Infrarrojo



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La radiación infrarroja ( IR ) es una radiación electromagnética de longitud de onda mayor que el espectro visible pero más corta que las microondas o el dominio de terahercios .

Este rango de longitudes de onda en el vacío de 700  nm a 0,1 o 1  mm se divide en infrarrojo cercano , en el sentido cercano del espectro visible, de aproximadamente 700 a 2000  nm , infrarrojo medio , que se extiende hasta 'a 20  µm , y infrarrojo lejano . Los límites de estas áreas pueden variar un poco de un autor a otro.

Muchas aplicaciones relacionadas con el calor y el análisis espectrográfico de materiales utilizan o miden la radiación infrarroja.

General

El infrarrojo es una onda electromagnética , cuyo nombre significa "debajo del rojo" (del latín infra  : "inferior"), porque esta área extiende el espectro visible en el lado de la radiación de menor frecuencia, que aparece coloreada de rojo . La longitud de onda de vacío infrarroja se encuentra entre el rango visible (≈ 0,7  μm ) y el rango de microondas (0,1  mm ). La Comisión Electrotécnica Internacional estima que el infrarrojo oscila entre 780  nm y 1  mm .

El infrarrojo está asociado con el calor porque, a temperatura ambiente normal, los objetos emiten espontáneamente radiación térmica en el rango del infrarrojo. La ley de Planck proporciona un modelo de esta radiación para el cuerpo negro . La ley de desplazamiento de Wien da la longitud de onda máxima de la emisión de cuerpo negro a la temperatura absoluta T (en Kelvin ): 0,002898 / T. A temperatura ambiente normal, T alrededor de 300  K ), la emisión máxima es de alrededor de 10  μm . Las transferencias de calor también se realizan por conducción en sólidos y por convección en fluidos.

El espectro de la radiación infrarroja no es necesariamente el del cuerpo negro; este es el caso, por ejemplo, de los diodos emisores de luz utilizados en los mandos a distancia .

El análisis científico y técnico de esta radiación se denomina espectroscopia infrarroja .

Historia

La radiación infrarroja se nota al exponer la piel al calor de una fuente caliente en la oscuridad, pero la relación con el espectro visible no es obvia. William Herschel , un astrónomo inglés original alemán , lo demostró en 1800 mediante un experimento muy sencillo que colocó un termómetro al mercurio en rayos de luz de colores desde un prisma de vidrio para medir el calor propio de cada color. El termómetro indica que el calor recibido es más fuerte en el lado rojo del espectro, incluso más allá de la zona de luz visible, donde no hay más luz. Este experimento demostró por primera vez que el calor podía transmitirse mediante radiación de la misma naturaleza que la luz visible. El escocés John Leslie propuso el cubo de Leslie , un dispositivo destinado a calcular el valor de emisividad térmica de cada material según su naturaleza y geometría.

El término infrarrojo o infrarrojo está atestiguado en 1867; a menudo es lo primero como calificativo para la radiación oscura o el espectro de luz .

En 1877 William de Wiveleslie Abney logró sensibilizar una emulsión fotográfica al infrarrojo y fotografiar el espectro infrarrojo del sol, lo que le permite estudiar el espectro solar y sus líneas fuera del dominio visible.

Bandas espectrales de radiación infrarroja

El infrarrojo se subdivide en IR cercano (PIR o IR-A o NIR para IR cercano en inglés), IR medio (MIR o IR-B o MIR para IR medio en inglés) e IR lejano (LIR o IR-C) o FIR para Far-IR en inglés). Los límites varían de un campo de estudio a otro. El corte se puede vincular a la longitud de onda (o frecuencia) de transmisores, receptores (detectores) o incluso a bandas de transmisión atmosférica, de 3 a 5  µm y de 8 a 13  µm ( Dic.Phys. ).

Corte ISO

La ISO 20473: 2007 especifica la división de la radiación óptica en bandas espectrales para óptica y fotónica, excepto para aplicaciones de iluminación o telecomunicaciones o para la protección contra los riesgos de radiación óptica en las áreas de trabajo.

Designacion Abreviatura Longitud de onda
Infrarrojo cercano PIR 0,78 - 3  µm
Infrarrojo medio MIR 3 - 50 µm
Infrarrojo lejano LIR 50 µm - 5 mm

Desglose CIE

La Comisión Internacional de Iluminación (CIE) recomienda en el campo de la fotobiología y la fotoquímica la división del dominio infrarrojo en tres dominios.

