La radiación infrarroja del ( IR ) es la radiación electromágnetica de una longitud de onda más de largo que el de la luz visible, pero más corto que el de las microondas . El nombre significa el " debajo de " rojo ; (del latino infra, " ; below"), el ser rojo el color de la luz visible con la longitud de onda más larga. La radiación infrarroja tiene longitudes de onda entre alrededor 750 nanómetro y 1 milímetro, atravesando cinco órdenes de la magnitud .
La proyección de imagen infrarroja se utiliza extensivamente para los propósitos militares y del civil. Los usos militares incluyen la adquisición de blanco, vigilancia, dirigiéndose y siguiendo. Las aplicaciones no militares incluyen el análisis, temperatura alejada de la eficacia termal que detecta, corto-se extendieron la comunicación sin hilos, la espectroscopia, y la previsión meteorológica . La astronomía infrarroja utiliza los telescopios sensor-equipados para penetrar regiones polvorientas de espacio, tales como nubes moleculares detectan objetos frescos tales como planetas y ver alto objetos rojo-cambiados de puesto a partir de los comienzos del universo .
En el nivel atómico, la energía infrarroja saca modos vibratorios en una molécula a través de un cambio en el momento de dipolo, haciéndole una gama de frecuencia útil para el estudio de estos estados de energía. La espectroscopia infrarroja examina la absorción y la transmisión de los fotones en la gama infrarroja de la energía, basadas en su frecuencia e intensidad.
Orígenes del término
El nombre significa el " debajo de red" ( latino infra, " below"), el ser rojo el color de las longitudes de onda más largas de la luz visible. La luz del IR tiene una longitud de onda más larga que el de la luz roja. Los medios de una longitud de onda más larga tiene una frecuencia más baja que rojo, por lo tanto " below".
Diversas regiones en el infrarrojo
Los objetos emiten generalmente la radiación infrarroja a través de un espectro de longitudes de onda, pero solamente una región específica del espectro está de interés porque los sensores se diseñan generalmente para recoger solamente la radiación dentro de una anchura de banda específica. Consecuentemente, la venda infrarroja se subdivide a menudo en secciones más pequeñas. La Comisión internacional en la iluminación (CIE) recomendó la división de radiación óptica en las tres vendas siguientes:
IRA del
: 700 nm– 1400 nanómetro
IR-B: 1400 nm– 3000 nanómetro
IRC: 3000 nm– 1 milímetro
Un esquema de uso general de la subdivisión es:
l infrarrojo cercano ( NIR, estruendo del IRA): 0.4 µm en la longitud de onda, definida por la absorción de agua, y de uso general en la telecomunicación óptica de fibra debido a pérdidas de poca atenuación en el medio del vidrio de SiO2 (silicona ). Los reforzadores de imagen son sensibles a esta área del espectro. Los ejemplos incluyen los dispositivos de la visión nocturna tales como anteojos de la visión nocturna.
Infrarrojo Short-wavelength del
( SWIR, estruendo del de IR-B): 1.4-3 µm, aumentos de la absorción de agua perceptiblemente en 1,450 nanómetro.530 a 1,560 la gama del nanómetro es la región espectral dominante para las telecomunicaciones interurbanas
el infrarrojo de la Mediados de-longitud de onda del
( MWIR, el estruendo IRC) también llamó infrarrojo intermedio (IIR): 3-8 µm. En tecnología del misil teledirigido el 3-5 la porción del µm de esta venda es la ventana atmosférica en la cual los jefes autoguiados hacia el blanco de IR pasivo misiles que buscan del “calor” se diseñan para trabajar, dirigiéndose encendido a la firma del IR de los aviones de blanco, típicamente el penacho de extractor del motor de jet.
