miniatura|Imagem em falsa cor de duas pessoas obtida em radiação infravermelha de onda longa, correspondente à radiação térmica emitida à temperatura corporal

A radiação infravermelha (IV, também chamada de luz infravermelha) é uma forma não ionizante de radiação eletromagnética com comprimentos de onda maiores que os da luz visível e menores que os das micro-ondas. A faixa espectral do infravermelho começa logo além da luz vermelha, que tem os maiores comprimentos de onda do espectro visível, e por isso não pode ser vista pelo olho humano em condições ordinárias. Pelas definições da ISO e da CIE, o infravermelho abrange, em geral, comprimentos de onda entre cerca de 780 nm e 1 mm. Costuma-se distinguir o infravermelho térmico, de maior comprimento de onda e emitido por fontes terrestres, do infravermelho de menor comprimento de onda, ou infravermelho próximo, que faz parte da radiação solar. Comprimentos de onda infravermelhos maiores, entre 30 e 100 µm, às vezes são incluídos na faixa da radiação terahertz. Quase toda a radiação de corpo negro de objetos próximos da temperatura ambiente encontra-se no infravermelho. Como qualquer forma de radiação eletromagnética, ela transporta energia e momento, exerce pressão de radiação e apresenta dualidade onda-partícula, com propriedades de onda e de partícula, o fóton.

Há muito se sabia que o fogo emitia calor invisível. Em 1681, o experimentador Edme Mariotte mostrou que o vidro, embora transparente à luz solar, bloqueava o calor radiante. Em 1800, o astrônomo britânico William Herschel descobriu que a radiação infravermelha era uma forma de radiação invisível com energia por fóton menor que a luz vermelha, observando seu efeito sobre um termômetro.Michael Rowan-Robinson. Night Vision: Exploring the Infrared Universe. Cambridge University Press, 2013, p. 23. ISBN 978-1-107-02476-2. Cerca de metade da energia irradiada pelo Sol encontra-se no infravermelho. O equilíbrio entre a radiação absorvida pela Terra e a radiação infravermelha emitida pelo sistema terrestre participa do balanço energético que determina o clima.

Moléculas podem absorver radiação infravermelha quando sua frequência corresponde a transições rotacionais ou vibracionais permitidas. Para que uma vibração molecular seja ativa no infravermelho, o movimento deve produzir uma mudança no momento dipolar da molécula. Essa propriedade permite estudar estados vibracionais e rotacionais de moléculas com a simetria apropriada. A espectroscopia de infravermelho examina a absorção e a transmissão de fótons nessa faixa.

A radiação infravermelha é empregada em atividades industriais, científicas, militares, comerciais e médicas. Dispositivos de visão noturna com iluminação ativa no infravermelho próximo permitem observar pessoas ou animais sem que a fonte de iluminação seja percebida. A astronomia infravermelha usa telescópios equipados com sensores para observar através de regiões de poeira, como nuvens moleculares, detectar objetos como planetas e estudar objetos muito desviados para o vermelho do universo primordial. Câmeras de imagem térmica são usadas para detectar perda de calor em sistemas isolados, observar alterações no fluxo sanguíneo da pele, auxiliar bombeiros e localizar componentes elétricos superaquecidos. Entre os usos militares e civis estão a aquisição de alvos, a vigilância, a visão noturna, o guiamento e o rastreamento. Seres humanos à temperatura corporal normal emitem fortemente em comprimentos de onda próximos de 10 µm. Outros usos incluem análise de eficiência térmica, monitoramento ambiental, inspeção de instalações industriais, detecção de cultivos de cannabis, medição remota de temperatura, comunicação sem fio de curto alcance, espectroscopia e previsão do tempo.

Definição e relação com o espectro eletromagnético

Não existe uma definição universal para os limites da radiação infravermelha. Em geral, considera-se que ela se estende da borda vermelha nominal do espectro visível, em torno de 780 nm, até 1 mm. Esses comprimentos de onda correspondem a frequências de aproximadamente 384 THz a 300 GHz. Depois do infravermelho encontra-se a região das micro-ondas do espectro eletromagnético. A radiação terahertz se sobrepõe às convenções usadas para as regiões mais longas do infravermelho e mais curtas das micro-ondas.

