Co je infračervené?

Infračervené záření (IR), nebo infračervené světlo, je druh zářivé energie, která je pro lidské oči neviditelná, ale kterou můžeme cítit jako teplo. Všechny objekty ve vesmíru emitují určitou úroveň infračerveného záření, ale dvěma nejzjevnějšími zdroji jsou slunce a oheň.

IR je druh elektromagnetického záření, kontinuum frekvencí vytvářených, když atomy absorbují a poté uvolňují energii. Od nejvyšší k nejnižší frekvenci zahrnuje elektromagnetické záření gama záření, rentgenové záření, ultrafialové záření, viditelné světlo, infračervené záření, mikrovlny a rádiové vlny. Tyto typy záření společně tvoří elektromagnetické spektrum.

Britský astronom William Herschel objevil infračervené světlo v roce 1800, podle NASA. 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.

Uvnitř elektromagnetického spektra dochází k infračerveným vlnám při frekvencích nad vlnami mikrovln a těsně pod vlnami červeného viditelného světla, tedy název „infračervené“. Podle Kalifornského technologického institutu (Caltech) jsou vlny infračerveného záření delší než vlny viditelného světla. IR frekvence se pohybují od asi 300 gigahertzů (GHz) do asi 400 terahertzů (THz) a vlnové délky se odhadují v rozmezí mezi 1 000 mikrometrů (µm) a 760 nanometrů (2,9921 palců), ačkoli tyto hodnoty nejsou podle NASA definitivní.

Podobně jako spektrum viditelného světla, které sahá od fialové (nejkratší vlnové délky viditelného světla) po červené (nejdelší vlnová délka), má infračervené záření svůj vlastní rozsah vlnových délek. Kratší „blízké infračervené“ vlny, které jsou blíže k viditelnému světlu v elektromagnetickém spektru, nevyzařují žádné detekovatelné teplo a jsou vybíjeny z dálkového ovladače televizoru, aby změnily kanály. Delší „daleko infračervené“ vlny, které jsou blíže mikrovlnné sekci elektromagnetického spektra, lze podle NASA pociťovat jako intenzivní teplo, jako je teplo ze slunečního světla nebo ohně..

Infračervené záření je jedním ze tří způsobů přenosu tepla z jednoho místa na druhé, další dva jsou konvekce a vedení. Vše s teplotou nad 5 stupňů Kelvina (minus 450 stupňů Fahrenheita nebo minus 268 stupňů Celsia) emituje IR záření. Slunce vydává polovinu své celkové energie jako IR, a hodně z viditelného světla hvězdy je absorbováno a znovu emitováno jako IR, podle University of Tennessee.

Použití v domácnosti

Domácí spotřebiče, jako jsou tepelné lampy a topinkovače, používají k přenosu tepla infračervené záření, stejně jako průmyslové ohřívače používané pro sušení a vytvrzování materiálů. Žárovky přeměňují pouze asi 10 procent jejich elektrické energie na energii viditelného světla, zatímco zbývajících 90 procent je přeměněno na infračervené záření, podle Agentury pro ochranu životního prostředí.

Infračervené lasery mohou být použity pro point-to-point komunikaci na vzdálenost několika stovek metrů nebo yardů. Dálkové ovladače televizoru, které se spoléhají na infračervené záření, snímají pulzy infračervené energie z diody emitující světlo (LED) do IR přijímače v televizi, podle toho, jak látka funguje. Přijímač převádí světelné impulzy na elektrické signály, které dávají mikroprocesoru pokyn k provedení naprogramovaného příkazu.

Infračervené snímání

Jednou z nejužitečnějších aplikací IČ spektra je snímání a detekce. Všechny objekty na Zemi emitují IR záření ve formě tepla. To lze zjistit elektronickými senzory, jako jsou například senzory používané v brýlích pro noční vidění a infračervených kamerách.

Jednoduchým příkladem takového senzoru je bolometr, který se skládá z dalekohledu s teplotně citlivým rezistorem nebo termistorem v jeho ohnisku, podle University of California, Berkeley (UCB). Pokud do zorného pole tohoto nástroje přijde teplé tělo, teplo způsobí detekovatelnou změnu napětí na termistoru.

Kamery pro noční vidění používají sofistikovanější verzi bolometeru. Tyto kamery obvykle obsahují zobrazovací čipy zařízení s nábojovým připojením (CCD), které jsou citlivé na infračervené světlo. Obraz vytvořený CCD může být potom reprodukován ve viditelném světle. Tyto systémy lze vyrobit natolik malé, aby se daly použít v ručních zařízeních nebo na nošení nočních brýlí. Kamery mohou být také použity pro zaměřovače zbraní s nebo bez přidání IR laseru pro zaměřování.

Infračervená spektroskopie měří emise IR z materiálů při specifických vlnových délkách. Infračervené spektrum látky bude vykazovat charakteristické poklesy a píky, protože fotony (částice světla) jsou absorbovány nebo emitovány elektrony v molekulách při přechodu elektronů mezi oběžné dráhy nebo energetické úrovně. Tyto spektroskopické informace pak mohou být použity k identifikaci látek a sledování chemických reakcí.

Podle Roberta Mayanoviče, profesora fyziky na Missouri State University, je infračervená spektroskopie, jako je Fourierova transformační infračervená (FTIR) spektroskopie, velmi užitečná 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 zobrazovacích systémech IR CCD umožnily podrobné pozorování distribuce IR zdrojů ve vesmíru, odhalení komplexních struktur v mlhovinách, galaxiích a rozsáhlé struktury vesmíru.

Jednou z výhod IR pozorování je, že dokáže detekovat objekty, které jsou příliš chladné na to, aby vyzařovaly viditelné světlo. To vedlo k objevu dříve neznámých objektů, včetně komet, asteroidů a mračen mezihvězdných prachových mraků, které se zdají převládající v celé galaxii.

IR astronomie je zvláště užitečná pro pozorování studených molekul plynu a pro stanovení chemického složení prachových částic v mezihvězdném médiu, řekl Robert Patterson, profesor astronomie na Missouri State University. Tato pozorování jsou prováděna pomocí specializovaných CCD detektorů, které jsou citlivé na IR fotony.

Další výhodou IR záření je to, že jeho delší vlnová délka znamená, že se podle NASA nerozptyluje tolik jako viditelné světlo. Zatímco viditelné světlo může být absorbováno nebo odráženo částicemi plynu a prachu, delší IR vlny jednoduše obcházejí tyto malé překážky. Díky této vlastnosti lze IR použít k pozorování předmětů, jejichž světlo je zakryté plynem a prachem. Mezi takové objekty patří nově se formující hvězdy zasazené do mlhovin nebo do středu galaxie Země.

Dodatečné zdroje:

• Zjistěte více o infračervených vlnách od NASA Science.
• Přečtěte si více o infračerveném záření z observatoře Gemini.
• Podívejte se na toto video popisující infračervené vidění z National Geographic.

Tento článek byl aktualizován 27. února 2019 přispěvatelem Traci Pedersen.