infrarrojo de la Largo-longitud de onda del
( LWIR, estruendo IRC): 8– 15 µm. Éste es el " imaging" termal; región, en la cual los sensores pueden obtener un cuadro totalmente pasivo del mundo exterior basado en emisiones termales solamente y no requiriendo ninguna luz externa o fuente termal tal como el sol, la luna o el iluminador infrarrojo. (FLIR ) los sistemas infrarrojos modernos utilizan esta área del espectro. A veces también llamó el " infrared." lejano;
Infrarrojo lejano del
(ABETO ): 15-1,000 µm (véase también el laser del infrarrojo lejano)
NIR y SWIR a veces se llama infrarrojo reflejado mientras que MWIR y LWIR se refiere a veces como infrarrojo termal del . Debido a la naturaleza de la radiación de cuerpo negro curva, los objetos “calientes” típicos, tales como tubos de escape, aparecen a menudo más brillante en el MW comparado al mismo objeto visto en el LW.
Los astrónomos dividen típicamente el espectro infrarrojo como sigue:
del
cerca de : (0.7-1) al µm 5
mediados de : 5 al µm (de 25-40)
largo: (25-40) al µm (de 200-350)
Estas divisiones no son exactas y pueden variar dependiendo de la publicación. Las tres regiones se utilizan para la observación de diversas gamas de temperaturas, y por lo tanto de diversos ambientes en espacio.
Un tercer esquema divide encima de la venda basada en la respuesta de varios detectores:
cerca del infrarrojo ( NIR ): a partir 0.0 micrómetros (del final aproximado de la respuesta del ojo humano a el del silicio)
Infrarrojo de la onda corta ( SWIR ): 1.0 a 3 micrómetros (del cortado del silicio a el de la ventana atmosférica de MWIR. Cubiertas de InGaAs a cerca de 1.8 micrómetros; las sales menos sensibles del plomo cubren esta región
Mediados de-agitar el infrarrojo ( MWIR ): 3 a 5 micrómetros (definidos por la ventana atmosférica y cubiertos por el antimoniuro del indio y el HgCdTe y parcialmente por el selénido del plomo)
Infrarrojo de onda larga ( LWIR ): 8 a 12, o 7 a 14 micrómetros: la ventana atmosférica (cubierta por HgCdTe y el Microbolometers
infrarrojo Muy-largo de la onda ( VLWIR ): 12 a cerca de 30 micrómetros, cubiertos por el silicio dopado
Estas divisiones son justificadas por la diversa respuesta humana a esta radiación: cerca de infrarrojo está la región más cercana de longitud de onda a la radiación perceptible por el ojo humano, mediados de y el infrarrojo lejano es progresivamente más futuro del régimen visible . Otras definiciones siguen diversos mecanismos físicos (emisión enarbolan, contra vendas, la absorción de agua) y el más nuevos siguen las razones técnicas (los detectores comunes del silicio son sensibles alrededor a 1,050 nanómetro, mientras que sensibilidad de InGaAs la 'comienza alrededor de 950 nanómetro y extremos entre 1.700 y 2,600 nanómetro, dependiendo de la configuración específica). Desafortunadamente, los estándares internacionales para estas especificaciones no son actualmente disponibles.
El límite entre la luz visible e infrarroja no se define exacto. El ojo humano es marcado menos sensible a la luz sobre la longitud de onda de 700 nanómetro, así que frecuencias más cortas hacen contribuciones insignificantes a las escenas iluminadas por fuentes de luz comunes. Pero particularmente la luz intensa (e., de los lasers o de la luz del día brillante con la luz visible quitada por los geles coloreados) se puede detectar hasta aproximadamente 780 nanómetro, y será percibida como luz roja. El inicio del infrarrojo se define (según diversos estándares) en los varios valores típicamente entre 700 nanómetro y 800 nanómetro.
