותופעות רבות בהן הקשת בענן, פאטה מורגנה (מיראז'), ההילה סביב הירח או השמש, "כלבי השמש", ההבזק הירוק ועוד, הן אופטיות.

תחום האופטיקה מוקדש בדרך-כלל לתיאור ההתנהגות של אור נראה, אור תת-אדום, ואור על-סגול על הספקטרום האלקטרומגנטי; אולם היות שאור הוא קרינה אלקטרומגנטית, תופעות מקבילות מתרחשות גם בקרני רנטגן, קרינת מיקרוגל, גלי רדיו וסוגים אחרים של קרינה אלקטרומגנטית. לפיכך ניתן להתייחס לאופטיקה כאל תת-תחום של אלקטרומגנטיות. מספר תופעות אופטיות תלויות בטבעו הקוונטי של האור, ולפיכך תחומים מסוימים באופטיקה קשורים גם למכניקת הקוונטים.

עם זאת, אופטיקה, כתחום מחקר מדעי, נחשבת באופן כללי לנפרדת מקהילת המחקר הפיזיקלי. יש לה זהות משלה, עם עמותות וועידות מדעיות משלה. ההיבטים המדעיים גרידא של אופטיקה נקראים לעיתים מדע האופטיקה או אופטיקה פיזיקלית. תחום האופטיקה היישומית נקרא לעיתים הנדסה אופטית. הנדסה אופטית יישומית העוסקת במערכות תאורה נקראת הנדסת תאורה. לכל אחד מתחומי מחקר ועיסוק אלה יש יישומים משלו, מיומנויות טכניות נפרדות, מוקדי עניין שונים וקשרים מקצועיים נפרדים.

בשל החשיבות הרבה של "מדע האור" ליישומים מעשיים, תחום מדע האופטיקה וההנדסה האופטית נוטים להיות מאוד רב-תחומיים. ניתן למצוא עיסוק במדע האופטיקה כחלק מתחומים רבים ושונים, כגון הנדסת חשמל, פיזיקה, רפואה, ועוד.

אור

אוֹר, או אור בתחום הנראה הוא קרינה אלקטרומגנטית בעלת אורך גל הנראה לעין האדם (380-780 ננומטר). במובן רחב יותר אור הוא קרינה אלקטרומגנטית בטווח שבין התת-אדום לעל-סגול, או כל סוג של קרינה אלקטרומגנטית. התחום בפיזיקה העוסק באור ובתופעות הקשורות נקרא אופטיקה.

המאפיינים העיקריים של אור (ושל כל קרינה אלקטרומגנטית) הם עוצמה, קיטוב ואורך גל או תדירות, הקובעים את הצבע. מהירות האור בריק היא קבועה, וקרובה ל-300 אלף קילומטר בשנייה, ובתווך חומרי המהירות קטנה יותר. האור הוא גל אך באופן קוואנטי האנרגיה שלו מגיעה במנות בדידות, כלומר גלי אור לא מגיעים בכל אנרגיה אלא רק בכפולות של יחידת אנרגיה בסיסית של אור שנקראת פוטון. הפוטון הוא חלקיק ומקיים תכונות דואליות. אור כמו כל גל אלקטרומגנטי, ניתן לביטוי חלקיקי זה, כפוטון, נטול מסת מנוחה ונע בממוצע במסילה גאודזית שהיא הדרך הקצרה ביותר בין שתי נקודות במרחב.

קליטת האור על ידי עין היא תנאי הכרחי לראיה, ולכן אנשים משתמשים בתאורה מלאכותית במקומות בהן עוצמת האור אינה מספיקה. לאור קיימים שימושים רבים בתקשורת ובטכנולוגיה, החל בנרות ועד לתאים פוטואלקטריים.

