derecha|Imagen tomada con radiación infrarroja media («térmica») y coloreada thumb|right|Imagen del telescopio espacial infrarrojo tiene (color falso) azul, verde y rojo correspondientes a longitudes de onda de 3,4, 4,6 y 12 μm , respectivamente. La radiación infrarroja, o radiación IR, es un tipo de radiación electromagnética, de mayor longitud de onda que la luz visible, pero menor que la de los microondas. Su rango de longitudes de onda va desde unos 0,7 hasta los 1000μm. La radiación infrarroja es emitida por cualquier cuerpo cuya temperatura sea mayor que 0K, es decir, −273,15°C (cero absoluto) .
Por tanto, es invisible para el ojo humano. Por lo general, se entiende que el IR abarca longitudes de onda desde el borde nominal del rojo del espectro visible, alrededor de 700 nm (frecuencia 430 THz), hasta 1 mm (300 GHz) (aunque las longitudes de onda IR más largas suelen designarse más bien como radiación de terahercios). La radiación del cuerpo negro de los objetos cercanos a la temperatura ambiente es casi toda de longitud de onda infrarroja. Como forma de radiación electromagnética, la radiación infrarroja propaga energía y momento, con propiedades que corresponden a la dualidad onda-partícula de una onda y de una partícula, el fotón.
La radiación infrarroja fue descubierta en 1800 por el astrónomo Sir William Herschel, quien descubrió un tipo de radiación invisible en el espectro de menor energía que la luz roja, mediante su efecto en un termómetro.Michael Rowan-Robinson (2013). Visión nocturna: Explorando el universo infrarrojo. Cambridge University Press. p. 23. . Finalmente se comprobó que algo más de la mitad de la energía total del Sol llega a la Tierra en forma de infrarrojos. El equilibrio entre la radiación infrarroja absorbida y emitida tiene un efecto crítico en el clima de la Tierra.
La radiación infrarroja es emitida o absorbida por las moléculas cuando cambian sus movimientos rotacional-vibracional. Excita los modos de vibración en una molécula a través de un cambio en el momento dipolar, por lo que es un rango de frecuencias útil para el estudio de estos estados energéticos para moléculas de la simetría adecuada. La Espectroscopia infrarroja examina la absorción y transmisión de fotones en el rango infrarrojo. miniaturadeimagen|Introducción al espectro radioeléctrico - Radiación infrarroja La radiación infrarroja se utiliza en aplicaciones industriales, científicas, militares, comerciales y médicas. Los dispositivos de visión nocturna que utilizan iluminación activa en el infrarrojo cercano permiten observar a personas o animales sin que el observador sea detectado. La astronomía infrarroja utiliza telescopios equipados con sensores para penetrar en regiones polvorientas del espacio como las nubes moleculares, para detectar objetos como planetas y para ver objetos altamente desplazados al rojo de los primeros tiempos del universo. Las cámaras de imagen térmica infrarroja se utilizan para detectar la pérdida de calor en sistemas aislados, para observar los cambios en el flujo sanguíneo en la piel y para detectar el sobrecalentamiento de los componentes eléctricos.
Las aplicaciones militares y civiles incluyen la adquisición de objetivos, la vigilancia, la visión nocturna, el homing y el seguimiento. Los seres humanos, a una temperatura corporal normal, irradian principalmente en longitudes de onda de unos 10 μm (micrómetros). Los usos no militares incluyen el análisis de la eficiencia térmica, la supervisión medioambiental, la inspección de instalaciones industriales, la detección de operaciones de cultivo, la detección remota de la temperatura, la comunicación inalámbrica de corto alcance, la espectroscopia y la previsión meteorológica.
Historia Los infrarrojos fueron descubiertos en 1800 por William Herschel, astrónomo inglés de origen alemán. Herschel colocó un termómetro de mercurio en el espectro obtenido por un prisma de cristal con el fin de medir el calor emitido por cada color. Descubrió que el calor era más fuerte al lado del rojo del espectro y observó que allí no había luz. Esta es la primera experiencia que muestra que el calor puede transmitirse por una forma invisible de luz. Herschel denominó a esta radiación "rayos calóricos", denominación bastante popular a lo largo del que, finalmente, fue dando paso al más moderno de radiación infrarroja.