Vendas de la telecomunicación en el infrarrojo
En las comunicaciones ópticas, la parte del espectro infrarrojo se utiliza que se divide en varias vendas basadas en la disponibilidad de fuentes de luz, transmitiendo/los materiales absorbentes (fibras) y los detectores:
Calor
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la radiación termal La radiación infrarroja se conoce popular como " heat" ¡ o a veces " radiation" del calor;, desde mucha gente atribuir toda la calefacción radiante a la luz infrarroja y/o a toda la radiación infrarroja a ser un resultado de la calefacción. Esto es una idea falsa extensa, puesto que las ondas ligeras y electromagnéticas de cualquier frecuencia calentarán las superficies que las absorben. La luz infrarroja del Sun explica solamente el 49% de la calefacción de la tierra, el resto que es causado por la luz visible que entonces se absorbe retransmitió en longitudes de onda más largas. Luz visible o ultravioleta - la emisión de los lasers puede socarrar el papel y los objetos incandescently calientes emiten la radiación visible. Es verdad que los objetos en la temperatura del sitio emitirán la radiación del concentrada sobre todo en la venda de 8 a 12 micrómetros, pero éste no es distinto de la emisión de la luz visible por los objetos incandescentes y del ultravioleta por incluso objetos más calientes (véase el cuerpo negro y la ley de dislocación de Wien ).
El calor es energía en la forma transitoria que los flujos debido a la diferencia de la temperatura. Desemejante del calor transmitido por la conducción termal o la convección termal, la radiación puede propagar con un vacío .
El concepto de la emisividad es importante en la comprensión de las emisiones infrarrojas de objetos. Ésta es una característica de una superficie que describa cómo sus emisiones termales se desvían del ideal de un cuerpo negro . Para explicar más lejos, dos objetos en la misma temperatura física “no aparecerán” la misma temperatura en una imagen infrarroja si tienen emisividades de diferenciación.
Usos
Filtros infrarrojos
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la visión nocturna Los filtros (IR) infrarrojos se pueden hacer de muchos diversos materiales. Un tipo se hace del plástico de la polisulfona que bloquea sobre el 99% del espectro de la luz visible de las fuentes de luz “blancas” tales como bulbos incandescentes del filamento. Los filtros infrarrojos permiten un máximo de la salida infrarroja mientras que mantienen covertness extremo. Actual funcionando en todo el mundo, los filtros infrarrojos se utilizan en los usos de los militares, de la aplicación de ley, industriales y comerciales. El maquillaje único del plástico permite durabilidad y resistencia térmica máximas. Los filtros del IR proporcionan una solución eficiente más rentable y épocas sobre la alternativa estándar del reemplazo del bulbo. Todas las generaciones de dispositivos de la visión nocturna se realzan grandemente con el uso de los filtros del IR.
Visión nocturna
considera también:
la visión nocturna El infrarrojo se utiliza en el equipo de la visión nocturna cuando hay la luz visible escaso a ver. Los dispositivos de la visión nocturna funcionan con un proceso que implica la conversión de fotones ligeros ambiente en los electrones que entonces son amplificados por un producto químico y un proceso eléctrico y después convertidos nuevamente dentro de luz visible.
Termografía
considera también:
la termografía La radiación infrarroja se puede utilizar para determinar remotamente la temperatura de objetos (si se sabe la emisividad). Esto se llama la termografía, o en el caso de objetos muy calientes en el NIR o visible se llama Pyrometry . La termografía (toma de imágenes térmica) se utiliza principalmente en usos militares e industriales pero la tecnología está alcanzando el mercado público bajo la forma de cámaras infrarrojas en los coches debido a los costes de producción masivo reducidos.
La otra proyección de imagen
En la fotografía infrarroja, los filtros del infrarrojo se utilizan para capturar el espectro del infrarrojo cercano. Las cámaras digitales más baratas infrarrojas de los moldes del uso de las cámaras digitales a menudo y los teléfonos de la cámara tienen filtros menos eficaces y pueden " see" del infrarrojo cercano intenso, apareciendo como color púrpura-blanco brillante. Esto es especialmente pronunciado al tomar cuadros de temas acerca a áreas IR-brillantes (por ejemplo cerca de una lámpara), donde la interferencia infrarroja resultante puede eliminar la imagen. Hay también una técnica llamada “ la proyección de imagen de la bandeja ”, que es proyección de imagen usar la radiación de Terahertz del infrarrojo lejano o. La carencia de fuentes brillantes hace fotografía del terahertz técnico más desafiadora que la mayoría de las otras técnicas de proyección de imagen infrarrojas. La proyección de imagen de la bandeja ha estado recientemente de considerable de interés debido a un número de novedades tales como espectroscopia del tiempo-dominio de Terahertz.
