Ce este infraroșu?

Radiația infraroșie (IR) sau lumina infraroșie este un tip de energie radiantă care este invizibilă pentru ochii umani, dar pe care o putem simți ca și căldură. Toate obiectele din univers emit un anumit nivel de radiație IR, dar două dintre cele mai evidente surse sunt soarele și focul.

IR este un tip de radiații electromagnetice, un continuu al frecvențelor produse atunci când atomii absorb și apoi eliberează energie. De la cea mai mare până la cea mai mică frecvență, radiațiile electromagnetice includ raze gamma, raze X, radiații ultraviolete, lumină vizibilă, radiații infraroșii, microunde și unde radio. Împreună, aceste tipuri de radiații alcătuiesc spectrul electromagnetic.

Astronomul britanic William Herschel a descoperit lumina în infraroșu în 1800, potrivit NASA. Într-un experiment pentru a măsura diferența de temperatură între culorile din spectrul vizibil, el a plasat termometrele pe calea luminii în fiecare culoare a spectrului vizibil. El a observat o creștere a temperaturii de la albastru la roșu și a găsit o măsurare a temperaturii și mai caldă chiar dincolo de capătul roșu al spectrului vizibil.

În spectrul electromagnetic, undele infraroșii apar la frecvențe peste cele ale microundelor și chiar sub cele ale luminii roșii vizibile, de unde și denumirea de „infraroșu”. Undele radiațiilor infraroșii sunt mai lungi decât cele ale luminii vizibile, potrivit Institutului Tehnologic din California (Caltech). Frecvențele IR variază de la aproximativ 300 gigahertz (GHz) până la aproximativ 400 terahertz (THz), iar lungimile de undă sunt estimate între 1.000 micrometri (µm) și 760 nanometri (2.9921 inci), deși aceste valori nu sunt definitive, conform NASA.

Similar cu spectrul luminii vizibile, care variază de la violet (cea mai scurtă lungime de undă a luminii vizibile) până la roșu (lungimea de undă cea mai lungă), radiațiile infraroșii au propria gamă de lungimi de undă. Undele mai scurte „aproape infraroșu”, care sunt mai aproape de lumina vizibilă în spectrul electromagnetic, nu emit nici o căldură detectabilă și sunt cele descărcate de pe o telecomandă TV pentru a schimba canalele. Undele mai lungi „cu infraroșu”, care sunt mai aproape de secțiunea cu microunde din spectrul electromagnetic, pot fi resimțite ca o căldură intensă, cum ar fi căldura de la soare sau foc, potrivit NASA.

Radiația IR este unul dintre cele trei moduri în care căldura este transferată dintr-un loc în altul, celelalte două fiind convecția și conducta. Totul cu o temperatură peste 5 grade Kelvin (minus 450 grade Fahrenheit sau minus 268 grade Celsius) emite radiații IR. Soarele emite jumătate din energia sa totală ca IR, iar o mare parte din lumina vizibilă a stelei este absorbită și re-emisă ca IR, potrivit Universității din Tennessee.

Utilizări casnice

Aparatele de uz casnic, cum ar fi lămpile de căldură și toalerele, utilizează radiații IR pentru a transmite căldură, la fel ca încălzitoarele industriale, precum cele utilizate pentru uscarea și întărirea materialelor. Becurile incandescente transformă doar aproximativ 10% din energia lor electrică în energie lumină vizibilă, în timp ce celelalte 90% sunt transformate în radiații infraroșii, potrivit Agenției pentru Protecția Mediului.

Laserele cu infraroșu pot fi utilizate pentru comunicații punct la punct pe distanțe de câteva sute de metri sau curți. Telecomenzile TV care se bazează pe radiații infraroșii trag impulsuri de energie IR de la o diodă care emite lumină (LED) la un receptor IR din televizor, conform How Stuff Works. Receptorul transformă impulsurile de lumină în semnale electrice care instruiesc un microprocesor să efectueze comanda programată.