Los primeros detectores de radiación infrarroja eran bolómetros, instrumentos que captan la radiación por el aumento de temperatura producido en un detector absorbente.
Definición y relación con el espectro electromagnético La radiación infrarroja se extiende desde el borde nominal rojo del espectro visible a 700 nm hasta 1 mm. Este rango de longitudes de onda corresponde a un rango de frecuencia de aproximadamente 430 THz hasta 300 GHz. Por debajo del infrarrojo se encuentra la porción de microondas del espectro electromagnético. upright=2.25|thumb|Infrarrojo en relación con el espectro electromagnético Comparación de la luz Nombre Longitud de onda Frecuencia (Hz) Energía fotónica (eV) Rayos gamma menos de 0.01 nm más de 30 EHz más de 124 keV Rayos X 0.01 nm – 10 nm 30 EHz – 30 PHz 124 keV – 124 eV Ultravioleta 10 nm – 400 nm 30 PHz – 790 THz 124 eV – 3.3 eV Luz visible 400 nm – 700 nm 790 THz – 430 THz 3.3 eV – 1.7 eV Infrarrojos 700 nm – 1 mm 430 THz – 300 GHz 1.7 eV – 1.24 meV Microondas 1 mm – 1 m 300 GHz – 300 MHz 1.24 meV – 1.24 μeV Radio 1 m – 10,000 km 300 MHz – 30 Hz 1.24 μeV – 124 feV
Infrarrojo natural La luz del sol, a una temperatura efectiva de 5780 K (5510 °C, 9940 °F), se compone de una radiación de espectro casi térmico que es ligeramente superior a la mitad de los infrarrojos. En el cenit, la luz solar proporciona una irradiancia de algo más de 1 kW por metro cuadrado a nivel del mar. De esta energía, 527W son de radiación infrarroja, 445W de luz visible y 32W de radiación ultravioleta. Casi toda la radiación infrarroja de la luz solar es infrarrojo cercano, inferior a 4μm.
Debido a que la superficie de la Tierra tiene una temperatura mucho menor que la del Sol, su radiación térmica se emite principalmente en la región del infrarrojo medio; es decir, con longitudes de onda mucho más largas que las de la luz solar. No obstante, la radiación térmica (o de cuerpo negro) es continua, lo que significa que abarca todo el espectro de longitudes de onda. Entre las fuentes naturales de nuestro planeta, solo los rayos y los incendios alcanzan temperaturas suficientes para emitir una cantidad significativa de luz visible, aunque, incluso en el caso de los incendios, la energía liberada en forma de calor infrarrojo es muy superior a la espectralmente visible. https://www.e-education.psu.edu/astro801/content/l3_p5.html
Clasificación thumb|Gráfico de transmitancia atmosférica en parte de la región infrarroja Los infrarrojos son clasificados, de acuerdo a su longitud de onda, de este modo:Miller, Principles of Infrared Technology (Van Nostrand Reinhold, 1992), and Miller and Friedman, Photonic Rules of Thumb, 2004. Infrarrojo cercano de 0,7 a 1,0μm (desde el final aproximado de la respuesta del ojo humano al del silicio). Infrarrojo de onda corta: 1.0 a 3μm (desde el corte de silicio hasta el de la ventana atmosférica MWIR). InGaAs cubre hasta aproximadamente 1,8µm; las sales de plomo menos sensibles cubren esta región. Infrarrojo medio 3 a 5μm (definido por la ventana atmosférica y cubierto por antimonuro de indio [InSb] y telururo de mercurio cadmio [HgCdTe] y parcialmente por seleniuro de plomo PbSe). Infrarrojos de onda larga: de 8 a 12 o de 7 a 14μm (esta es la ventana atmosférica cubierta por HgCdTe y microbolómetros ). Infrarrojo de onda muy larga (VLWIR) (de 12 a aproximadamente 30μm, cubierto por silicio dopado). Infrarrojo lejano (de 50µm a 1000µm)
El infrarrojo cercano es la región más cercana en longitud de onda a la radiación detectable por el ojo humano. el infrarrojo medio y lejano se alejan progresivamente del espectro visible . Otras definiciones siguen diferentes mecanismos físicos (picos de emisión, frente a bandas, absorción de agua) y las más nuevas siguen razones técnicas (los detectores de silicio comunes son sensibles a aproximadamente 1050nm, mientras que la sensibilidad de InGaAs comienza alrededor de 950nm y termina entre 1700 y 2600nm, dependiendo de la configuración específica). Actualmente no se dispone de estándares internacionales para estas especificaciones.
