La radiación infrarroja y sus aplicaciones.

La radiación electromagnética con una longitud de onda de 0,74 micras a 2 mm se denomina en física radiación infrarroja o rayos infrarrojos, abreviado «IR». Ocupa esa parte del espectro electromagnético que se encuentra entre la radiación óptica visible (que se origina en la región roja) y el rango de frecuencia de radio de onda corta.

Aunque el ojo humano prácticamente no percibe la radiación infrarroja como luz y no tiene ningún color específico, pertenece a la radiación óptica y se usa ampliamente en la tecnología moderna.

Las ondas infrarrojas, que son características, calientan las superficies de los cuerpos, por lo que la radiación infrarroja también suele denominarse radiación térmica. Toda la región infrarroja se divide condicionalmente en tres partes:

• región infrarroja lejana: con longitudes de onda de 50 a 2000 micrones;

• región IR media: con longitudes de onda de 2,5 a 50 micrones;

• región infrarroja cercana: de 0,74 a 2,5 micrones.

La radiación infrarroja fue descubierta en el siglo XIX.por el astrónomo inglés William Herschel, y más tarde, en 1802, de forma independiente por el científico inglés William Wollaston.

espectros IR

Los espectros atómicos obtenidos en forma de rayos infrarrojos son lineales; espectros de materia condensada — continuos; los espectros moleculares están en bandas. La conclusión es que para los rayos infrarrojos, en comparación con las regiones visible y ultravioleta del espectro electromagnético, las propiedades ópticas de las sustancias, como el coeficiente de reflexión, transmisión, refracción, son muy diferentes.

Muchas de las sustancias, aunque transmiten luz visible, resultan opacas a las ondas en parte del rango infrarrojo.

Por ejemplo, una capa de agua de varios centímetros de espesor es opaca a las ondas infrarrojas de más de 1 micra y, en determinadas condiciones, puede utilizarse como filtro de protección térmica. Y las capas de germanio o silicio no transmiten la luz visible, pero transmiten bien los rayos infrarrojos de cierta longitud de onda. Los rayos infrarrojos lejanos se transmiten fácilmente por el papel negro y pueden servir como filtro para su aislamiento.

La mayoría de los metales, como el aluminio, el oro, la plata y el cobre, reflejan la radiación infrarroja con una longitud de onda más larga, por ejemplo, a una longitud de onda infrarroja de 10 micrones, la reflexión de los metales alcanza el 98 %. Los sólidos y líquidos de naturaleza no metálica reflejan solo una parte del rango IR, dependiendo de la composición química de una sustancia en particular. Debido a estas características de la interacción de los rayos infrarrojos con varios medios, se utilizan con éxito en muchos estudios.

dispersión infrarroja

Las ondas infrarrojas emitidas por el Sol al atravesar la atmósfera terrestre son parcialmente dispersadas y atenuadas por las moléculas y los átomos del aire. El oxígeno y el nitrógeno de la atmósfera debilitan parcialmente los rayos infrarrojos, dispersándolos, pero no los absorben por completo, ya que absorben parte de los rayos del espectro visible.

El agua, el dióxido de carbono y el ozono contenidos en la atmósfera absorben parcialmente los rayos infrarrojos, y el agua los absorbe más porque sus espectros de absorción infrarroja caen sobre toda la región del espectro infrarrojo, y los espectros de absorción del dióxido de carbono caen solo en la región media .

Las capas de la atmósfera cercanas a la superficie de la Tierra transmiten muy poca radiación infrarroja, ya que el humo, el polvo y el agua la atenúan aún más, dispersando la energía sobre sus partículas.Cuanto más pequeñas sean las partículas (humo, polvo, agua, etc.), más menos dispersión IR y más dispersión de longitud de onda visible. Este efecto se utiliza en fotografía infrarroja.

Fuentes de radiación infrarroja

Para los que vivimos en la Tierra, el Sol es una fuente natural muy poderosa de radiación infrarroja porque la mitad de su espectro electromagnético está en el rango infrarrojo. Lámparas incandescentes, el espectro infrarrojo es hasta el 80% de la energía de radiación.

Además, las fuentes artificiales de radiación infrarroja incluyen: arco eléctrico, lámparas de descarga de gas y, por supuesto, calentadores domésticos de elementos de calefacción.En la ciencia, para obtener ondas infrarrojas, se utilizan el pin de Nernst, los filamentos de tungsteno, así como lámparas de mercurio de alta presión e incluso láseres IR especiales (el vidrio de neodimio proporciona una longitud de onda de 1,06 micras y un láser de helio-neón: 1,15 y 3,39 micras, dióxido de carbono — 10,6 micras).

receptores de infrarrojos

El principio de funcionamiento de los receptores de ondas infrarrojas se basa en la conversión de la energía de la radiación incidente en otras formas de energía disponibles para su medición y uso. La radiación infrarroja absorbida en el receptor calienta el elemento termosensible y se registra un aumento de temperatura.

Los receptores IR fotoeléctricos generan voltaje y corriente eléctricos en respuesta a una parte estrecha específica del espectro IR para el cual están diseñados para operar, es decir, los receptores fotoeléctricos IR son selectivos. Para ondas IR en el rango de hasta 1,2 μm, el registro fotográfico se realiza utilizando emulsiones fotográficas especiales.

La radiación infrarroja se usa ampliamente en ciencia y tecnología, especialmente para resolver problemas prácticos de investigación. Se estudian los espectros de absorción y emisión de moléculas y sólidos que caen justo en la región infrarroja.

Este enfoque de investigación se denomina espectroscopia infrarroja, que permite resolver problemas estructurales mediante la realización de análisis espectrales cuantitativos y cualitativos. La región del infrarrojo lejano contiene emisiones causadas por transiciones entre subplanos atómicos. Gracias a los espectros IR, puedes estudiar las estructuras de las capas de electrones de los átomos.

Y esto sin mencionar la fotografía, cuando el mismo objeto fotografiado primero en el rango visible y luego en el infrarrojo se verá diferente, porque debido a la diferencia en transmisión, dispersión y reflexión para diferentes áreas del espectro electromagnético, algunos elementos y detalles en un modo de toma de fotos inusual puede faltar por completo: en una foto ordinaria, faltará algo, y en una foto infrarroja se hará visible.

Los usos industriales y de consumo de la radiación infrarroja no pueden subestimarse. Se utiliza para secar y calentar diversos productos y materiales en la industria. En las casas, los locales se calientan.

Los transductores electroópticos utilizan fotocátodos que son sensibles en la región infrarroja del espectro electromagnético, lo que le permite ver lo que es invisible a simple vista.

Los dispositivos de visión nocturna le permiten ver en la oscuridad debido a la irradiación de objetos con rayos infrarrojos, binoculares infrarrojos, para observación nocturna, miras infrarrojas, para apuntar en la oscuridad total, etc. Por cierto, con la ayuda de la radiación infrarroja, usted puede reproducir el estándar exacto del metro.

Los receptores altamente sensibles de ondas IR permiten determinar la dirección de varios objetos por su radiación térmica, por ejemplo, funcionan los sistemas de guía de misiles, que además generan su propia radiación IR.

Los telémetros y localizadores basados ​​en rayos infrarrojos permiten observar algunos objetos en la oscuridad y medir la distancia a ellos con gran precisión. Los láseres IR se utilizan en la investigación científica, para sondear la atmósfera, para comunicaciones espaciales y más.