Seguimiento
considera también:
el dirigirse infrarrojo El seguimiento infrarrojo, también conocido como dirigirse infrarrojo, refiere a un sistema de dirección pasivo de misil que utilice la emisión de una blanco de la radiación electromágnetica en la parte infrarroja del espectro para seguirlo. Los misiles que utilizan buscar infrarrojo se refieren a menudo como " calor-seekers", puesto que el infrarrojo (IR) está apenas debajo del espectro visible de la luz en frecuencia y es irradiado fuerte por los cuerpos calientes. Muchos objetos tales como gente, motores de vehículo y aviones generan y conservan calor, y como tal, ser especialmente visible en las longitudes de onda infrarrojas de la luz comparadas a los objetos en el fondo.
Calefacción
considera también:
infrarrojo de la calefacción La radiación infrarroja se puede utilizar como fuente de calor deliberada. Por ejemplo se utiliza en las saunas infrarrojas para calentar a los inquilinos, y también para quitar el hielo de las alas de los aviones (descongelación). También está ganando renombre como método de calentar los pavimentos del asfalto en el lugar durante la nueva construcción o en la reparación del asfalto dañado. El infrarrojo se puede utilizar en alimento de cocinar y de calefacción como calienta predominante los objetos opacos, absorbentes, algo que el aire alrededor de ellos.
La calefacción infrarroja también está llegando a ser más popular en procesos de fabricación industriales, e. curando de capas, formación de plásticos, recocido, soldadura plástica, sequedad de la impresión. En estos usos, los calentadores infrarrojos substituyen los hornos de la convección y entran en contacto con la calefacción. La eficacia es alcanzada emparejando la longitud de onda del calentador infrarrojo a las características de la absorción del material.
Comunicaciones
La transmisión de datos del IR también se emplea en la comunicación de corto alcance entre los periférico de computadora y los ayudantes digitales personales que estos dispositivos se ajustan generalmente a los estándares publicaron por el IrDA, la asociación infrarroja de los datos. Los mandos a distancia y los dispositivos de IrDA utilizan los diodos electroluminosos (LED) infrarrojo para emitir la radiación infrarroja que es enfocada por una lente plástica en una viga estrecha. La viga es modulado, es decir cambiado por intervalos, para codificar los datos . El receptor utiliza un fotodiodo del silicio para convertir la radiación infrarroja a un eléctrico actual. Responde solamente a la señal rápido pulsing creada por el transmisor, y filtra hacia fuera la radiación infrarroja lentamente cambiante de la luz ambiente. Las comunicaciones infrarrojas son útiles para el uso de interior en áreas de la alta densidad demográfica. El IR no penetra las paredes y así que no interfiere con otros dispositivos en cuartos colindantes. El infrarrojo es la manera más común para los mandos a distancia a las aplicaciones del comando.La comunicación óptica del espacio libre usar los lasers infrarrojos puede ser una manera relativamente barata de instalar un enlace de comunicaciones en un funcionamiento de la zona urbana en hasta 4 gigabit/s, comparados al coste de enterrar el cable óptico de fibra.
Los lasers infrarrojos se utilizan para proporcionar la luz para los sistemas de comunicaciones de fibra óptica . La luz infrarroja con una longitud de onda alrededor 1.330 nanómetro (menos dispersión ) o 1.550 nanómetro (la mejor transmisión) es las mejores opciones para las fibras estándar de la silicona .