Alguns esquemas gerais adotam 700 nm como fronteira nominal entre o visível e o infravermelho. A tabela abaixo segue essa convenção, enquanto os esquemas da CIE e da ISO apresentados mais adiante usam 780 nm.

+ Posição no espectro eletromagnético Nome Comprimento de onda Frequência Energia do fóton Radiação gama menos de 10 pm mais de 30 EHz mais de 124 keV Raios X 10 pm–10 nm 30 EHz–30 PHz 124 keV–124 eV Radiação ultravioleta 10 nm–400 nm 30 PHz–750 THz 124 eV–3,3 eV Visível 400 nm–700 nm 750 THz–430 THz 3,3 eV–1,7 eV Infravermelho 700 nm–1 mm 430 THz–300 GHz 1,7 eV–1,24 meV Micro-ondas 1 mm–1 m 300 GHz–300 MHz 1,24 meV–1,24 µeV Rádio 1 m ou mais 300 MHz ou menos 1,24 µeV ou menos

Natureza

miniatura|Espectro da radiação solar direta acima da atmosfera e ao nível do mar, com as regiões ultravioleta, visível e infravermelha e algumas das bandas de absorção atmosférica.

A luz solar, correspondente a uma temperatura efetiva de aproximadamente 5.780 K, ou 5.510 °C, tem um espectro próximo ao de uma fonte térmica. Cerca de 49% da energia irradiada pelo Sol encontra-se no infravermelho, aproximadamente 43% no visível e 7% no ultravioleta. Um espectro solar de referência AM1.5 usado para condições terrestres apresenta irradiância integrada próxima de 1 kW por metro quadrado. Quase toda a radiação infravermelha da luz solar está em comprimentos de onda inferiores a 4 µm.

Na superfície terrestre, objetos próximos da temperatura ambiente emitem predominantemente no infravermelho térmico. Pela lei do deslocamento de Wien, um corpo negro a 300 K tem o máximo de emissão perto de 9,7 µm. A radiação de corpo negro é contínua e se distribui por um intervalo amplo de comprimentos de onda. Quanto maior a temperatura, menor é o comprimento de onda do pico de emissão. Relâmpagos e incêndios atingem temperaturas suficientes para produzir quantidade apreciável de luz visível, enquanto objetos próximos da temperatura ambiente emitem quase toda a sua radiação térmica no infravermelho.

Regiões

Em geral, os objetos emitem radiação infravermelha num espectro de comprimentos de onda, mas muitas aplicações interessam-se apenas por uma parte limitada desse espectro, pois os sensores costumam registrar radiação dentro de uma largura de banda determinada. A radiação infravermelha térmica também apresenta um comprimento de onda de emissão máxima inversamente proporcional à temperatura absoluta do objeto, conforme a lei do deslocamento de Wien. A faixa infravermelha costuma ser dividida em regiões menores, mas seus limites mudam entre áreas de aplicação.

Limite do visível

Considera-se, em geral, que a radiação infravermelha começa em comprimentos de onda maiores que aqueles normalmente visíveis ao olho humano. Não existe um limite abrupto de visibilidade, pois a sensibilidade do olho diminui rapidamente, mas de forma gradual, acima de aproximadamente 700 nm. Comprimentos de onda um pouco maiores ainda podem ser percebidos se tiverem intensidade suficiente, mesmo quando classificados como infravermelhos pelas definições usuais. A luz de um laser de infravermelho próximo pode, por isso, parecer fracamente vermelha e ainda transportar grande quantidade de energia.

Experimentos com lasers mostraram respostas visuais humanas em comprimentos de onda de até 1.064 nm em condições laboratoriais. Uma fonte contínua em 1.064 nm foi percebida como vermelha, enquanto fontes pulsadas próximas desse comprimento de onda podem produzir outras sensações de cor por processos não lineares no olho.