אלקטרואופטיקה

אלקטרואופטיקה הוא תת-תחום המשלב שני תחומים עיקריים - אלקטרוניקה ואופטיקה, שילוב ההופך אותו לבין תחומי. מדעי האלקטרואופטיקה מטפלים בחקר ויישום תופעות הקשורות באינטראקציה שבין אופטיקה ותורת הגלים לבין תורת החשמל והאלקטרוניקה.

למרות שלתחום נגיעה רבה במדעים מדויקים ואוריינטציה מתמטית גבוהה, הוא נחשב יותר כענף הנדסי ולא מדעי.

ביות תת-אדום

מערכת ביות תת-אדום (באנגלית: infrared homing) היא מערכת הנחיה פסיבית לנשק שנעזרת בפליטת האור בתחום התת-אדום (IR) של המטרה כדי לעקוב ולהתחקות אחריה. לטילים שמשתמשים בביות תת-אדום מתייחסים לעיתים קרובות כ-"טילי חום", כיוון שקרינה אינפרה-אדומה נפלטת בעוצמות משמעותיות רק מגופים חמים. עצמים רבים, כמו מנועי כלי רכב ומנועי מטוסים, מייצרים חום ופולטים אותו בצורת קרינה, וככאלה הם בעלי נראות גבוהה במיוחד בתחום אורכי הגל האינפרה-אדומים של האור (בהשוואה לעצמים שברקע).

ראשי ביות תת-אדום הם אמצעי גילוי פאסיביים, אשר, בשונה ממכ"ם, לא מספקים שום אינדיקציה לכך שהם עוקבים אחרי מטרה. זה הופך אותם למתאימים במיוחד למטרות "התגנבות" לאזור המטרה במהלך עימותים חזותיים, או בעבור שיגור לטווחים ארוכים יותר כאשר מציידים את הטיל עם מערכת ייעודית (forward looking infrared) המספקת רמזים לגבי מיקום מקור הקרינה. תכונה זאת הופכת טילים מבוססי ביות תת-אדום לקטלניים במיוחד; כ-90% מההפלות של מטוסי צבא ארצות הברית ב-25 השנה האחרונות אירעו עקב פגיעת טילי תת-אדום. עם זאת, תכונת הפאסיביות של טילים אלו הופכת אותם גם לנוחים להטעיה באמצעות אמצעי-נגד; נורי הטעיה המושלכים ממטוס המטרה יכולים להציג בקלות מטרות כוזבות בפני ראש הביות. טכניקה זאת עובדת רק אם הטייס מודע לטיל המתקרב ונעזר באמצעי הנגד, וכיוון שבראשי ביות מודרניים הוכנסו שכלולים המאפשרים להם להבחין בין מטרות-דמה למטרות אמיתיות, טכניקה זאת כבר אינה אפקטיבית כבעבר.

ניסויים בגלאי תת-אדום ראשונים נערכו לפני ובמהלך מלחמת העולם השנייה. במהלך המלחמה, מהנדסים גרמנים עבדו על פיתוחים של טילי חום ומרעומי קרבה, אך לא הספיקו להשלימם לפני סיום המלחמה. סכמות מעשיות באמת לא הופיעו עד ההצגה של טכניקת הסריקה הקונית וההמצאה של שפופרות הריק במהלך המלחמה. פיתוח מערכות גילוי תת-אדום נגד מטוסים החל בדחיפות בסוף שנות ה-1940, אך הן האלקטרוניקה והן תחום הטילאות כולו היו כה חדשים כך שנדרשה עבודת פיתוח מקיפה ומעמיקה ביותר לפני שהדוגמאות המבצעיות הראשונות נכנסו לשירות באמצע שנות ה-1950. לדוגמאות מוקדמות אלו היו מגבלות משמעותיות והשיגו אחוזי הצלחה נמוכים מאוד בעימותים צבאיים שנערכו בשנות ה-60. בפיתוח הדור החדש של הטילים, בשנות ה-70 וה-80, נעשו התקדמויות טכנולוגיות משמעותיות ששיפרו רבות את הקטלניות שלהם. בדוגמאות המאוחרות ביותר, משנות ה-90 ואילך, הוכנסו בטילים יכולות להתקיף מטרות שנמצאות מחוץ לשדה הראייה שלהם, מאחוריהם, ואף להתביית על מטרות קרקעיות.