Abreviatura Longitud de onda Frecuencia
IR-A 700  nm - 1400  nm (0,7  µm - 1,4  µm ) 430  THz - 215  THz
IR-B 1.400  nm - 3.000  nm (1.4  µm - 3  µm ) 215  THz - 100  THz
IR-C 3000  nm - 1  mm (3  µm - 1000  µm ) 100  THz - 300  GHz

División utilizada en astronomía

Los astrónomos suelen dividir el espectro infrarrojo de la siguiente manera:

Designacion Abreviatura Longitud de onda
Infrarrojo cercano NIR (0,7–1) a 2,5 µm
Infrarrojo medio MIR 2,5 a (25–40) µm
Infrarrojo lejano ABETO (25–40) a (200–350) µm

Estos desgloses no son precisos y varían según las publicaciones. Las tres regiones se utilizan para la observación en diferentes rangos de temperatura y, por lo tanto, diferentes entornos en el espacio.

El sistema fotométrico más utilizado en astronomía asigna letras mayúsculas a las distintas bandas espectrales en función del filtro utilizado: I , J , H y K cubren las longitudes de onda del infrarrojo cercano; L , M , N y Q los del infrarrojo medio. Estas letras se refieren a ventanas atmosféricas y aparecen, por ejemplo, en los títulos de muchos artículos .

Explotación científica de infrarrojos

Espectroscopia

La espectroscopia de infrarrojos es uno de los métodos utilizados para la identificación de moléculas orgánicas e inorgánicas a partir de sus propiedades vibratorias (además de otros métodos, RMN y espectrometría de masas ). De hecho, la radiación infrarroja excita modos de vibración específicos (deformación, alargamiento) de los enlaces químicos. Por tanto, la comparación entre la radiación incidente y la transmitida a través de la muestra es suficiente para determinar las principales funciones químicas presentes en la muestra.

NIR se puede utilizar para determinar el contenido de lípidos en alimentos o animales vivos (por ejemplo, salmón del Atlántico a ganado vivo) mediante una técnica no destructiva.

El infrarrojo medio contiene transiciones entre los estados vibratorios de muchas moléculas ( Dic.Phys ).

Termografía

La termografía infrarroja permite medir la temperatura de los objetos objetivo sin contacto, a veces a distancia. Se supone que su radiación es la del cuerpo negro , cuya distribución espectral depende de la temperatura. La medición en dos rangos infrarrojos permite inferir la del objeto.

Astronomía

Falso color de la representación de la nebulosa de Orión por el VISTA telescopio infrarrojo .

La astronomía infrarroja es difícil desde la superficie de la Tierra ya que el vapor de agua que contiene la atmósfera terrestre absorbe y difunde las emisiones de luz excepto en la ventana atmosférica , en el infrarrojo entre 3 y 5  micrones y de 8 a 14  µm aproximadamente. . También los principales observatorios infrarrojos son los telescopios espaciales  :

Fotografía infrarroja

Se pueden realizar fotografías plateadas y digitales, en color o en blanco y negro, en las longitudes de onda correspondientes al infrarrojo cercano (de 780  nm a 900  nm ). Estas fotografías tienen un interés artístico porque muestran escenas con una atmósfera extraña, y un interés biológico porque permiten, entre otras cosas, identificar la actividad de la clorofila.

Reflectografía infrarroja

La reflectografía infrarroja es un método de investigación basado en luz infrarroja que permite visualizar capas de carbono ocultas por pigmentos de pintura. Permite estudiar los dibujos preparatorios de pinturas sobre lienzo y arrepentimientos ocultos por la capa pictórica superficial.

Usos

Calentador

Las lámparas de infrarrojos se utilizan en la vida cotidiana, especialmente en las placas de vitrocerámica. Los sectores de automoción, agroalimentario, textil, plásticos, formato de materiales, cuidado corporal,  etc. Utilice aplicaciones de calefacción por emisión de infrarrojos.

Raspadores

Este tipo de arma emite radiación infrarroja en lugar de aire caliente. Ofrecen un rango de temperatura más estrecho que limita su uso, pero tienen la ventaja de no exponer al usuario a humos tóxicos de pintura o plomo producidos por las altas temperaturas de una pistola de calor .

Visión nocturna

El equipo de visión nocturna utiliza infrarrojos cuando la cantidad de luz visible es demasiado baja para ver objetos. La radiación se detecta y luego se amplifica para mostrarla en una pantalla: los objetos más calientes parecen ser los más brillantes. En algunos casos, un proyector de infrarrojos asociado al sistema de visión permite visualizar objetos sin calor intrínseco, por reflejo, siendo esta luz emitida fuera del espectro visible, por lo que es invisible a simple vista (actualmente suelen ser focos LED que son usados).

Guía de misiles

De infrarrojos se utiliza en el campo militar para guiar aire-aire o tierra-aire misiles : un detector de infrarrojos entonces guía el misil hacia la fuente de calor que constituye el reactor (s) de la aeronave objetivo. Estos misiles pueden evitarse mediante maniobras especiales (alineación con el Sol ) o mediante el uso de señuelos térmicos.

También hay bloqueadores para contrarrestar los detectores infrarrojos de misiles, que se colocan directamente en la cabina . Se utilizan para emitir una gran cantidad de radiación infrarroja modulada para reducir el rendimiento de los misiles lanzados sobre su objetivo.

