Hva er infrarød?

Infrarød stråling (IR), eller infrarødt lys, er en type strålende energi som er usynlig for menneskers øyne, men som vi kan føle som varme. Alle objekter i universet avgir et visst nivå av IR-stråling, men to av de mest åpenbare kildene er sol og ild.

IR er en type elektromagnetisk stråling, et kontinuum av frekvenser produsert når atomer absorberer og deretter frigjør energi. Fra høyeste til laveste frekvens inkluderer elektromagnetisk stråling gammastråler, røntgenstråler, ultrafiolett stråling, synlig lys, infrarød stråling, mikrobølger og radiobølger. Til sammen utgjør denne typen stråling det elektromagnetiske spekteret.

Den britiske astronomen William Herschel oppdaget infrarødt lys i 1800, ifølge NASA. I et eksperiment for å måle forskjellen i temperatur mellom fargene i det synlige spekteret, plasserte han termometre i lysbanen innenfor hver farge i det synlige spekteret. Han observerte en økning i temperatur fra blått til rødt, og han fant en enda varmere temperaturmåling like utenfor den røde enden av det synlige spekteret.

Innenfor det elektromagnetiske spekteret oppstår infrarøde bølger ved frekvenser over mikrobølger og like under rødt synlig lys, derav navnet "infrarød." Bølger med infrarød stråling er lengre enn synlig lys, ifølge California Institute of Technology (Caltech). IR-frekvenser varierer fra omtrent 300 gigahertz (GHz) til rundt 400 terahertz (THz), og bølgelengdene er estimert til å være mellom 1000 mikrometer (µm) og 760 nanometer, selv om disse verdiene ikke er definitive, ifølge NASA.

I likhet med det synlige lysspekteret, som spenner fra fiolett (den korteste bølgelengden for synlig lys) til rød (lengste bølgelengde), har infrarød stråling sitt eget utvalg av bølgelengder. De kortere "nærinfrarøde" bølgene, som er nærmere synlig lys på det elektromagnetiske spekteret, avgir ikke noe påviselig varme og er det som tømmes fra en TV-fjernkontroll for å skifte kanal. De lengre "langtinfrarøde" bølgene, som ligger nærmere mikrobølgeovnsseksjonen på det elektromagnetiske spekteret, kan føles som intens varme, for eksempel varmen fra sollys eller brann, ifølge NASA.

IR-stråling er en av de tre måtene varmen overføres fra et sted til et annet, de to andre er konveksjon og ledning. Alt med en temperatur over rundt 5 grader Kelvin (minus 450 grader Fahrenheit eller minus 268 grader Celsius) avgir IR-stråling. Solen avgir halvparten av sin totale energi som IR, og mye av stjernens synlige lys blir absorbert og gjenutsendt som IR, ifølge University of Tennessee.

Husholdningsbruk

Husholdningsapparater som varmelamper og brødristere bruker IR-stråling for å overføre varme, og det samme gjør industrielle ovner som de som brukes til tørking og herding av materialer. Glødepærer konverterer bare rundt 10 prosent av elektrisk energiinngang til synlig lysenergi, mens de andre 90 prosentene blir konvertert til infrarød stråling, ifølge Miljøvernstyrelsen.

Infrarøde lasere kan brukes til punkt-til-punkt-kommunikasjon over avstander på noen hundre meter eller meter. TV-fjernkontroller som er avhengige av infrarød stråling skyter ut pulser av IR-energi fra en lysemitterende diode (LED) til en IR-mottaker på TV-en, ifølge How Stuff Works. Mottakeren konverterer lyspulsene til elektriske signaler som instruerer en mikroprosessor om å utføre den programmerte kommandoen.

Infrarød sensing

En av de mest nyttige bruksområdene til IR-spekteret er innen sensing og deteksjon. Alle objekter på jorden avgir IR-stråling i form av varme. Dette kan oppdages av elektroniske sensorer, for eksempel de som brukes i nattsynbriller og infrarøde kameraer.

Et enkelt eksempel på en slik sensor er bolometeret, som består av et teleskop med en temperaturfølsom motstand, eller termistor, i sitt fokuspunkt, ifølge University of California, Berkeley (UCB). Hvis en varm kropp kommer inn i dette instrumentets synsfelt, forårsaker varmen en påvisbar endring i spenningen over termistoren.

Nattsynskameraer bruker en mer sofistikert versjon av et bolometer. Disse kameraene inneholder vanligvis ladekoblede enheters (CCD) avbildningsbrikker som er følsomme for IR-lys. Bildet dannet av CCD kan deretter reproduseres i synlig lys. Disse systemene kan gjøres små nok til å brukes i håndholdte enheter eller bærbare nattsynsbriller. Kameraene kan også brukes til kanonsikt med eller uten tillegg av en IR-laser for målretting.

Infrarød spektroskopi måler IR-utslipp fra materialer med spesifikke bølgelengder. IR-spekteret til et stoff vil vise karakteristiske fall og topper når fotoner (lyspartikler) blir absorbert eller sendt ut av elektroner i molekyler når elektronene overgår mellom baner, eller energinivåer. Denne spektroskopiske informasjonen kan deretter brukes til å identifisere stoffer og overvåke kjemiske reaksjoner.

I følge Robert Mayanovic, professor i fysikk ved Missouri State University, er infrarød spektroskopi, som Fourier transform infrared (FTIR) spektroskopi, svært nyttig for en rekke vitenskapelige anvendelser. Disse inkluderer studier av molekylære systemer og 2D-materialer, for eksempel grafen.

Infrarød astronomi

Caltech beskriver infrarød astronomi som "deteksjonen og studien av den infrarøde strålingen (varmeenergi) som sendes ut fra objekter i universet." Fremskritt i IR CCD-bildesystemer har muliggjort detaljert observasjon av distribusjonen av IR-kilder i verdensrommet, og avslørt komplekse strukturer i nebler, galakser og universets storskala struktur..

En av fordelene med IR-observasjon er at den kan oppdage objekter som er for kule til å avgi synlig lys. Dette har ført til oppdagelsen av tidligere ukjente gjenstander, inkludert kometer, asteroider og sprø interstellare støvskyer som ser ut til å være utbredt i hele galaksen.

IR-astronomi er spesielt nyttig for å observere kalde molekyler av gass og for å bestemme den kjemiske sammensetningen av støvpartikler i det interstellare mediet, sa Robert Patterson, professor i astronomi ved Missouri State University. Disse observasjonene blir utført ved hjelp av spesialiserte CCD-detektorer som er følsomme for IR-fotoner.

En annen fordel med IR-stråling er at den lengre bølgelengden betyr at den ikke sprer så mye som synlig lys, ifølge NASA. Mens synlig lys kan tas opp eller reflekteres av gass og støvpartikler, går de lengre IR-bølgene ganske enkelt rundt disse små hindringene. På grunn av denne egenskapen kan IR brukes til å observere gjenstander hvis lys er tilslørt av gass og støv. Slike objekter inkluderer nydannende stjerner innbakt i nebulas eller sentrum av jordas galakse.

Tilleggsressurser:

• Lær mer om infrarøde bølger fra NASA Science.
• Les mer om infrarød fra Gemini Observatory.
• Se denne videoen som beskriver infrarød visjon, fra National Geographic.

Denne artikkelen ble oppdatert 27. februar 2019 av bidragsyter Traci Pedersen.