המארז שמכיל את חיישן התת-אדום והמכשור האופטי הנלווה אליו נקרא ראש הביות של טיל החום. קוד הקיצור של נאטו לשיגור של טיל אוויר אוויר בעל ביות תת-אדום הוא Fox Two.

דימות תרמי

דימות תרמי (ידוע גם כרישום חום, הדמאה תרמית, תרמוגרפיה או תרמוגרפיית תת-אדום) הוא תחום מדעי פיזיקלי והנדסי העוסק בדימות, המתבצע על בסיס קליטת קרינה תת-אדומה (Infra-Red או IR), הנפלטת מכל עצם בעל טמפרטורה מעל לאפס המוחלט (ראה קרינת גוף שחור).

יישומי דימות תרמי הם רבים ומגוונים, וכוללים למשל דימות רפואי, יישומי אלקטרוניקה צבאית כגון אמצעי ראיית לילה, בדיקות לא הורסות, וולקנולוגיה, מחקר כימי ופיזיקלי ועוד.

גלאים ומצלמות דימות תרמי קולטים ומעבדים קרינה אלקטרומגנטית בתוך תחום התת אדום (אורכי גל בתחום של 1 עד 14 מיקרון).

הספקטרום הנראה

הספקטרום הנראה הוא החלק מן הספקטרום האלקטרומגנטי הנראה בעין האנושית. קרינה אלקטרומגנטית בטווח זה של אורכי גל נקראת האור הנראה או פשוט אור. עין אנושית טיפוסית תגיב לאורכי הגל שבין 380 ל-750 ננומטר (nm), או במושגים של תדירות הגל, בין 400 ל-789 טרה-הרץ (THz).

הטווח המוגבל של הגלים השייכים לספקטרום הנראה משקף תכונה של העין האנושית, יותר מאשר תכונה של הגלים האלקטרומגנטיים. מינים רבים של בעלי חיים מסוגלים לראות גם תדרים הנמצאים מחוץ ל"ספקטרום הנראה", כמו ציפורים, דבורים וחרקים רבים נוספים, הרואים גם קרינת על-סגול, וכן טורפים שונים, כגון העכסנים, החשים גם בקרינת תת-אדום ומשתמשים בה למעקב אחר חום הגוף של טרפם.

ולטר נרנסט

ולטר הרמן נרנסט (בגרמנית: Walther Hermann Nernst‏; 25 ביוני 1864 - 18 בנובמבר 1941) היה כימאי גרמני, חתן פרס נובל לכימיה לשנת 1920, "על מחקריו בתרמוכימיה". נרנסט עזר לבסס את התחום המודרני של כימיה פיזיקלית, ותרם לאלקטרוכימיה, תרמודינמיקה, פיזיקה של מצב מוצק ופוטוכימיה. הוא ידוע גם בזכות גילוי משוואת נרנסט.

נרנסט נולד בבריזן, פרוסיה לאב גרמני ואם פולניה. הוא למד פיזיקה ומתמטיקה באוניברסיטאות של ציריך, ברלין וגראץ. אחרי שעבד תקופה מסוימת בלייפציג, הוא יסד את המוסד לכימיה פיזיקלית ואלקטרוכימיה בגטינגן. ב-1898 המציא נרנסט נורת להט חשמלית בעלת חוט להט מחומר קרמי, מנורת נרנסט. כמו כן המציא מקור אור תת-אדום לשימוש בספקטרוסקופיה, בשם זוהר נרנסט.

