Bước sóng tia hồng ngoại là gì? Đặc điểm, phân loại và ứng dụng thực tế

Bước sóng tia hồng ngoại là yếu tố quan trọng giúp xác định vị trí và đặc tính của tia hồng ngoại trong phổ điện từ. Việc hiểu rõ bước sóng tia hồng ngoại không chỉ giúp phân biệt loại bức xạ này với ánh sáng nhìn thấy hay sóng vi ba mà còn làm rõ cơ sở cho các ứng dụng của tia hồng ngoại trong đời sống. Hãy cùng bài viết tìm hiểu về tia hồng ngoại nào.

Tia hồng ngoại là gì?

Tia hồng ngoại là dạng bức xạ điện từ có bước sóng nằm trong khoảng từ 700 nm đến 1 mm. Về vị trí trong phổ điện từ, tia hồng ngoại có bước sóng dài hơn ánh sáng nhìn thấy nhưng ngắn hơn sóng vi ba (như sóng trong lò vi sóng).

Loại bức xạ này có tần số dao động từ khoảng 300 GHz đến 300 MHz, tương ứng với năng lượng photon từ 1,24 meV đến 1,7 eV. Do có bước sóng dài hơn ánh sáng khả kiến, tia hồng ngoại không thể được mắt người quan sát trực tiếp, mà chỉ có thể phát hiện thông qua các thiết bị chuyên dụng.

Bước sóng tia hồng ngoại là bao nhiêu?

Bước sóng của tia hồng ngoại dao động trong khoảng từ 700 nm đến 1 mm, nằm giữa vùng ánh sáng nhìn thấy và sóng vi ba trong phổ điện từ. Với dải bước sóng khá rộng này, tia hồng ngoại bao gồm nhiều phân vùng khác nhau, từ hồng ngoại gần đến hồng ngoại xa, mỗi vùng mang đặc tính và mức năng lượng riêng, nhưng đều không thể quan sát trực tiếp bằng mắt thường.

Phân loại tia hồng ngoại theo bước sóng

Dựa vào bước sóng, tia hồng ngoại được chia thành nhiều vùng khác nhau nhằm thuận tiện cho việc nghiên cứu và ứng dụng trong thực tế. Theo cách phân loại đơn giản và phổ biến nhất, bước sóng tia hồng ngoại được chia thành ba nhóm chính: hồng ngoại gần, hồng ngoại giữa và hồng ngoại xa.

Hồng ngoại gần (Near Infrared – NIR)

Hồng ngoại gần là vùng có bước sóng ngắn nhất trong dải hồng ngoại, nằm sát với ánh sáng nhìn thấy. Do có mức năng lượng tương đối cao, vùng này thường được ứng dụng trong chụp ảnh hồng ngoại, viễn thám, cảm biến và một số thiết bị quang học.

Hồng ngoại giữa (Mid Infrared – MIR)

Hồng ngoại giữa là vùng thể hiện rõ đặc tính bức xạ nhiệt của vật thể. Các vật có nhiệt độ phổ biến trên bề mặt Trái Đất thường phát xạ mạnh trong dải này, vì vậy MIR được ứng dụng nhiều trong camera nhiệt, đo nhiệt độ và nghiên cứu bức xạ nhiệt.

Hồng ngoại xa (Far Infrared – FIR)

Hồng ngoại xa là bước sóng tia hồng ngoại dài nhất và năng lượng thấp nhất trong dải hồng ngoại. Vùng này dễ bị khí quyển hấp thụ mạnh và thường liên quan đến bức xạ nền vũ trụ, đồng thời được ứng dụng trong nghiên cứu thiên văn và một số lĩnh vực vật lý chuyên sâu.

