infračervené záření (IR) nebo infračervené světlo je druh sálavé energie, která je pro lidské oči neviditelná, ale kterou můžeme cítit jako teplo. Všechny objekty ve vesmíru emitují určitou úroveň IR záření, ale dva z nejzřetelnějších zdrojů jsou slunce a oheň.
IR je typ elektromagnetického záření, kontinuum frekvencí produkovaných, když atomy absorbují a uvolňují energii. Od nejvyšší po nejnižší frekvenci zahrnuje elektromagnetické záření gama záření, rentgenové záření, ultrafialové záření, viditelné světlo, infračervené záření, mikrovlny a rádiové vlny. Společně tyto typy záření tvoří elektromagnetické spektrum.
britský astronom William Herschel objevil podle NASA infračervené světlo v roce 1800. V experimentu k měření rozdílu teplot mezi barvami ve viditelném spektru umístil teploměry do dráhy světla v každé barvě viditelného spektra. Pozoroval zvýšení teploty z modré na červenou a našel ještě teplejší měření teploty těsně za červeným koncem viditelného spektra.
v rámci elektromagnetického spektra se infračervené vlny vyskytují při frekvencích nad frekvencemi mikrovln a těsně pod frekvencemi červeného viditelného světla, odtud název “ infračervené.“Vlny infračerveného záření jsou delší než vlny viditelného světla, podle Kalifornského technologického institutu (Caltech). IR frekvence v rozsahu od 300 gigahertz (GHz) až o 400 terahertzové (THz), a vlnové délky jsou odhadnuty v rozmezí mezi 1000 mikrometrů (µm) a 760 nanometrů (2.9921 palců), i když tyto hodnoty nejsou definitivní, podle NASA.
podobně jako spektrum viditelného světla, které se pohybuje od fialové (nejkratší vlnová délka viditelného světla) po červenou (nejdelší vlnová délka), má infračervené záření svůj vlastní rozsah vlnových délek. Kratší „near-infrared“ vlny, které jsou blíže k viditelné světlo v elektromagnetickém spektru, nechci vypouštět žádné detekovatelné teplo a jsou tím, co je propuštěn z TV dálkové ovládání ke změně kanálů. Delší“ daleko infračervené “ vlny, které jsou blíže mikrovlnné části elektromagnetického spektra, lze podle NASA cítit jako intenzivní teplo, jako je teplo ze slunečního světla nebo ohně.
IR záření je jedním ze tří způsobů přenosu tepla z jednoho místa na druhé, dalšími dvěma jsou konvekce a vedení. Vše s teplotou nad 5 stupňů Kelvina (minus 450 stupňů Fahrenheita nebo minus 268 stupňů Celsia) vydává IR záření. Slunce vydává polovinu své celkové energie jako IR, a velká část viditelného světla hvězdy je absorbována a znovu emitována jako IR, podle University of Tennessee.
Domácí použití
Domácí spotřebiče jako lampy a toustovače použití IR záření k přenosu tepla, stejně jako průmyslové ohřívače, jako jsou ty, které se používají pro sušení a vytvrzování materiálů. Žárovky přeměňují pouze o 10 procent jejich elektrická energie na viditelné světlo, energie, zatímco zbylých 90 procent se přemění na infračervené záření, podle Agentury pro Ochranu Životního prostředí.
infračervené lasery mohou být použity pro komunikaci point-to-point na vzdálenosti několika set metrů nebo yardů. Dálkové ovládání televizoru, které se spoléhají na infračervené záření, střílí impulsy IR energie ze světelné diody (LED) do IR přijímače v televizoru, podle toho, jak věci fungují. Přijímač převádí světelné impulsy na elektrické signály, které instruují mikroprocesor k provedení naprogramovaného příkazu.
infračervené snímání
jednou z nejužitečnějších aplikací IR spektra je snímání a detekce. Všechny objekty na Zemi emitují IR záření ve formě tepla. To lze detekovat elektronickými senzory, jako jsou ty, které se používají v brýlích pro noční vidění a infračervených kamerách.
jednoduchý příklad takového snímače je bolometrické, který se skládá z dalekohledu s teplotně citlivý odpor nebo termistor, v jeho ohnisku, v závislosti na University of California, Berkeley (UCB). Pokud se do zorného pole tohoto přístroje dostane teplé tělo, teplo způsobí detekovatelnou změnu napětí přes termistor.
kamery pro noční vidění používají sofistikovanější verzi bolometru. Tyto kamery obvykle obsahují zobrazovací čipy CCD (charge-coupled device), které jsou citlivé na IR světlo. Obraz vytvořený CCD pak může být reprodukován ve viditelném světle. Tyto systémy mohou být dostatečně malé, aby mohly být použity v ručních zařízeních nebo nositelných brýlích pro noční vidění. Kamery lze také použít pro zaměřovače zbraní s nebo bez přidání IR laseru pro zaměřování.
infračervená spektroskopie měří IR emise z materiálů na specifických vlnových délkách. IČ spektra látky ukáže charakteristické poklesy a špičky, jako fotony (částice světla) jsou absorbované nebo emitované elektrony v molekulách jako přechod elektronů mezi drahami, nebo energetické hladiny. Tato spektroskopická informace pak může být použita k identifikaci látek a sledování chemických reakcí.
Podle Roberta Mayanovic, profesor fyziky na Missouri State University, infračervené spektroskopie, jako je Fourierova transformace infračervené (FTIR) spektroskopie je velmi užitečné pro četné vědecké aplikace. Patří sem studium molekulárních systémů a 2D materiálů, jako je Grafen.
infračervená astronomie
Caltech popisuje infračervenou astronomii jako “ detekci a studium infračerveného záření (tepelné energie) emitovaného z objektů ve vesmíru.“Pokroky v ir CCD zobrazovacích systémech umožnily podrobné pozorování distribuce IR zdrojů ve vesmíru, odhalující složité struktury v mlhovinách, galaxiích a rozsáhlé struktuře vesmíru.
Jednou z výhod IR pozorování je, že může detekovat objekty, které jsou příliš chladné, aby vyzařují viditelné světlo. To vedlo k objevu dříve neznámých objektů, včetně komet, asteroidů a mračen mezihvězdného prachu, které se zdají být převládající v celé galaxii.
IR astronomie je užitečné zejména pro pozorování studené molekuly plynu a pro stanovení chemického složení prachových částic v mezihvězdném médiu, řekl Robert Patterson, profesor astronomie na Missouri State University. Tato pozorování se provádějí pomocí specializovaných detektorů CCD, které jsou citlivé na IR fotony.
Další výhodou IR záření je, že jeho delší vlnová délka znamená, že se podle NASA nerozptýlí tolik jako viditelné světlo. Zatímco viditelné světlo může být absorbováno nebo odrazeno částicemi plynu a prachu, delší IR vlny jednoduše obcházejí tyto malé překážky. Díky této vlastnosti lze IR použít k pozorování objektů, jejichž světlo je zakryto plynem a prachem. Mezi takové objekty patří nově se tvořící hvězdy zasazené do mlhovin nebo do středu zemské galaxie.