נרנסט חקר לחץ אוסמוטי ואלקטרוכימיה. בסביבות 1906 הוא ביסס את מה שנקרא בפיו "תאוריית החום" ובהמשך נודע בתור החוק השלישי של התרמודינמיקה (אשר מתאר את התנהגות החומר כאשר הטמפרטורה קרובה לאפס המוחלט).

ב-1920 קיבל נרנסט פרס נובל לכימיה בעקבות עבודתו בתרמוכימיה. ב-1924 הפך לראש המכון הפיזיקלי-כימי בברלין ופרש מתפקיד זה ב-1933. לאחר מכן עבד בתחומי האלקטרואקוסטיקה ואסטרופיזיקה.

ב-1930 המציא נרנסט פסנתר חשמלי, תוך החלפת תיבת התהודה בפיקאפ ובמגברי צליל חשמליים כפי שהדבר נעשה בגיטרה חשמלית.

חיישן

חיישן (באנגלית: Sensor) הוא מתמר הממיר ערכים פיזיקליים לתנועה מכנית או לאותות לשם מדידה, בקרה או העברת מידע למערכות אחרות (לעיתים מכונה גלאי או מד). בעבר רוב החיישנים היו מכניים. היום בדרך כלל הכוונה היא למכשיר שחש תכונה בעולם הפיזי-מוחשי וממיר אותה לאות חשמלי או אלקטרוני.

חיישנים משמשים במערכות שונות ממגוון תחומים. ישומים נפוצים של חיישנים נמצאים בכלי רכב, במנועים, בלוויינים מלאכותיים, במכשירים רפואיים, בתעשייה וברובוטים.

הטלפונים החכמים מצוידים בחיישנים רבים כגון חיישני אור, צבע, ברומטר, מדחום ומד לחות, חיישן לשדות מגנטיים, מד תאוצה, גירוסקופ, חיישן אינפרא-אדום ו-GPS. חיישנים אלה עוברים תהליך מואץ של מזעור, מחיריהם יורדים וצריכת האנרגיה שלהם פוחתת.

חיישנים מתוכננים לזהות אנרגיות שונות ונגזרות שלהן כגון חום, אלקטרומגנטיות, שינויים מכניים, קרינה וקול. ישנם חיישנים המשמשים לזיהוי תנועה בסביבתם המנוטרת או לזיהוי מאפייני תנועת החיישן עצמו.

חיישנים מתחלקים לשתי קבוצות עיקריות - חיישנים פסיביים (אשר מודדים אנרגיה קיימת, כגון חיישן טמפרטורה), וחיישנים אקטיביים, אשר פולטים אנרגיה ואז קולטים את ההחזר שלה (כגון מכ"ם).

חיישן טמפרטורה (חום) - כמו במדחום

חיישן אור - כגון בגלאי עשן; חיישן אור תת-אדום כגון במקלט של שלט רחוק; מערכים של חיישני אור במצלמה דיגיטלית ובעכבר אופטי

חיישן מכני פשוט - כגון כפתור במקלדת, כפתור מסתובב (פוטנציומטר / נגד משתנה)במשקל אלקטרוני, בברומטר), מד לחות, מד תאוצה, מד ספיקת נוזל/גז

חיישן תנודות אויר (מכני) - מיקרופון. נמצא גם במד טווח על-קולי

חיישן מגנטי - משמש באזעקות לגילוי פתיחת דלת, ובמצפן אלקטרוני (חיישן שטף מגנטי / Flux gate)

חיישן קרינה אלקטרומגנטית - כגון מכשיר רדיו ברכב, מכ"ם (אנטנה).