Đặc điểm vật lý của tia hồng ngoại

Tia hồng ngoại có một số đặc điểm nổi bật giúp phân biệt với các dạng bức xạ điện từ khác. Ba đặc điểm quan trọng nhất gồm:

• Không nhìn thấy bằng mắt thường: Tia hồng ngoại nằm ngoài vùng ánh sáng khả kiến nên mắt người không thể quan sát trực tiếp. Tuy nhiên, con người có thể cảm nhận tia hồng ngoại thông qua cảm giác ấm hoặc nóng trên da.
• Bước sóng tia hồng ngoại dài hơn ánh sáng nhìn thấy: Nhờ có bước sóng lớn, tia hồng ngoại ít bị tán xạ và hấp thụ khi đi qua khí quyển, bụi hay sương mù, cho phép truyền đi tương đối hiệu quả.
• Liên quan trực tiếp đến bức xạ nhiệt của vật thể: Mọi vật có nhiệt độ cao hơn –273,15°C (độ không tuyệt đối) đều phát ra tia hồng ngoại. Đặc biệt, dải 8–15 µm là vùng bức xạ nhiệt quan trọng, thường được dùng để nghiên cứu nhiệt độ bề mặt Trái Đất và các hành tinh.

Nguồn phát ra tia hồng ngoại

Nguồn phát ra tia hồng ngoại chủ yếu là bức xạ nhiệt của vật thể. Vì vậy, mọi vật có nhiệt độ lớn hơn 0 K (độ không tuyệt đối) đều có khả năng phát ra bức xạ hồng ngoại. Ngay cả những vật có nhiệt độ rất thấp như đá hay băng cũng vẫn phát ra tia hồng ngoại, chỉ khác nhau về cường độ.

Nếu một vật thể chưa đủ nóng để phát ra ánh sáng nhìn thấy, thì phần lớn năng lượng của nó vẫn được phát xạ dưới dạng tia hồng ngoại. Chẳng hạn, than nóng có thể không phát sáng rõ rệt nhưng vẫn tỏa nhiệt mạnh và phát ra tia hồng ngoại. 

Nhiệt độ của vật càng cao thì cường độ tia hồng ngoại phát ra càng lớn. Cơ thể con người ở nhiệt độ bình thường cũng là một nguồn phát tia hồng ngoại, với bức xạ mạnh nhất ở bước sóng tia hồng ngoại khoảng 10 micromet.

Trong lĩnh vực kỹ thuật, các chùm tia hồng ngoại có định hướng thường được tạo ra bằng đi-ốt phát quang hồng ngoại (IR LED) hoặc đèn dây tóc hoạt động ở nhiệt độ thấp, phục vụ cho nhiều ứng dụng như truyền tín hiệu, cảm biến và đo nhiệt.

Ứng dụng của tia hồng ngoại trong đời sống

Tia hồng ngoại được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực của đời sống, từ y học, công nghệ đến nghiên cứu khoa học. Nhờ đặc tính liên quan trực tiếp đến bức xạ nhiệt, tia hồng ngoại không chỉ góp phần nâng cao chất lượng cuộc sống mà còn mở ra nhiều hướng phát triển mới trong khoa học và công nghệ hiện đại.

Ứng dụng của tia hồng ngoại trong y học

Tia hồng ngoại, đặc biệt là hồng ngoại xa, mang lại nhiều lợi ích trong chăm sóc sức khỏe và điều trị bệnh. Một số ứng dụng tiêu biểu gồm:

• Giảm đau cơ xương khớp: Tia hồng ngoại giúp thư giãn cơ bắp, giảm đau và hỗ trợ điều trị các bệnh như viêm khớp, thoái hóa khớp.
• Hỗ trợ phục hồi sau phẫu thuật: Nhờ khả năng cải thiện tuần hoàn máu và kích thích tái tạo tế bào, tia hồng ngoại giúp rút ngắn thời gian hồi phục.
• Giảm viêm: Tia hồng ngoại có tác dụng làm dịu vùng viêm, hỗ trợ điều trị viêm gân, viêm khớp và các bệnh lý viêm khác.
• Tăng cường lưu thông máu: Việc kích thích mạch máu giúp cung cấp oxy và dưỡng chất tốt hơn cho các mô, hỗ trợ quá trình chữa lành.
• Hỗ trợ điều trị các vấn đề về da: Tia hồng ngoại được ứng dụng trong điều trị mụn, vết thương hở và viêm da nhờ khả năng làm ấm và giảm sưng.

