La radiazione infrarossa (IR), o luce infrarossa, è un tipo di energia radiante che è invisibile agli occhi umani ma che possiamo percepire come calore. Tutti gli oggetti nell'universo emettono un certo livello di radiazione IR, ma due delle fonti più evidenti sono il sole e il fuoco.
L'IR è un tipo di radiazione elettromagnetica, un continuum di frequenze prodotte quando gli atomi assorbono e quindi rilasciano energia. Dalla frequenza più alta alla più bassa, la radiazione elettromagnetica include raggi gamma, raggi X, radiazione ultravioletta, luce visibile, radiazione infrarossa, microonde e onde radio. Insieme, questi tipi di radiazioni compongono lo spettro elettromagnetico.
L'astronomo britannico William Herschel scoprì la luce infrarossa nel 1800, secondo la NASA. In un esperimento per misurare la differenza di temperatura tra i colori nello spettro visibile, ha inserito i termometri nel percorso della luce all'interno di ogni colore dello spettro visibile. Ha osservato un aumento della temperatura dal blu al rosso e ha trovato una misurazione della temperatura ancora più calda appena oltre l'estremità rossa dello spettro visibile.
All'interno dello spettro elettromagnetico, le onde infrarosse si verificano a frequenze superiori a quelle delle microonde e appena al di sotto di quelle della luce rossa visibile, da cui il nome "infrarossi". Le onde di radiazione infrarossa sono più lunghe di quelle della luce visibile, secondo il California Institute of Technology (Caltech). Le frequenze IR variano da circa 3 gigahertz (GHz) fino a circa 400 terahertz (THz) e le lunghezze d'onda sono stimate tra 1.000 micrometri (µm) e 760 nanometri (2.9921 pollici), sebbene questi valori non siano definitivi, secondo la NASA.
Simile allo spettro della luce visibile, che varia dal viola (la lunghezza d'onda della luce visibile più corta) al rosso (lunghezza d'onda più lunga), la radiazione infrarossa ha il suo intervallo di lunghezze d'onda. Le onde "vicino all'infrarosso" più brevi, che sono più vicine alla luce visibile sullo spettro elettromagnetico, non emettono alcun calore rilevabile e sono ciò che viene scaricato da un telecomando del televisore per cambiare i canali. Le onde "infrarosse lontane" più lunghe, che sono più vicine alla sezione a microonde sullo spettro elettromagnetico, possono essere percepite come calore intenso, come il calore della luce solare o del fuoco, secondo la NASA.
La radiazione IR è uno dei tre modi in cui il calore viene trasferito da un luogo all'altro, gli altri due sono convezione e conduzione. Tutto con una temperatura superiore a circa 5 gradi Kelvin (meno 450 gradi Fahrenheit o meno 268 gradi Celsius) emette radiazioni IR. Il sole emette metà della sua energia totale come IR, e gran parte della luce visibile della stella viene assorbita e riemessa come IR, secondo l'Università del Tennessee.
Usi domestici
Gli elettrodomestici come lampade di calore e tostapane usano le radiazioni IR per trasmettere calore, così come i riscaldatori industriali come quelli usati per asciugare e polimerizzare i materiali. Le lampadine a incandescenza convertono solo circa il 10 percento della loro energia elettrica in energia visibile, mentre l'altro 90 percento viene convertito in radiazione infrarossa, secondo l'Environmental Protection Agency.
I laser a infrarossi possono essere utilizzati per comunicazioni punto-punto su distanze di alcune centinaia di metri o iarde. I telecomandi TV che si basano sulla radiazione infrarossa emettono impulsi di energia IR da un diodo a emissione di luce (LED) a un ricevitore IR nella TV, secondo How Stuff Works. Il ricevitore converte gli impulsi luminosi in segnali elettrici che indicano a un microprocessore di eseguire il comando programmato.
Rilevamento a infrarossi
Una delle applicazioni più utili dello spettro IR è nel rilevamento e nella rilevazione. Tutti gli oggetti sulla Terra emettono radiazioni IR sotto forma di calore. Ciò può essere rilevato da sensori elettronici, come quelli utilizzati negli occhiali per la visione notturna e nelle telecamere a infrarossi.
Un semplice esempio di tale sensore è il bolometro, che consiste in un telescopio con un resistore sensibile alla temperatura, o termistore, nel suo punto focale, secondo l'Università della California, Berkeley (UCB). Se un corpo caldo entra nel campo visivo di questo strumento, il calore provoca una variazione rilevabile della tensione attraverso il termistore.
Le telecamere per la visione notturna utilizzano una versione più sofisticata di un bolometro. Queste telecamere in genere contengono chip di imaging con dispositivo di accoppiamento di carica (CCD) sensibili alla luce IR. L'immagine formata dal CCD può quindi essere riprodotta alla luce visibile. Questi sistemi possono essere sufficientemente piccoli da essere utilizzati in dispositivi portatili o occhiali per la visione notturna da indossare. Le telecamere possono anche essere utilizzate per mirini con o senza l'aggiunta di un laser IR per il targeting.
La spettroscopia infrarossa misura le emissioni IR dei materiali a lunghezze d'onda specifiche. Lo spettro IR di una sostanza mostrerà cali e picchi caratteristici quando i fotoni (particelle di luce) vengono assorbiti o emessi dagli elettroni nelle molecole mentre la transizione di elettroni tra orbite o livelli di energia. Queste informazioni spettroscopiche possono quindi essere utilizzate per identificare le sostanze e monitorare le reazioni chimiche.
Secondo Robert Mayanovic, professore di fisica alla Missouri State University, la spettroscopia infrarossa, come la spettroscopia infrarossa con trasformata di Fourier (FTIR), è molto utile per numerose applicazioni scientifiche. Questi includono lo studio di sistemi molecolari e materiali 2D, come il grafene.
Astronomia a infrarossi
Caltech descrive l'astronomia a infrarossi come "il rilevamento e lo studio della radiazione infrarossa (energia termica) emessa da oggetti nell'universo". I progressi nei sistemi di imaging CCD IR hanno permesso l'osservazione dettagliata della distribuzione di sorgenti IR nello spazio, rivelando strutture complesse in nebulose, galassie e la struttura su larga scala dell'universo.
Uno dei vantaggi dell'osservazione IR è che può rilevare oggetti troppo freddi per emettere luce visibile. Ciò ha portato alla scoperta di oggetti precedentemente sconosciuti, tra cui comete, asteroidi e sottili nuvole di polvere interstellare che sembrano essere prevalenti in tutta la galassia.
L'astronomia IR è particolarmente utile per l'osservazione di molecole fredde di gas e per determinare la composizione chimica delle particelle di polvere nel mezzo interstellare, ha affermato Robert Patterson, professore di astronomia alla Missouri State University. Queste osservazioni sono condotte utilizzando rivelatori CCD specializzati sensibili ai fotoni IR.
Un altro vantaggio della radiazione IR è che la sua lunghezza d'onda più lunga significa che non si disperde tanto quanto la luce visibile, secondo la NASA. Mentre la luce visibile può essere assorbita o riflessa da particelle di gas e polvere, le onde IR più lunghe aggirano semplicemente questi piccoli ostacoli. Grazie a questa proprietà, l'IR può essere utilizzato per osservare oggetti la cui luce è oscurata da gas e polvere. Tali oggetti includono stelle di nuova formazione incorporate nelle nebulose o al centro della galassia terrestre.
Questo articolo è stato aggiornato il 27 febbraio 2019 dal collaboratore di Live Science Traci Pedersen.