חיישן קירבה קיבולי (אלקטרומגנטי) - אחת הטכנולוגיות ליישום מסכי-מגע, לניטור זווית גל הארכובה במנוע (למטרת תזמון הצתה והזרקה), לניטור נוכחות רכב על הכביש (למשל לרמזור אוטומטי), לניטור מצב ברזים במפעל כימי

חיישן ביולוגי

חיישן כימי - משמש אלקטרודות PH, אחוז חמצן מומס ומוליכות

חיישן אקוסטי -חיישן פסיבי הרגיש לתדרי קול ותנודות-אוויר חריגות

טיל אוויר-אוויר

טיל אוויר-אוויר (בראשי תיבות: טא"א) הוא טיל מונחה המשוגר מכלי טיס (לרוב מטוס קרב) לעבר כלי טיס אחר במטרה להשמידו.

כתום

כתום הוא צבע שנמצא בין אדום לצהוב בספקטרום האור הנראה, באורכי גל בתחום 620-585 ננומטר.

בשימוש בצבעים נוזליים, ניתן ליצור את הצבע הכתום על ידי ערבוב של אדום וצהוב.

מדחום

מַדְחוֹם או מד טמפרטורה (בלועזית: תֶרמוֹמטר) הוא מכשיר מדידה המשמש למדידת הטמפרטורה.

מחשב כף יד

מחשב כף יד (באנגלית: Personal digital assistant, ובראשי תיבות: PDA; בתרגום חופשי: עזר דיגיטלי אישי) הוא מחשב בעל מסך מגע בגודל קטן של כף יד. בתחילה נועדו מחשבי כף היד לשמש מעין יומן וספר טלפונים ובהמשך הורחב השימוש לפעולות רבות נוספות. כיום מחשבי כף יד מוחלפים

בסמארטפונים שכוללים את כל התכונות

שלהם והם למעשה מחשבי כף יד מודרניים אך בדרך כלל ללא מקלדת פיזית ובעלי מערכת הפעלה חדשה יותר- אנדרואיד או windows phone .

מחשב כף יד טיפוסי כולל יכולות זיהוי כתב יד בסיסיות, שעון, יומן, לוח שנה, ספר טלפונים, רשימת מטלות, מעבד תמלילים בסיסי, מחשבון, אלבום תמונות ויכולת סינכרון בין המכשיר למחשב אישי. הסינכרון עם המחשב האישי מתבצע באמצעות כבל USB, או באמצעות התקני תקשורת אלחוטית (תת-אדום, Bluetooth או Wi-Fi). טלפונים חכמים ("סמארטפונים") כוללים תכונות ממחשבי כף יד ותקשורת סלולרית, הכוללת שיחות וגלישה באינטרנט.

מיקרוגל

גלי מיקרו הקרויים גם מיקרוגלים, הם קרינה אלקטרומגנטית בעלת אורך גל הנע בין 1 מילימטר עד 1 מטר, כלומר בעלי תדירות של 300 מגה־הרץ עד 300 ג'יגה־הרץ. קרינת מיקרו היא קרינה בלתי מייננת ויש לה שימושים רבים בטכנולוגיה, בהם תנור מיקרוגל, טלפון סלולרי ומכ"ם. באסטרונומיה יש שימוש רב ברדיו-טלסקופ בתחום המיקרוגל, המאפשר כושר הפרדה טוב יותר משאר ספקטרום הרדיו, ומסוגל לעבור דרך ענני גז ואבק המסתירים אזורים רבי עניין בחלל, כגון חורים שחורים במרכזי גלקסיות.

צילום אוויר

צילום אוויר הוא צילום המבוצע באמצעות מצלמה המוצבת על גבי פלטפורמה אווירית (מטוס, מזל"ט, מסוק, רחפן או לוויין). התוצאה של צילום אוויר קרויה "תצלום אוויר", ובראשי תיבות - "תצ"א".

קרינה אלקטרומגנטית

קרינה אלקטרומגנטית (נקראת גם: קרינה א"מ או קרינה אלמ"ג) היא הפרעה מחזורית הרמונית בשדה החשמלי והמגנטי, המתפשטת במרחב. הפרעה כזו נקראת גל אלקטרומגנטי. חזית הגל של הקרינה האלקטרומגנטית מתקדמת בריק במהירות קבועה, שהיא מהירות האור בריק ובמסלול גאודזי ממוצע, כלומר בדרך הקצרה ביותר.