Ứng dụng của tia hồng ngoại trong công nghệ và viễn thông

Trong lĩnh vực công nghệ, tia hồng ngoại đóng vai trò quan trọng trong nhiều thiết bị và hệ thống hiện đại:

• Điều khiển từ xa: Tia hồng ngoại được sử dụng phổ biến trong remote điều khiển TV, điều hòa, quạt và các thiết bị điện tử gia dụng.
• Truyền dữ liệu không dây tầm ngắn: Một số thiết bị điện tử sử dụng bước sóng tia hồng ngoại để trao đổi dữ liệu mà không cần kết nối dây.
• Cảm biến chuyển động: Các hệ thống an ninh và tự động hóa sử dụng cảm biến hồng ngoại để phát hiện sự di chuyển của con người hoặc vật thể.
• Cảm biến và đo nhiệt độ: Trong công nghiệp, tia hồng ngoại giúp theo dõi nhiệt độ thiết bị từ xa, phát hiện sớm các bất thường và đảm bảo an toàn vận hành.

Ứng dụng của tia hồng ngoại trong quân sự và an ninh

Tia hồng ngoại đóng vai trò quan trọng trong lĩnh vực quân sự và an ninh, đặc biệt trong việc quan sát, giám sát và nhận diện mục tiêu trong điều kiện ánh sáng kém hoặc môi trường phức tạp như sương mù, khói bụi.

• Thiết bị nhìn đêm: Tia hồng ngoại được sử dụng trong ống nhòm, camera và đèn chiếu hồng ngoại, cho phép quan sát rõ ràng trong bóng tối hoặc điều kiện tầm nhìn hạn chế.
• Nhận diện và theo dõi mục tiêu: Các hệ thống giám sát và tên lửa dẫn đường sử dụng tia hồng ngoại để phát hiện, khóa và theo dõi mục tiêu với độ chính xác cao trong nhiều điều kiện khác nhau.

Ứng dụng của tia hồng ngoại trong công nghiệp và nông nghiệp

Nhờ khả năng làm nóng nhanh, đo và giám sát nhiệt độ, bước sóng tia hồng ngoại được ứng dụng rộng rãi trong sản xuất công nghiệp và nông nghiệp hiện đại.

• Sưởi ấm và gia nhiệt: Tia hồng ngoại được sử dụng trong lò nướng, bếp điện, lò sấy thực phẩm nhằm gia nhiệt nhanh, tiết kiệm năng lượng và hiệu quả.
• Giám sát và kiểm tra kỹ thuật: Trong công nghiệp, tia hồng ngoại giúp đo nhiệt độ lò luyện kim, theo dõi phản ứng hóa học và phát hiện sớm lỗi hoặc quá nhiệt của máy móc.
• Kiểm tra chất lượng nông sản: Tia hồng ngoại hỗ trợ đánh giá độ chín, độ ẩm và chất lượng sản phẩm nông nghiệp mà không cần tiếp xúc trực tiếp.

Các ứng dụng khác của tia hồng ngoại

Ngoài các lĩnh vực trên, tia hồng ngoại còn được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực chuyên sâu khác.

• Kiểm tra tiền tệ và tài liệu: Tia hồng ngoại giúp phát hiện các dấu hiệu giả mạo trên tiền giấy và giấy tờ quan trọng thông qua các đặc tính hấp thụ và phản xạ đặc biệt.
• Thiên văn học: Nhờ khả năng quan sát các thiên thể có nhiệt độ thấp, tia hồng ngoại giúp các nhà khoa học nghiên cứu sao, hành tinh và vật thể vũ trụ mà ánh sáng nhìn thấy không thể quan sát được.

Tia hồng ngoại có ảnh hưởng đến sức khỏe không?