Senzorizarea infraroșilor

Una dintre cele mai utile aplicații ale spectrului IR este detectarea și detectarea. Toate obiectele de pe Pământ emit radiații IR sub formă de căldură. Acest lucru poate fi detectat de senzori electronici, cum ar fi cei folosiți în ochelarii de vedere de noapte și camerele cu infraroșu.

Un exemplu simplu de astfel de senzor este bolometrul, care constă dintr-un telescop cu un rezistor sensibil la temperatură sau termistor, în punctul său focal, potrivit Universității din California, Berkeley (UCB). Dacă un corp cald intră în câmpul vizual al acestui instrument, căldura determină o schimbare detectabilă a tensiunii de pe termistor.

Camerele de viziune de noapte folosesc o versiune mai sofisticată a unui bolometru. Aceste camere conțin de obicei cipuri de imagini cu dispozitiv cuplat la sarcină (CCD), sensibile la lumina IR. Imaginea formată de CCD poate fi apoi reprodusă în lumină vizibilă. Aceste sisteme pot fi făcute suficient de mici pentru a fi utilizate în dispozitivele de mână sau ochelari de vedere de noapte purtabili. Camerele foto pot fi de asemenea utilizate pentru vizionarea armelor cu sau fără adăugarea unui laser IR pentru direcționare.

Spectroscopia infraroșu măsoară emisiile IR din materiale la lungimi de undă specifice. Spectrul IR al unei substanțe va arăta scufundări și vârfuri caracteristice, deoarece fotonii (particule de lumină) sunt absorbiți sau emiși de electroni în molecule pe măsură ce electronii tranziția între orbite sau niveluri de energie. Aceste informații spectroscopice pot fi apoi utilizate pentru identificarea substanțelor și monitorizarea reacțiilor chimice.

Potrivit lui Robert Mayanovic, profesor de fizică la Universitatea de Stat din Missouri, spectroscopia în infraroșu, cum ar fi Fourier transformate cu infraroșu (FTIR), este extrem de utilă pentru numeroase aplicații științifice. Acestea includ studiul sistemelor moleculare și a materialelor 2D, cum ar fi grafenul.

Astronomie infraroșu

Caltech descrie astronomia în infraroșu drept „detectarea și studiul radiațiilor infraroșii (energia termică) emise de la obiecte din univers”. Progresele realizate în sistemele de imagistică CCD IR au permis observarea detaliată a distribuției surselor de IR în spațiu, relevând structuri complexe în nebuloase, galaxii și structura pe scară largă a universului..

Unul dintre avantajele observației IR este că poate detecta obiecte prea reci pentru a emite lumină vizibilă. Acest lucru a dus la descoperirea unor obiecte necunoscute anterior, inclusiv comete, asteroizi și nori de praf interstelari, care par să fie predominante în toată galaxia.

Astronomia IR este deosebit de utilă pentru observarea moleculelor reci de gaz și pentru determinarea machiajului chimic al particulelor de praf din mediul interstelar, a declarat Robert Patterson, profesor de astronomie la Universitatea de Stat din Missouri. Aceste observații sunt efectuate utilizând detectoare CCD specializate care sunt sensibile la fotonii IR.

Un alt avantaj al radiațiilor IR este că lungimea sa de undă mai lungă înseamnă că nu se împrăștie la fel de mult ca lumina vizibilă, potrivit NASA. În timp ce lumina vizibilă poate fi absorbită sau reflectată de particule de gaz și praf, undele IR mai lungi pur și simplu ocolesc aceste mici obstrucții. Datorită acestei proprietăți, IR poate fi utilizat pentru a observa obiecte a căror lumină este întunecată de gaz și praf. Astfel de obiecte includ stele care se formează nou înglobate în nebuloase sau în centrul galaxiei Pământului.

Resurse aditionale:

• Aflați mai multe despre undele infraroșii de la NASA Science.
• Citiți mai multe despre infraroșii de la Observatorul Gemeni.
• Urmăriți acest videoclip care descrie viziunea în infraroșu, de la National Geographic.

Acest articol a fost actualizat pe 27 februarie 2019, de către colaboratorul Traci Pedersen.