La aparición de infrarrojos se define (de acuerdo con diferentes estándares) en varios valores, típicamente entre 700nm y 800nm, pero el límite entre la luz visible y la infrarroja no está definido con precisión. El ojo humano es notablemente menos sensible a la luz por encima de 700nm de longitud de onda, por lo que las longitudes de onda más largas hacen contribuciones insignificantes a las escenas iluminadas por fuentes de luz comunes. Sin embargo, la luz infrarroja cercana particularmente intensa (p. Ej., De láseres IR, Fuentes de LED IR, o de la luz del día brillante con la luz visible eliminada por geles de colores) se pueden detectar hasta aproximadamente 780nm y se percibirán como luz roja. Las fuentes de luz intensa que proporcionan longitudes de onda de hasta 1050nm pueden verse como un resplandor rojo apagado, lo que causa cierta dificultad en la iluminación infrarroja cercana de escenas en la oscuridad (por lo general, este problema práctico se resuelve mediante iluminación indirecta). Las hojas son particularmente brillantes en el infrarrojo cercano, y si todas las fugas de luz visible alrededor de un filtro de infrarrojos están bloqueadas y el ojo tiene un momento para adaptarse a la imagen extremadamente tenue que proviene de un filtro fotográfico de paso de infrarrojos visualmente opaco, Es posible ver el efecto Madera que consiste en un follaje resplandeciente por infrarrojos.
La materia, por su caracterización energética (véase cuerpo negro) emite radiación térmica. En general, la longitud de onda donde un cuerpo emite el máximo de radiación es inversamente proporcional a la temperatura de esta (Ley de Wien). De esta forma la mayoría de los objetos a temperaturas cotidianas tienen su máximo de emisión en el infrarrojo. Los seres vivos, en especial los mamíferos, emiten una gran proporción de radiación en la parte del espectro infrarrojo, debido a su calor corporal.
La potencia emitida en forma de calor por un cuerpo humano, por ejemplo, se puede obtener a partir de la superficie de su piel (unos 2m2) y su temperatura corporal (unos 37 °C, es decir 310K), por medio de la Ley de Stefan-Boltzmann, y resulta ser de alrededor de 100W.
Esto está íntimamente relacionado con la llamada "sensación térmica", según la cual podemos sentir frío o calor independientemente de la temperatura ambiental, en función de la radiación que recibimos (por ejemplo del Sol u otros cuerpos calientes más cercanos): Si recibimos más de los 100W que emitimos, tendremos calor, y si recibimos menos, tendremos frío. En ambos casos la temperatura de nuestro cuerpo es constante (37 °C) y la del aire que nos rodea también. Por lo tanto, la sensación térmica en aire quieto, solo tiene que ver con la cantidad de radiación (por lo general infrarroja) que recibimos y su balance con la que emitimos constantemente como cuerpos calientes que somos. Si en cambio hay viento, la capa de aire en contacto con nuestra piel puede ser reemplazada por aire a otra temperatura, lo que también altera el equilibrio térmico y modifica la sensación térmica.
Regiones dentro del infrarrojo