Tia hồng ngoại có thể mang lại lợi ích hoặc gây tác động tiêu cực đến sức khỏe, tùy thuộc vào cường độ, thời gian tiếp xúc và cách sử dụng. Khi được ứng dụng đúng cách, bước sóng tia hồng ngoại hỗ trợ điều trị và chăm sóc sức khỏe; ngược lại, nếu lạm dụng hoặc dùng sai, chúng có thể gây ra những rủi ro nhất định.

Lợi ích của tia hồng ngoại đối với sức khỏe con người

Tia hồng ngoại, đặc biệt là hồng ngoại xa, tác động trực tiếp lên tế bào và mô, mang lại nhiều lợi ích cho cơ thể:

• Cải thiện tuần hoàn máu: Giúp tăng lưu thông máu, cung cấp oxy và dưỡng chất cho mô, đồng thời hỗ trợ đào thải độc tố.
• Giảm đau và chống viêm: Làm giãn cơ, giảm căng cứng và hỗ trợ điều trị các bệnh lý cơ xương khớp.
• Hỗ trợ tái tạo và phục hồi mô: Kích thích sửa chữa mô tổn thương, thúc đẩy lành vết thương và tái tạo sụn, khớp.
• Tăng cường hệ miễn dịch: Giúp giảm stress và hỗ trợ quá trình đào thải độc tố, từ đó nâng cao sức đề kháng.
• Điều hòa huyết áp: Hạn chế kết tụ tiểu cầu, hỗ trợ bảo vệ hệ tim mạch và ổn định huyết áp.
• Hỗ trợ hệ thần kinh: Góp phần kích thích và phục hồi các tổn thương liên quan đến hệ thần kinh.

Tác hại của tia hồng ngoại đến sức khỏe con người

Bên cạnh lợi ích, tia hồng ngoại cũng tiềm ẩn một số nguy cơ nếu sử dụng không đúng cách:

• Nguy cơ bỏng nhiệt: Tiếp xúc lâu với tia hồng ngoại cường độ cao có thể gây bỏng da và tổn thương mô.
• Không phù hợp trong một số trường hợp: Tránh sử dụng trên vùng da viêm mủ, viêm cấp hoặc chấn thương đang sung huyết.
• Nguy cơ tổn thương mắt: Nhìn trực tiếp vào nguồn tia hồng ngoại có thể gây hại giác mạc, thủy tinh thể và võng mạc.
• Lão hóa da sớm: Tia hồng ngoại từ ánh nắng mặt trời có thể phá hủy collagen, làm da chảy xệ và xuất hiện nếp nhăn.
• Mất nước và sốc nhiệt: Tiếp xúc nhiệt kéo dài có thể gây mệt mỏi, mất nước, đặc biệt nguy hiểm với trẻ em và người cao tuổi.
• Tổn thương da và mô: Sử dụng quá liều hoặc không kiểm soát thời gian tiếp xúc dễ gây tổn thương lâu dài.

So sánh tia hồng ngoại với các loại bức xạ khác 

Mỗi loại bức xạ điện từ đều có đặc điểm và mức năng lượng khác nhau. Bảng so sánh dưới đây sẽ giúp bạn dễ dàng phân biệt tia hồng ngoại với các loại bức xạ phổ biến khác:

Lời kết

Tia hồng ngoại sở hữu dải bước sóng rộng, trải dài từ vùng sát ánh sáng nhìn thấy đến gần sóng vi ba, tạo nên nhiều phân vùng với đặc tính và ứng dụng khác nhau. Việc nắm rõ bước sóng tia hồng ngoại giúp chúng ta hiểu sâu hơn về bản chất bức xạ nhiệt. Đồng thời đây là là nền tảng quan trọng cho nghiên cứu, đo lường và ứng dụng trong đời sống cũng như kỹ thuật.

Tham khảo bài viết liên quan:

Đâu là smartphone phát nhiều bức xạ và ít bức xạ điện thoại nhất?

Bức xạ từ tai nghe Apple AirPods cực nguy hiểm đối với sức khoẻ