La radiazione infrarossa ( IR ) è una radiazione elettromagnetica di lunghezza d' onda maggiore dello spettro visibile ma più corta delle microonde o del dominio terahertz .
Questo intervallo di lunghezze d'onda nel vuoto da 700 nm a 0,1 o 1 mm è suddiviso in infrarosso vicino , nel senso vicino dello spettro visibile, da circa 700 a 2000 nm , infrarosso medio , che si estende fino a 'a 20 µm , e lontano infrarosso . I confini di queste aree possono variare leggermente da autore ad autore.
Molte applicazioni legate al calore e all'analisi spettrografica dei materiali utilizzano o misurano la radiazione infrarossa.
L'infrarosso è un'onda elettromagnetica , il cui nome significa "sotto il rosso" (dal latino infra : "inferiore"), perché quest'area estende lo spettro visibile dalla parte della radiazione di frequenza più bassa, che appare colorata di rosso . La lunghezza d'onda del vuoto a infrarossi è compresa tra il campo visibile (≈ 0,7 μm ) e il campo delle microonde (0,1 mm ). La Commissione elettrotecnica internazionale stima che l'infrarosso vada da 780 nm a 1 mm .
L'infrarosso è associato al calore perché, a temperatura ambiente ordinaria, gli oggetti emettono spontaneamente radiazioni termiche nel campo dell'infrarosso. La legge di Planck fornisce un modello di questa radiazione per il corpo nero . La Legge di Spostamento di Wien fornisce la lunghezza d'onda massima dell'emissione del corpo nero alla temperatura assoluta T (in Kelvin ): 0,002898 / T. A temperatura ambiente ordinaria, T intorno a 300 K ), l'emissione massima è di circa 10 μm . I trasferimenti di calore avvengono anche per conduzione nei solidi e per convezione nei fluidi.
Lo spettro della radiazione infrarossa non è necessariamente quello del corpo nero; è il caso, ad esempio, di quello dei diodi luminosi utilizzati nei telecomandi .
L'analisi scientifica e tecnica di questa radiazione è chiamata spettroscopia infrarossa .
La radiazione infrarossa si nota esponendo la pelle al calore di una fonte calda nell'oscurità, ma la relazione con lo spettro visibile non è ovvia. William Herschel , un astronomo inglese originale tedesco , lo dimostrò nel 1800 con un semplicissimo esperimento che pose un termometro al mercurio in raggi di luce colorata da un prisma di vetro per misurare il proprio calore ogni colore. Il termometro indica che il calore ricevuto è più forte sul lato rosso dello spettro, anche oltre la zona di luce visibile, dove non c'è più luce. Questo esperimento ha mostrato per la prima volta che il calore poteva essere trasmesso da radiazioni della stessa natura della luce visibile. Lo scozzese John Leslie propose il cubo Leslie , un dispositivo destinato a calcolare il valore di emissività termica di ogni materiale in base alla sua natura e geometria.
Il termine infrarosso o infrarosso è attestato nel 1867; spesso viene prima come qualificatore per la radiazione oscura o lo spettro luminoso .
Nel 1877 William de Wiveleslie Abney riesce a sensibilizzare agli infrarossi un'emulsione fotografica ea fotografare lo spettro infrarosso del sole, che gli permette di studiare lo spettro solare e le sue linee al di fuori del dominio visibile.
L'infrarosso è suddiviso in IR vicino (PIR o IR-A o NIR per IR vicino in inglese), IR medio (MIR o IR-B o MIR per IR medio in inglese) e IR lontano (LIR o IR-C) o FIR per Far-IR in inglese). I limiti variano da un campo di studio all'altro. Lo slicing può essere legato alla lunghezza d'onda (o frequenza) di trasmettitori, ricevitori (rivelatori), o anche a bande di trasmissione atmosferica, da 3 a 5 µm e da 8 a 13 µm ( Dic.Phys. ).