הקרינה האלקטרומגנטית היא דואלית: במצבים מסוימים היא בעלת תכונות של שטף חלקיקים (בעלי תנע, מיקום, כיוון תנועה מוגדר וצפיפות) - ומקובל להתייחס לחלקיקים המרכיבים אותה בתור פוֹטוֹנִים, היחידה הבסיסית של פעולת הגומלין האלקטרומגנטית ונושאי הכוח האלקטרומגנטי; ובמצבים אחרים, היא בעלת תכונות של גל (התאבכות, עקיפה, רציפות) שלו ניתן לייחס אורך גל, תדירות ועוצמה. בשני התיאורים לעיל, הקרינה האלקטרומגנטית נושאת אנרגיה ועשויה להעביר אותה לחומר עמו היא באה במגע - למשל, לחמם חומר או לעורר אלקטרונים.

הגלים האלקטרומגנטיים אחראיים גם על תהודת שומאן, תופעה בה נוצרת תהודה של גלים אלקטרומגנטיים בין היונוספירה לבין קרקע כדור הארץ, כתוצאה מפריקת ברק במקום כלשהו על פני כדור הארץ.

קרינת גוף שחור

בפיזיקה, גוף שחור הוא עצם אידיאלי הבולע באופן מושלם קרינה אלקטרומגנטית בכל אורכי הגל, ללא החזרה או העברה. גוף שחור פולט קרינה אלקטרומגנטית באופן התלוי אך ורק בטמפרטורה שלו, על פי חוק פלאנק. קרינה זו מכונה קרינת גוף שחור. הקרינה הנפלטת אינה תלויה בקרינה הפוגעת, פרט להשפעה של זו על טמפרטורת הגוף. גוף שחור אידיאלי הוא קירוב טוב לתיאור הקרינה הנפלטת מגופים חמים רבים: אור השמש, נורת להט וקרינת תת־אדום מבעלי חיים.

גוף שחור קורן בכל אורכי הגל, בעוצמה התלויה באורך הגל ובטמפרטורה, בהתאמה לחוק פלאנק. גוף שחור בטמפרטורה הנמוכה מכ־700 מעלות קלווין (430 מעלות צלזיוס) פולט מעט מאוד קרינה באור הנראה, וקורן בעיקר בתדירויות נמוכות יותר, כמו גלי רדיו, מיקרו ותת־אדום.

הסיבה לצורה של נוסחת פלאנק היא יצירתם של הפוטונים באנרגיות בדידות, כלומר קוונטות. הבנה זו, יחד עם הסבר האפקט הפוטואלקטרי, היוו את תחילתה של תורת הקוונטים.

במציאות, גוף שחור מתאר בקירוב טוב משטחים רבים, בעיקר משטחים טבעיים. קיימים גם מכשירים המדמים גוף שחור בדיוק גבוה, לשימושים תעשייתיים ומדעיים.

שלט רחוק

שלט רחוק הוא מכשיר המשמש לשליטה מרחוק על מכשירים אחרים.

שלט רחוק חוסך מהמשתמש במכשירים שונים את הצורך לגשת אל אותם מכשירים שוב ושוב ואת הצורך להתמתח או להתכופף כדי לתפעל מכשירים המצויים במקומות קשים לגישה. הוא חוסך גם סיכון בגישה למכשור המצוי בסביבה מסוכנת. אנשים עם לקות עשויים להשתמש בשלט רחוק גם כדי לתפעל מכשירים המוצבים במקום שאינו נגיש להם או מכשירים בעלי ממשק משתמש לא נגיש.

דף זה בשפות אחרות

This page is based on a Wikipedia article written by authors (here).
Text is available under the CC BY-SA 3.0 license; additional terms may apply.
Images, videos and audio are available under their respective licenses.