적외선 또는 원적외선 가열의 원리

적외선(IR) 복사는 마이크로웨이브와 가시광선 사이에 있는 1밀리미터에서 760나노미터(nm) 범위의 파장을 가진 전자기파를 말합니다. 절대 영도(-273.15°C) 이상의 물질에서 방출되는 눈에 보이지 않는 빛입니다. 현대 물리학에서는 IR을 열 복사로 분류하며, 의료 분야에서는 근적외선과 원적외선으로 구분합니다. 일상 생활에서 흔히 볼 수 있는 IR의 원천은 태양이며, 태양은 주로 IR을 통해 열을 지구에 전달하여 따뜻함을 제공하고 IR을 "생명의 빛"이라는 별명을 얻게 되었습니다. 그림에서 볼 수 있듯이 적외선 스펙트럼은 적색광(보라색을 넘어선 자외선)을 넘어 육안으로는 보이지 않는 영역까지 확장됩니다.

IR은 방출 소스에 따라 네 가지 유형으로 분류할 수 있습니다:

1. 백열등 방출 범위(액틴 범위): '광화학 반응 영역'이라고도 하는 이 영역에는 가시광선부터 적외선까지 백열등 물체에서 방출되는 방사선이 포함됩니다. 예를 들면 텅스텐 필라멘트 램프와 태양 등이 있습니다.
2. 열 방출 범위(핫 오브젝트 범위): 일반적으로 약 400°C의 평균 온도에서 작동하는 전기 다리미 및 기타 전기 히터와 같은 비백열성 물체에서 방출되는 방사선입니다.
3. 열 전도 범위(열량 범위): 끓는 물이나 증기 파이프에서 발생하는 방사선으로, 평균 온도가 200°C 미만입니다. 이 영역은 광화학 반응이 일어나지 않기 때문에 '비활성 영역'이라고도 합니다.
4. 온난화 범위(온난화 범위): 일반적으로 약 40°C의 평균 온도에서 인간, 동물 또는 지열원에서 방출되는 방사선입니다.

전파, 마이크로파, 가시광선에 비해 파장이 긴 적외선(파장이 긴 순서대로 배열)은 열 효과로 인해 따뜻한 느낌을 줍니다. 원자나 분자 내부로 침투하여 팽창이나 붕괴를 일으킨다는 주장도 있지만, 적외선에는 낮은 주파수와 에너지 레벨로 인해 이러한 효과가 발생하지 않습니다. 대신 IR은 원자와 분자 사이의 틈새를 투과하여 진동을 가속화하고 분자 간 간격을 증가시킵니다. 거시적으로는 원자와 분자의 근본적인 성질을 바꾸지 않고 물질을 녹이거나 끓이거나 기화시키는 결과를 가져옵니다. IR의 이러한 열 효과는 음식 굽기, 유기 폴리머의 변성 유도 등의 응용 분야에 활용될 수 있습니다. 그러나 IR은 광전 효과를 유도하거나 원자핵을 변경할 수 없습니다.

요약하면 파장이 짧을수록, 주파수가 높을수록, 에너지 레벨이 높을수록 파동의 투과 범위가 증가합니다. 반대로 파장이 길고, 주파수가 낮고, 에너지 레벨이 낮으면 투과 능력이 제한됩니다.

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