Detectores de intrusiones

Ciertos sensores de proximidad (asociados con sistemas de detección de intrusos) llamados IRP (por infrarrojos pasivos), utilizan la radiación infrarroja emitida por todos los objetos en la habitación monitoreada (incluidas las paredes). La penetración de un individuo provoca una modificación de la radiación. Cuando se observa esta modificación en varios haces (corte de la radiación total de la habitación por una lente Fresnel ), un contacto eléctrico envía información de alarma a la unidad de control.

Comunicación

Los sistemas de transmisión de corto alcance se basan a menudo en radiación infrarroja modulada . Tienen la ventaja de estar confinados al local de trabajo y, a diferencia de las ondas de radio , no interfieren con otras señales electromagnéticas como las señales de televisión. Varios protocolos, como Philips RC5 , SIRCS para Sony, se utilizan ampliamente para los controles remotos .

De las computadoras se comunican con sus dispositivos infrarrojos . Los dispositivos generalmente cumplen con los estándares IrDA . Son muy utilizados en el campo de la robótica . Algunas etiquetas digitales industriales también utilizan un portador de infrarrojos para transmitir datos cifrados entre el transmisor y la etiqueta.

Los sistemas de radiodifusión sonora, ya sea para fines audiovisuales domésticos o para la transmisión de la interpretación de conferencias , utilizan infrarrojos con una frecuencia portadora modulada, ya sea en analógico o en digital. Su uso limita en principio la difusión a la habitación donde se ubican los calefactores infrarrojos, facilitando la confidencialidad y evitando interferencias.

Banco

Los iluminadores infrarrojos también se utilizan para comprobar la autenticidad de los billetes. Le dan al mostrador de billetes una pista adicional para detectar billetes falsos.

Láser infrarrojo

Los láseres infrarrojos se pueden utilizar para grabar, soldar o cortar materiales. También se pueden utilizar en forma de telémetros láser con estática para medir una distancia pero también de forma dinámica, en rotaciones rápidas en forma de Lidars , con el fin de medir todas las distancias a su alrededor en un plano, por ejemplo para vehículos autónomos.

También se encuentran en forma de diodos en reproductores y quemadores ópticos de CD más antiguos. Pero esta tecnología limita en gran medida la capacidad de almacenamiento de datos y ahora se descuida en favor de los diodos azul - violeta ( reproductor de Blu-ray y disco ).

Apéndices

Bibliografía

Artículos relacionados

Notas y referencias

  1. Richard Taillet , Loïc Villain y Pascal Febvre , Diccionario de Física , Bruselas, De Boeck,, p.  354.
  2. Comisión Electrotécnica Internacional , Vocabulario Electrotécnico Internacional ISO 60050 , 1987/2019 ( leer en línea ) , p.  731-01-05 "Infrarrojos".
  3. Las Transacciones de 1800. De hecho, muestra por un lado que los rayos rojos elevan la temperatura tres veces un cuarto más que los morados por un lado, y por otro lado que el calor y el color pueden disociarse., Algunos los colores no producen calor y el calor puede no estar en la ubicación del color. gallica.bnf.fr/ark:/12148/bpt6k107653t/f557.image gallica.bnf.fr/ark:/12148/bpt6k107653t/f558.image
  4. Con guión, en Edmond Becquerel , La luz, sus causas y efectos. Sources de lumière , París, 1867-1868 ( leer en línea ) , p.  141 pies cuadrados, sin en el segundo volumen, Edmond Becquerel , La luz, sus causas y sus efectos. Efectos de la luz , año de París = 1867-1868 ( leer en línea ) , p.  28.
  5. ISO 20473: 2007 Óptica y fotónica - Bandas espectrales  " , en iso.org
  6. (in) ICE, 134/1 TC 6-26 report: Standardization of the Terms UV-A1, A2-UV and UV-B  " en cie.co.at
  7. Infrarrojo cercano, medio y lejano  " [ archivo de] , NASA IPAC (consultado el 4 de abril de 2007 )
  8. (en) Solberg C. *, Saugen E. Swenson LP, Bruun L., T. Isaksson; Determinación de grasa en salmón atlántico de cultivo vivo utilizando técnicas NIR no invasivas  ; Departamento de Pesca y Ciencias Naturales, Universidad Regional de Bodo, N-8049 Bodo, Noruega; Revista de ciencia de la alimentación y la agricultura , 2003, vol. 83, pág.  692-696
  9. [PDF] La imagen del infrarrojo cercano: una información esencial  " , n ° 25 , en ifn.fr , Inventario forestal nacional (Francia),(consultado el 6 de julio de 2010 )
  10. The infrared vitroceramic vitrocerámica  " , en www.energieplus-lesite.be (consultado el 16 de diciembre de 2017 )

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