La ISO 20473: 2007 specifica la divisione della radiazione ottica in bande spettrali per l'ottica e la fotonica, ad eccezione delle applicazioni di illuminazione o telecomunicazioni o per la protezione dai rischi delle radiazioni ottiche nelle aree di lavoro.
| Designazione | Abbreviazione | Lunghezza d'onda |
|---|---|---|
| Vicino all'infrarosso | PIR | 0,78 - 3 µm |
| Infrarosso medio | MIR | 3 - 50 µm |
| Infrarosso lontano | LIR | 50 µm - 5 mm |
La Commissione internazionale per l'illuminazione (CIE) raccomanda nel campo della fotobiologia e della fotochimica la divisione del dominio dell'infrarosso in tre domini.
| Abbreviazione | Lunghezza d'onda | Frequenza |
|---|---|---|
| IR-A | 700 nm - 1.400 nm (0,7 µm - 1,4 µm ) | 430 THz - 215 THz |
| IR-B | 1.400 nm - 3.000 nm (1.4 µm - 3 µm ) | 215 THz - 100 THz |
| IR-C | 3000 nm - 1 mm (3 µm - 1000 µm ) | 100 THz - 300 GHz |
Gli astronomi di solito dividono lo spettro infrarosso come segue:
| Designazione | Abbreviazione | Lunghezza d'onda |
|---|---|---|
| Vicino all'infrarosso | NIR | (0,7–1) a 2,5 µm |
| Infrarosso medio | MIR | Da 2,5 a (25–40) µm |
| Infrarosso lontano | ABETE | Da (25–40) a (200–350) µm |
Queste ripartizioni non sono precise e variano a seconda delle pubblicazioni. Le tre regioni vengono utilizzate per l'osservazione in diversi intervalli di temperatura, e quindi diversi ambienti nello spazio.
Il sistema fotometrico più utilizzato in astronomia assegna lettere maiuscole alle diverse bande spettrali a seconda del filtro utilizzato: I , J , H e K coprono le lunghezze d'onda del vicino infrarosso; L , M , N e Q quelli dell'infrarosso medio. Queste lettere si riferiscono a finestre atmosferiche e compaiono, ad esempio, nei titoli di molti articoli .
La spettroscopia Infrarossi è uno dei metodi utilizzati per l'identificazione di molecole organiche e inorganiche dalle loro proprietà vibrazionali (oltre ad altri metodi, NMR e spettrometria di massa ). La radiazione infrarossa, infatti, eccita specifiche modalità di vibrazione (deformazione, allungamento) dei legami chimici. Il confronto tra radiazione incidente e trasmessa attraverso il campione è quindi sufficiente per determinare le principali funzioni chimiche presenti nel campione.
La NIR può essere utilizzata per determinare il contenuto di alimenti lipidici o animali vivi (ad es. Dal salmone atlantico al bestiame vivo) mediante una tecnica non distruttiva.
Il medio infrarosso contiene le transizioni tra gli stati vibrazionali di molte molecole ( Dic.Phys ).
La termografia a infrarossi consente di misurare la temperatura degli oggetti target senza contatto, a volte a distanza. Si presume che la loro radiazione sia quella del corpo nero , la cui distribuzione spettrale dipende dalla temperatura. La misura su due portate infrarosse permette di dedurre quella dell'oggetto.
L' astronomia a infrarossi è difficile dalla superficie della Terra in quanto il vapore acqueo che contiene l' atmosfera terrestre assorbe e diffonde le emissioni luminose tranne che nella finestra atmosferica , nell'infrarosso tra 3 e 5 micron e tra 8 e 14 µm circa. . Anche i principali osservatori a infrarossi sono telescopi spaziali :
Le fotografie in argento e digitali, a colori o in bianco e nero, possono essere realizzate sulle lunghezze d'onda corrispondenti al vicino infrarosso (da 780 nm a 900 nm ). Queste fotografie hanno un interesse artistico perché mostrano scene con un'atmosfera strana e un interesse biologico perché consentono, tra le altre cose, di identificare l'attività della clorofilla.
La riflettografia a infrarossi è un metodo di indagine basato sulla luce infrarossa che consente la visualizzazione di strati di carbonio nascosti dai pigmenti della vernice. Permette di studiare i disegni preparatori di dipinti su tela e pentimenti nascosti dallo strato pittorico superficiale.