Espectroscopia
La espectroscopia vibratoria infrarroja (véase también el cerca de la espectroscopia infrarroja ) es una técnica que se puede utilizar para identificar las moléculas por el análisis de sus enlaces constitutivos. Cada vínculo químico en una molécula vibra en una frecuencia que sea característica de ese enlace. Un grupo de átomos en una molécula (e. CH2) puede tener modos múltiples de oscilación causados por los movimientos que estiran y de dobleces del grupo en conjunto. Si una oscilación lleva a un cambio en el dipolo en la molécula, después absorberá un fotón que tenga la misma frecuencia. Las frecuencias vibratorias de la mayoría de las moléculas corresponden a las frecuencias de la luz infrarroja. Típicamente, la técnica se utiliza para estudiar los compuestos orgánicos usar la radiación ligera a partir de 4000-400 cm-1, el mediados de-infrarrojo. Un espectro de todas las frecuencias de la absorción en una muestra se registra. Esto se puede utilizar para ganar la información sobre la composición de la muestra en términos de grupos químicos presente y también su pureza (por ejemplo una muestra mojada demostrará una absorción amplia del O-H alrededor de 3200cm-1).
Meteorología
Los satélites equipados de los radiómetros de la exploración producen las imágenes termales o infrarrojas que pueden entonces permitir a un analista entrenado determinar alturas y tipos de la nube, para calcular temperaturas de la tierra y del agua superficial, y localizar las características superficiales del océano. La exploración está típicamente en el µm 10.5 de la gama (los canales IR4 e IR5).La nube de hielo alta, fría tal como cirro o la cumulonimbus aparece la nube blanca, más baja brillante del calentador tal como estrato o el Stratocumulus aparece como gris con las nubes intermedias sombreadas por consiguiente. Las superficies calientes de la tierra aparecerán como gris o negro oscuro. Una desventaja de las imágenes infrarrojas es que la nube baja tal como estrato o niebla puede ser una temperatura similar a la superficie circundante de la tierra o del mar y no aparece. Sin embargo usar la diferencia en el brillo del canal IR4 (µm 10.5) y del canal del infrarrojo cercano (µm 1.64), la nube baja puede ser distinguida, produciendo un cuadro del satélite de la niebla del . La ventaja principal del infrarrojo es que las imágenes se pueden producir en la noche, permitiendo que una secuencia continua de tiempo sea estudiada.
Estos cuadros infrarrojos pueden representar remolinos del océano o vórtices y las corrientes del mapa tales como el Gulf Stream que tienen valores a la industria naval. Los pescadores y los granjeros están interesados en saber temperaturas de la tierra y del agua para proteger sus cosechas contra helada o para aumentar su retén del mar. Incluso los fenómenos del EL Niño pueden ser manchados. Usar técnicas color-convertidas a digital, las imágenes termales sombreadas grises se pueden convertir al color para una identificación más fácil de la información deseada.
Climatología
En el campo de la climatología, la radiación infrarroja atmosférica se supervisa para detectar tendencias en el intercambio de la energía entre la tierra y la atmósfera. Estas tendencias proporcionan la información en cambios de largo plazo en el clima de la tierra. Es uno de los parámetros primarios estudiados en la investigación en el calentamiento del planeta junto con la radiación solar .Un Pyrgeometer se utiliza en este campo de la investigación para realizar medidas al aire libre continuas. Esto es un radiómetro infrarrojo de banda ancha con la sensibilidad para la radiación infrarroja entre el aproximadamente µm 4.