Esquema comum de subdivisão

Um esquema de subdivisão bastante usado é o seguinte:

Região Abreviação Comprimento de onda Frequência Energia do fóton TemperaturaTemperaturas de corpos negros cujos picos espectrais estão nos comprimentos de onda indicados, calculadas pela forma em comprimento de onda da lei do deslocamento de Wien. Ver "Peaks of Blackbody Radiation Intensity", HyperPhysics, acesso em 27 de julho de 2016, versão arquivada em 18 de março de 2011. Características Infravermelho próximo NIR, IR-A DIN 0,75–1,4 µm 214–400 THz 886–1.653 meV 3.864–2.070 K3.591–1.797 °C Estende-se até o comprimento de onda da primeira banda de absorção da água. É muito usado em telecomunicações por fibra óptica devido às baixas perdas por atenuação no vidro de SiO2, ou sílica. Intensificadores de imagem são sensíveis a essa região, como os usados em dispositivos de visão noturna. A espectroscopia de infravermelho próximo também opera nessa faixa. Infravermelho de onda curta SWIR, IR-B DIN 1,4–3 µm 100–214 THz 413–886 meV 2.070–966 K1.797–693 °C A absorção pela água aumenta muito em 1.450 nm. A faixa de 1.530 a 1.560 nm corresponde a uma das principais regiões usadas nas telecomunicações por fibra óptica de longa distância. Infravermelho de onda média MWIR, IR-C DIN; MidIR. Também chamado de infravermelho intermediário, IIR 3–8 µm 37–100 THz 155–413 meV 966–362 K693–89 °C Na tecnologia de mísseis guiados, a parte de 3–5 µm corresponde a uma janela atmosférica usada por buscadores passivos de mísseis infravermelhos, que seguem a assinatura infravermelha de uma aeronave, em especial a pluma de exaustão de seus motores a jato. Essa região também pode ser incluída no infravermelho térmico. Infravermelho de onda longa LWIR, IR-C DIN 8–15 µm 20–37 THz 83–155 meV 362–193 K89 a −80 °C É uma região muito usada em imagem térmica, na qual sensores podem formar uma imagem inteiramente passiva de objetos próximos da temperatura ambiente, como o corpo humano, usando a radiação emitida pelos próprios objetos e sem necessidade de iluminação visível ou infravermelha. Essa região também é chamada de infravermelho térmico. Infravermelho distante FIR 15–1.000 µm 0,3–20 THz 1,2–83 meV 193–3 K−80 a −270 °C Ver também Laser de infravermelho distante e Infravermelho distante.

As regiões NIR e SWIR em conjunto às vezes recebem o nome de infravermelho refletido. MWIR e LWIR, em conjunto, são chamadas de infravermelho térmico.

Esquema da CIE

A Comissão Internacional de Iluminação (CIE) recomenda a divisão da radiação infravermelha em três bandas:

Abreviação Comprimento de onda Frequência IR-A 780–1.400 nm 215–384 THz IR-B 1.400–3.000 nm 100–215 THz IR-C 3–1.000 µm 0,3–100 THz

Esquema da ISO 20473

A ISO 20473 estabelece a seguinte divisão:ISO 20473:2007, Optics and photonics – Spectral bands, ISO, csnumber 39482.

Designação Abreviação Comprimento de onda Infravermelho próximo NIR 0,78–3 µm Infravermelho médio MIR 3–50 µm Infravermelho distante FIR 50–1.000 µm

Esquema astronômico

Na astronomia, o espectro infravermelho costuma ser dividido da seguinte forma:

Designação Abreviação Comprimento de onda Infravermelho próximo NIR 0,7–2,5 µm Infravermelho médio MIR 3–25 µm Infravermelho distante FIR acima de 25 µm

Esses limites não são exatos e podem mudar entre publicações. As três regiões correspondem à observação de faixas de temperatura diferentes e, por consequência, de ambientes astronômicos diferentes.

O sistema fotométrico mais comum na astronomia atribui letras maiúsculas a diferentes regiões espectrais conforme os filtros usados. I, J, H e K cobrem comprimentos de onda do infravermelho próximo. L, M, N e Q correspondem ao infravermelho médio. Essas letras costumam ser usadas em relação às janelas atmosféricas e aparecem, por exemplo, em títulos de muitos artigos científicos.

Esquema por resposta dos sensores

miniatura|Transmissão atmosférica em parte da região infravermelha