la radiazione Infrarossa
Oltre l’estremità rossa del campo visibile, ma a frequenze superiori a quelle di onde radar e microonde è la regione infrarossa dello spettro elettromagnetico, tra le frequenze di 1012 e 5 × 1014 Hz (o lunghezze d’onda da 0,1 a 7.5 × 10-5 cm). William Herschel, un musicista britannico di origine tedesca e astronomo autodidatta, scoprì questa forma di radiazione nel 1800 esplorando, con l’aiuto di un termometro, la luce solare dispersa nei suoi colori da un prisma di vetro., La radiazione infrarossa viene assorbita ed emessa dalle rotazioni e dalle vibrazioni di atomi o gruppi di atomi legati chimicamente e quindi da molti tipi di materiali. Ad esempio, il vetro della finestra trasparente alla luce visibile assorbe la radiazione infrarossa dalla vibrazione dei suoi atomi costituenti. La radiazione infrarossa è fortemente assorbita dall’acqua, come mostrato in Figura 3, e dall’atmosfera. Sebbene invisibile all’occhio, la radiazione infrarossa può essere rilevata come calore dalla pelle., Quasi il 50 per cento dell’energia radiante del Sole viene emessa nella regione infrarossa dello spettro elettromagnetico, con il resto principalmente nella regione visibile.
La foschia atmosferica e alcuni inquinanti che disperdono la luce visibile sono quasi trasparenti a parti dello spettro infrarosso perché l’efficienza di dispersione aumenta con la quarta potenza della frequenza. La fotografia a infrarossi di oggetti distanti dall’aria sfrutta questo fenomeno., Per lo stesso motivo, l’astronomia a infrarossi consente ai ricercatori di osservare oggetti cosmici attraverso grandi nuvole di polvere interstellare che disperdono la radiazione infrarossa sostanzialmente meno della luce visibile. Tuttavia, poiché il vapore acqueo, l’ozono e l’anidride carbonica nell’atmosfera assorbono gran parte dello spettro infrarosso, molte osservazioni astronomiche nell’infrarosso vengono effettuate ad alta quota da palloni, razzi, aerei o veicoli spaziali.,
Atlas Image mosaic courtesy of Howard McCallon and Gene Kopan of 2MASS Project/UMass/IPAC-Caltech/NASA/NSF
Una fotografia a infrarossi di un paesaggio migliora gli oggetti in base alla loro emissione di calore: cielo blu e acqua appaiono quasi neri, mentre fogliame verde e pelle non esposta appaiono brillantemente. La fotografia a infrarossi può rivelare escrescenze tissutali patologiche (termografia) e difetti nei sistemi e circuiti elettronici a causa della loro maggiore emissione di calore.,
Le caratteristiche di assorbimento ed emissione infrarossa di molecole e materiali forniscono importanti informazioni sulle dimensioni, la forma e il legame chimico di molecole e di atomi e ioni nei solidi. Le energie di rotazione e vibrazione sono quantizzate in tutti i sistemi. L’energia di radiazione infrarossa hv emessa o assorbita da una data molecola o sostanza è quindi una misura della differenza di alcuni stati energetici interni. Questi a loro volta sono determinati dal peso atomico e dalle forze di legame molecolare., Per questo motivo, la spettroscopia infrarossa è un potente strumento per determinare la struttura interna di molecole e sostanze o, quando tali informazioni sono già note e tabulate, per identificare le quantità di quelle specie in un dato campione. Le tecniche spettroscopiche all’infrarosso sono spesso utilizzate per determinare la composizione e quindi l’origine e l’età dei campioni archeologici e per rilevare falsi di arte e altri oggetti, che, quando ispezionati sotto la luce visibile, assomigliano agli originali.,
La radiazione infrarossa svolge un ruolo importante nel trasferimento di calore ed è parte integrante del cosiddetto effetto serra (vedi sopra L’effetto serra dell’atmosfera), influenzando il bilancio delle radiazioni termiche della Terra su scala globale e influenzando quasi tutta l’attività biosferica. Praticamente ogni oggetto sulla superficie terrestre emette radiazioni elettromagnetiche principalmente nella regione infrarossa dello spettro.
Le sorgenti artificiali di radiazione infrarossa includono, oltre agli oggetti caldi, diodi emettitori di luce infrarossa (LED) e laser., I LED sono piccoli dispositivi optoelettronici economici realizzati con materiali semiconduttori come l’arseniuro di gallio. I LED infrarossi sono impiegati come optoisolatori e come sorgenti luminose in alcuni sistemi di comunicazione basati su fibre ottiche. Potenti laser a infrarossi pompati otticamente sono stati sviluppati utilizzando anidride carbonica e monossido di carbonio. I laser a infrarossi ad anidride carbonica sono utilizzati per indurre e alterare le reazioni chimiche e nella separazione isotopica. Sono anche impiegati nei sistemi lidar., Altre applicazioni della luce infrarossa includono il suo uso nei telemetri di telecamere automatiche autofocus, sistemi di allarme di sicurezza e strumenti ottici per la visione notturna.
Gli strumenti per rilevare la radiazione infrarossa includono dispositivi sensibili al calore come rivelatori di termocoppie, bolometri (alcuni di questi sono raffreddati a temperature prossime allo zero assoluto in modo che la radiazione termica del sistema di rilevamento stesso sia notevolmente ridotta), celle fotovoltaiche e fotoconduttori. Questi ultimi sono fatti di materiali semiconduttori (ad es.,, silicio e solfuro di piombo) la cui conduttanza elettrica aumenta se esposta alla radiazione infrarossa.
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