Le lampade a emissione di infrarossi sono utilizzate nella vita di tutti i giorni, soprattutto nei piani cottura in vetroceramica. I settori automobilistico, agroalimentare, tessile, della plastica, formattazione dei materiali, cura del corpo, ecc. utilizzare applicazioni di riscaldamento a emissione di infrarossi.
Questo tipo di pistola emette radiazioni infrarosse invece di aria calda. Offrono un intervallo di temperatura più ristretto che ne limita l'uso, ma hanno il vantaggio di non esporre l'utente ai fumi tossici della vernice o del piombo prodotti dalle alte temperature di una pistola termica .
L'apparecchiatura per la visione notturna utilizza gli infrarossi quando la quantità di luce visibile è troppo bassa per vedere gli oggetti. La radiazione viene rilevata, quindi amplificata per visualizzarla su uno schermo: gli oggetti più caldi risultano essere i più luminosi. In alcuni casi, un proiettore ad infrarossi associato al sistema di visione, permette di visualizzare oggetti privi di calore intrinseco, per riflessione, questa luce essendo emessa al di fuori dello spettro visibile, risulta quindi invisibile ad occhio nudo (attualmente si tratta spesso di faretti a LED che vengono utilizzati).
I raggi infrarossi sono utilizzati in campo militare per guidare aria-aria o superficie-aria missili : un rivelatore a infrarossi guida poi il missile verso la fonte di calore formato dai reattori (s) del velivolo bersaglio. Tali missili possono essere evitati con manovre speciali (allineamento con il Sole ) o mediante l'uso di esche termiche.
Sono presenti anche jammer per contrastare i rilevatori a infrarossi dei missili, che vengono posti direttamente sulla cabina . Sono utilizzati per emettere una grande quantità di radiazione infrarossa modulata in modo da ridurre le prestazioni dei missili lanciati sul loro bersaglio.
Alcuni sensori di prossimità (associati ai sistemi di rilevamento delle intrusioni) chiamati IRP (per Passive Infra Red), utilizzano la radiazione infrarossa emessa da tutti gli oggetti nella stanza monitorata (comprese le pareti). La penetrazione di un individuo provoca un cambiamento nelle radiazioni. Quando si osserva questa modifica su più fasci (taglio della radiazione totale della stanza da parte di una lente di Fresnel ), un contatto elettrico invia informazioni di allarme alla centralina.
I sistemi di trasmissione a corto raggio sono spesso basati sulla radiazione infrarossa modulata . Hanno il vantaggio di essere confinati nei locali di lavoro e, a differenza delle onde radio , non interferiscono con altri segnali elettromagnetici come i segnali televisivi. Diversi protocolli, come Philips RC5 , SIRCS per Sony, sono ampiamente utilizzati per i telecomandi .
Dei computer comunicano con i loro dispositivi a infrarossi . I dispositivi generalmente sono conformi agli standard IrDA . Sono ampiamente utilizzati nel campo della robotica . Alcune etichette digitali industriali utilizzano anche un vettore a infrarossi per trasmettere dati crittografati tra il trasmettitore e l'etichetta.
I sistemi di trasmissione del suono, per scopi audiovisivi domestici o per l' interpretazione di conferenze , utilizzano infrarossi con una frequenza portante modulata, sia in analogico che in digitale. Il loro utilizzo limita in linea di principio la diffusione nell'ambiente in cui si trovano i riscaldatori a infrarossi, facilitando la riservatezza ed evitando interferenze.
Gli illuminanti a infrarossi vengono utilizzati anche per verificare l'autenticità delle banconote. Forniscono al contatore di banconote un ulteriore indizio per rilevare banconote contraffatte.
I laser a infrarossi possono essere utilizzati per incisione, saldatura o taglio di materiali. Possono essere utilizzati anche sotto forma di telemetri laser con statica per misurare una distanza ma anche dinamicamente, in rapide rotazioni sotto forma di Lidars , al fine di misurare tutte le distanze intorno ad esso in un piano, ad esempio per veicoli autonomi.
Si trovano anche sotto forma di diodi nei vecchi lettori e masterizzatori di CD ottici. Ma questa tecnologia limita notevolmente la capacità di archiviazione dei dati ed è ora trascurata a favore dei diodi blu - viola ( lettore Blu-ray e disco ).