Mikrowellen

Infrarotstrahlung

Jenseits des roten Endes des sichtbaren Bereichs, aber bei Frequenzen, die höher sind als die von Radarwellen und Mikrowellen, befindet sich der Infrarotbereich des elektromagnetischen Spektrums zwischen Frequenzen von 1012 und 5 × 1014 Hz (oder Wellenlängen von 0,1 bis 7,5 × 10-5 cm). William Herschel, ein in Deutschland geborener britischer Musiker und Autodidakt, entdeckte diese Form der Strahlung 1800, indem er mit Hilfe eines Thermometers das Sonnenlicht erforschte, das durch ein Glasprisma in seine Farben zerstreut wurde., Infrarotstrahlung wird durch die Rotationen und Schwingungen chemisch gebundener Atome oder Gruppen von Atomen und damit durch viele Arten von Materialien absorbiert und emittiert. Zum Beispiel absorbiert Fensterglas, das für sichtbares Licht transparent ist, Infrarotstrahlung durch die Vibration seiner konstituierenden Atome. Infrarotstrahlung wird stark von Wasser absorbiert, wie in Abbildung 3 gezeigt, und von der Atmosphäre. Obwohl für das Auge unsichtbar, kann Infrarotstrahlung von der Haut als Wärme erkannt werden., Fast 50 Prozent der Strahlungsenergie der Sonne wird im Infrarotbereich des elektromagnetischen Spektrums abgegeben, der Rest hauptsächlich im sichtbaren Bereich.

Atmosphärischer Dunst und bestimmte Schadstoffe, die sichtbares Licht streuen, sind für Teile des Infrarotspektrums nahezu transparent, da der Streuwirkungsgrad mit der vierten Potenz der Frequenz zunimmt. Infrarot-Fotografie von entfernten Objekten aus der Luft nutzt dieses Phänomen., Aus dem gleichen Grund ermöglicht die Infrarotastronomie Forschern, kosmische Objekte durch große interstellare Staubwolken zu beobachten, die Infrarotstrahlung wesentlich weniger streuen als sichtbares Licht. Da Wasserdampf, Ozon und Kohlendioxid in der Atmosphäre jedoch große Teile des Infrarotspektrums absorbieren, werden viele astronomische Infrarotbeobachtungen in großer Höhe von Ballons, Raketen, Flugzeugen oder Raumfahrzeugen durchgeführt.,

Eine Infrarotaufnahme einer Landschaft verbessert Objekte entsprechend ihrer Wärmeabgabe: Blauer Himmel und Wasser erscheinen fast schwarz, während grünes Laub und unbelichtete Haut hell erscheinen. Infrarotfotografie kann pathologische Gewebewucherungen (Thermographie) und Defekte in elektronischen Systemen und Schaltungen aufgrund ihrer erhöhten Wärmeabgabe aufdecken.,

Die Infrarotabsorptions – und Emissionseigenschaften von Molekülen und Materialien liefern wichtige Informationen über Größe, Form und chemische Bindung von Molekülen sowie von Atomen und Ionen in Festkörpern. Die Energien von Rotation und Vibration werden in allen Systemen quantisiert. Die Infrarotstrahlungsenergie hv, die von einem gegebenen Molekül oder einer gegebenen Substanz emittiert oder absorbiert wird, ist daher ein Maß für die Differenz einiger der inneren Energiezustände. Diese wiederum werden durch das Atomgewicht und die molekularen Bindungskräfte bestimmt., Aus diesem Grund ist die Infrarotspektroskopie ein leistungsfähiges Werkzeug zur Bestimmung der inneren Struktur von Molekülen und Substanzen oder, wenn solche Informationen bereits bekannt und tabellarisch sind, zur Identifizierung der Mengen dieser Arten in einer bestimmten Probe. Infrarotspektroskopische Techniken werden häufig verwendet, um die Zusammensetzung und damit den Ursprung und das Alter archäologischer Proben zu bestimmen und Fälschungen von Kunst und anderen Objekten zu erkennen, die bei der Inspektion unter sichtbarem Licht den Originalen ähneln.,

Infrarotstrahlung spielt eine wichtige Rolle bei der Wärmeübertragung und ist integraler Bestandteil des sogenannten Treibhauseffekts(siehe oben Den Treibhauseffekt der Atmosphäre), der das Wärmestrahlungsbudget der Erde auf globaler Ebene beeinflusst und fast alle biosphärischen Aktivitäten beeinflusst. Praktisch jedes Objekt an der Erdoberfläche emittiert elektromagnetische Strahlung hauptsächlich im Infrarotbereich des Spektrums.

Zu den künstlichen Infrarotstrahlungsquellen gehören neben heißen Objekten auch Infrarot-Leuchtdioden (LEDs) und Laser., LEDs sind kleine preiswerte optoelektronische Vorrichtungen aus solchen halbleitenden Materialien wie Galliumarsenid. Infrarot-LEDs werden als Optoisolatoren und als Lichtquellen in einigen glasfaserbasierten Kommunikationssystemen eingesetzt. Leistungsstarke optisch gepumpte Infrarotlaser wurden unter Verwendung von Kohlendioxid und Kohlenmonoxid entwickelt. Kohlendioxid-Infrarotlaser werden verwendet, um chemische Reaktionen und die Isotopentrennung zu induzieren und zu verändern. Sie werden auch in Lidar-Systemen eingesetzt., Andere Anwendungen von Infrarotlicht umfassen seine Verwendung in den Entfernungsmessern von automatischen selbstfokussierenden Kameras, Sicherheitsalarmsystemen und optischen Nachtsichtgeräten.

Instrumente zur Erkennung von Infrarotstrahlung umfassen wärmeempfindliche Geräte wie Thermoelementdetektoren, Bolometer (einige von ihnen werden auf Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt gekühlt, so dass die Wärmestrahlung des Detektorsystems selbst stark reduziert wird), Photovoltaikzellen und Fotoleiter. Letztere bestehen aus Halbleitermaterialien (z., silizium und Bleisulfid), deren elektrische Leitfähigkeit zunimmt, wenn sie Infrarotstrahlung ausgesetzt wird.