Astronomía
considera también: Astronomía infrarroja,
l de la astronomía del infrarrojo lejano Los astrónomos observan objetos en la porción infrarroja del espectro electromágnetico usar componentes ópticos, incluyendo los espejos, las lentes y los detectores digitales de estado sólido. Por esta razón se clasifica como parte de la astronomía óptica . Para formar una imagen, los componentes de una necesidad infrarroja del telescopio de ser blindado cuidadosamente de fuentes de calor, y de los detectores se enfrían usar el helio líquido . La sensibilidad de telescopios infrarrojos Tierra-basados es limitada perceptiblemente por el vapor de agua en la atmósfera, que absorbe una porción de la radiación infrarroja que llega de espacio afuera de las ventanas atmosféricas seleccionadas que esta limitación puede ser aliviada parcialmente colocando el observatorio del telescopio en una mucha altitud, o llevando el telescopio en alto con un globo o un avión. Los telescopios espaciales no sufren de esta desventaja, y así que el espacio exterior se considera la localización ideal para la astronomía infrarroja.
La porción infrarroja del espectro tiene varias ventajas útiles para los astrónomos. Las nubes moleculares frías, oscuras del gas y el polvo en nuestra galaxia brillarán intensamente con calor irradiado como son irradiadas por las estrellas encajadas. El infrarrojo se puede también utilizar para detectar el Protostars antes de que comiencen a emitir la luz visible. Las estrellas emiten una porción más pequeña de su energía en el espectro infrarrojo, así que los objetos frescos próximos tales como planetas pueden ser detectados más fácilmente. (En el espectro de la luz visible, el fulgor de la estrella ahogará hacia fuera la luz reflejada de un planeta.)
La luz infrarroja es también útil para observar los corazones de las galaxias activas que se disimulan a menudo en gas y polvo. Las galaxias distantes con un alto desplazamiento hacia el rojo tendrán la porción máxima de su espectro cambiado de puesto hacia longitudes de onda más largas, así que se observan más fácilmente en el infrarrojo.
Las aplicaciones similares del infrarrojo son hechas por los arqueólogos en varios tipos de objetos, especialmente muy viejos documentos escritos tales como las volutas de mar muerto, los trabajos romanos en el chalet de los papiros, y los textos del camino de seda encontrados en las cuevas de Dunhuang. El negro de carbón usado en tinta puede aparecer extremadamente bien.
Sistemas biológicos
La víbora de hoyo se sabe para tener dos hoyos sensoriales infrarrojos en su cabeza. Hay controversia sobre la sensibilidad termal exacta de este sistema de detección infrarrojo biológico.Otros organismos que emplean activamente los termorreceptores son las serpientes de cascabel (subfamilia de Crotalinae) y las boas (familia del Boidae), el palo de vampiro común (rotundus de Desmodus del ), una variedad de escarabajos (acuminata de la joya de Melanophila), mariposas oscuro pigmentadas (aristolochiae de Pachliopta y plateni del rhadamathus de Troides), y posiblemente insectos blood-sucking (infestans del Triatoma).
La tierra como emisor infrarrojo
superficie de s de la tierra el la 'y el de las nubes absorbe la radiación visible e invisible de Sun y re-emite mucha de la energía como infrarrojo de nuevo a la atmósfera . Ciertas sustancias en la atmósfera, principalmente gotitas de la nube y vapor del agua, pero también dióxido de carbono, metano, óxido nitroso, hexafluorudo del sulfuro, y clorofluorocarbonos, absorben este infrarrojo, y lo retransmiten en todas las direcciones que incluyen de nuevo a la tierra. Así el efecto de invernadero guarda la atmósfera y emerge mucho calentador que si los amortiguadores infrarrojos eran ausentes de la atmósfera.
Historia de la ciencia infrarroja
El descubrimiento de la radiación infrarroja se atribuye al Guillermo Herschel, el astrónomo, en el siglo XIX temprano. Herschel publicó sus resultados en 1800 antes de la sociedad real de Londres . Herschel utilizó una prisma al se refracta la luz de Sun y detectó el infrarrojo, más allá de la pieza roja del espectro, con un aumento en la temperatura registrada en un termómetro . Lo sorprendieron en el resultado y los llamó " Rays" calorífico;. El término “infrarrojo” no apareció hasta tarde adentro el siglo XIX.Otras fechas importantes incluyen:.
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