Hvad er infrarødt?

Infrarød stråling (IR) eller infrarødt lys er en type strålende energi, der er usynlig for menneskers øjne, men som vi kan føle som varme. Alle objekter i universet udsender et vist niveau af IR-stråling, men to af de mest indlysende kilder er solen og ilden.

IR er en type elektromagnetisk stråling, et kontinuum af frekvenser, der produceres, når atomer absorberer og derefter frigiver energi. Fra højeste til laveste frekvens inkluderer elektromagnetisk stråling gammastråler, røntgenstråler, ultraviolet stråling, synligt lys, infrarød stråling, mikrobølger og radiobølger. Tilsammen udgør disse strålingstyper det elektromagnetiske spektrum.

Ifølge NASA opdagede den britiske astronom William Herschel infrarødt lys i 1800. I et eksperiment for at måle forskellen i temperatur mellem farverne i det synlige spektrum placerede han termometre i lysbanen inden for hver farve i det synlige spektrum. Han observerede en stigning i temperaturen fra blå til rød, og han fandt en endnu varmere temperaturmåling lige uden for den røde ende af det synlige spektrum.

Inden for det elektromagnetiske spektrum forekommer infrarøde bølger ved frekvenser over mikrobølger og lige under dem med rødt synligt lys, deraf navnet "infrarød". Bølger af infrarød stråling er længere end synligt lys, ifølge California Institute of Technology (Caltech). IR-frekvenser spænder fra ca. 300 gigahertz (GHz) op til ca. 400 terahertz (THz), og bølgelængderne estimeres til at ligge mellem 1.000 mikrometer (µm) og 760 nanometer (2.9921 inches), selvom disse værdier ikke er definitive ifølge NASA.

I lighed med det synlige lysspektrum, der spænder fra violet (den korteste synlige lysbølgelængde) til rød (længste bølgelængde), har infrarød stråling sit eget bølgelængdeområde. De kortere "næsten-infrarøde" bølger, som er tættere på synligt lys på det elektromagnetiske spektrum, udsender ikke nogen detekterbar varme og er det, der udledes fra en tv-fjernbetjening for at skifte kanaler. De længere "langtinfrarøde" bølger, som er tættere på mikrobølgesektionen på det elektromagnetiske spektrum, kan ifølge NASA føles som intens varme, såsom varmen fra sollys eller ild.

IR-stråling er en af ​​de tre måder, hvor varme overføres fra et sted til et andet, hvor de to andre er konvektion og ledning. Alt med en temperatur over ca. 5 grader Kelvin (minus 450 grader Fahrenheit eller minus 268 grader Celsius) udsender IR-stråling. Solen afgiver halvdelen af ​​sin samlede energi som IR, og meget af stjernens synlige lys absorberes og genudsendes som IR, ifølge University of Tennessee.

Husholdningsbrug

Husholdningsapparater, såsom varmelamper og brødristere, bruger IR-stråling til at transmittere varme, ligesom industrielle opvarmningsanlæg, såsom dem, der bruges til tørring og hærdning af materialer. Glødepærer konverterer kun ca. 10 procent af deres elektriske energi til synlig lysenergi, mens de andre 90 procent omdannes til infrarød stråling, ifølge Miljøstyrelsen.

Infrarøde lasere kan bruges til punkt-til-punkt-kommunikation over afstande på et par hundrede meter eller meter. Tv-fjernbetjeninger, der er afhængige af infrarød stråling, skyder pulser af IR-energi fra en lysemitterende diode (LED) til en IR-modtager i tv'et ifølge How Stuff Works. Modtageren konverterer lysimpulser til elektriske signaler, der instruerer en mikroprocessor om at udføre den programmerede kommando.

Infrarød sensing

En af de mest nyttige anvendelser af IR-spektret er inden for registrering og detektion. Alle objekter på Jorden udsender IR-stråling i form af varme. Dette kan opdages af elektroniske sensorer, såsom dem, der bruges i nattsynsbriller og infrarøde kameraer.

Et simpelt eksempel på en sådan sensor er bolometeret, der består af et teleskop med en temperaturfølsom modstand eller termistor på sit omdrejningspunkt, ifølge University of California, Berkeley (UCB). Hvis en varm krop kommer ind i dette instrumentets synsfelt, forårsager varmen en detekterbar ændring i spændingen over termistoren.

Nattsynskameraer bruger en mere sofistikeret version af et bolometer. Disse kameraer indeholder typisk opladningskoblede enheds (CCD) billeddanningschips, der er følsomme over for IR-lys. Billedet dannet af CCD kan derefter gengives i synligt lys. Disse systemer kan laves små nok til at blive brugt i håndholdte enheder eller bærbare nattsynsbriller. Kameraerne kan også bruges til pistolsigt med eller uden tilføjelse af en IR-laser til målretning.

Infrarød spektroskopi måler IR-emissioner fra materialer ved specifikke bølgelængder. Et substans IR-spektrum vil vise karakteristiske dips og toppe, når fotoner (lyspartikler) absorberes eller udsendes af elektroner i molekyler, når elektronerne overgår mellem kredsløb eller energiniveau. Denne spektroskopiske information kan derefter bruges til at identificere stoffer og overvåge kemiske reaktioner.

Ifølge Robert Mayanovic, professor i fysik ved Missouri State University, er infrarød spektroskopi, såsom Fourier transform infrared (FTIR) spektroskopi, meget nyttig til adskillige videnskabelige anvendelser. Disse inkluderer undersøgelse af molekylære systemer og 2D-materialer, såsom grafen.

Infrarød astronomi

Caltech beskriver infrarød astronomi som "påvisning og undersøgelse af den infrarøde stråling (varmeenergi), der udsendes fra objekter i universet." Fremskridt inden for IR CCD-billeddannelsessystemer har gjort det muligt for detaljeret observation af fordelingen af ​​IR-kilder i rummet, hvilket afslører komplekse strukturer i nebler, galakser og universets storskala struktur.

En af fordelene ved IR-observation er, at den kan registrere objekter, der er for kølige til at udsende synligt lys. Dette har ført til opdagelsen af ​​tidligere ukendte objekter, herunder kometer, asteroider og piskede interstellare støvskyer, der ser ud til at være udbredte i hele galaksen.

IR-astronomi er især nyttig til at observere kolde gasmolekyler og til at bestemme den kemiske sammensætning af støvpartikler i det interstellare medium, sagde Robert Patterson, professor i astronomi ved Missouri State University. Disse observationer udføres ved hjælp af specialiserede CCD-detektorer, der er følsomme over for IR-fotoner.

En anden fordel ved IR-stråling er, at dens længere bølgelængde betyder, at den ikke spreder sig så meget som synligt lys, ifølge NASA. Mens synligt lys kan optages eller reflekteres af gas- og støvpartikler, går de længere IR-bølger simpelthen omkring disse små forhindringer. På grund af denne egenskab kan IR bruges til at observere genstande, hvis lys er skjult af gas og støv. Sådanne genstande inkluderer nydannende stjerner indlejret i nebulas eller midten af ​​Jordens galakse.

Yderligere ressourcer:

• Lær mere om infrarøde bølger fra NASA Science.
• Læs mere om infrarød fra Gemini-observatoriet.
• Se denne video, der beskriver infrarød vision fra National Geographic.

Denne artikel blev opdateret den 27. februar 2019 af bidragyder Traci Pedersen.