Infračervené žiarenie (IR) alebo infračervené svetlo je typ žiarivej energie, ktorá je pre ľudské oči neviditeľná, ale ktorú môžeme cítiť ako teplo. Všetky objekty vo vesmíre vyžarujú určitú úroveň IR žiarenia, ale dva z najzreteľnejších zdrojov sú slnko a oheň.
IR je druh elektromagnetického žiarenia, kontinuum frekvencií produkovaných atómami, ktoré absorbujú a potom uvoľňujú energiu. Medzi najvyššie a najnižšie frekvencie patrí elektromagnetické žiarenie gama lúčmi, röntgenovými lúčmi, ultrafialovým žiarením, viditeľným svetlom, infračerveným žiarením, mikrovlnami a rádiovými vlnami. Tieto druhy žiarenia spolu tvoria elektromagnetické spektrum.
Britský astronóm William Herschel objavil infračervené svetlo v roku 1800, podľa NASA. V experimente na meranie rozdielu teplôt medzi farbami vo viditeľnom spektre umiestnil teplomery do dráhy svetla v rámci každej farby viditeľného spektra. Pozoroval zvýšenie teploty z modrej na červenú a našiel ešte teplejšie meranie teploty hneď za červeným koncom viditeľného spektra.
V rámci elektromagnetického spektra sa infračervené vlny vyskytujú pri frekvenciách nad vlnami mikrovĺn a tesne pod frekvenciami červeného viditeľného svetla, preto je názov „infračervené“. Podľa Kalifornského technologického inštitútu (Caltech) sú vlny infračerveného žiarenia dlhšie ako vlny viditeľného svetla. Frekvencie IR sa pohybujú od asi 3 gigahertzov (GHz) do asi 400 terahertzov (THz) a vlnové dĺžky sa odhadujú v rozmedzí od 1 000 mikrometrov (µm) do 760 nanometrov (2 991 palcov), hoci podľa NASA nie sú tieto hodnoty definitívne.
Podobne ako spektrum viditeľného svetla, ktoré sa pohybuje od fialovej (najkratšia vlnová dĺžka viditeľného svetla) po červenú (najdlhšia vlnová dĺžka), infračervené žiarenie má svoj vlastný rozsah vlnových dĺžok. Kratšie vlny „blízkeho infračerveného žiarenia“, ktoré sú bližšie k viditeľnému svetlu v elektromagnetickom spektre, nevyžarujú žiadne zistiteľné teplo a sú vybíjané z diaľkového ovládača televízora na zmenu kanálov. Dlhšie „ďaleko infračervené“ vlny, ktoré sú bližšie k mikrovlnnej časti elektromagnetického spektra, môžu byť podľa NASA vnímané ako intenzívne teplo, napríklad teplo zo slnečného svetla alebo ohňa.
Infračervené žiarenie je jedným z troch spôsobov prenosu tepla z jedného miesta na druhé, pričom ďalšími dvoma prúdmi sú prúdenie a vedenie. Všetko s teplotou vyššou ako približne 5 stupňov Kelvina (mínus 450 stupňov Fahrenheita alebo mínus 268 stupňov Celzia) vyžaruje infračervené žiarenie. Slnko vydáva polovicu svojej celkovej energie ako IR a podľa viditeľnej univerzity v Tennessee sa veľká časť viditeľného svetla hviezdy absorbuje a znova vyžaruje ako IR.
Domáce použitie
Domáce spotrebiče, ako sú tepelné žiarovky a hriankovače, používajú infračervené žiarenie na prenos tepla, ako aj priemyselné ohrievače, ktoré sa používajú na sušenie a tvrdnutie materiálov. Žiarovky prevádzajú iba asi 10 percent svojho elektrického príkonu na energiu viditeľného svetla, zatiaľ čo ostatných 90 percent sa podľa Agentúry pre ochranu životného prostredia prevádza na infračervené žiarenie.
Infračervené lasery sa môžu používať na komunikáciu z bodu do bodu na niekoľko sto metrov alebo yardov. Diaľkové ovládače televízora, ktoré sa spoliehajú na infračervené žiarenie, snímajú impulzy infračervenej energie z svetlo emitujúcej diódy (LED) do infračerveného prijímača v televízore. Prijímač prevádza svetelné impulzy na elektrické signály, ktoré dávajú mikroprocesoru pokyn na vykonanie naprogramovaného príkazu.
Infračervené snímanie
Jednou z najužitočnejších aplikácií IČ spektra je snímanie a detekcia. Všetky objekty na Zemi emitujú IR žiarenie vo forme tepla. Toto je možné zistiť pomocou elektronických senzorov, ako sú napríklad senzory používané v ochranných okuliare pre nočné videnie a infračervené kamery.
Jednoduchým príkladom takého senzora je bolometer, ktorý sa skladá z ďalekohľadu s teplotne citlivým odporom alebo termistorom v jeho ohnisku, podľa University of California, Berkeley (UCB). Ak do zorného poľa tohto nástroja príde teplé telo, teplo spôsobuje detekovateľnú zmenu napätia na termistore.
Kamery pre nočné videnie používajú sofistikovanejšiu verziu bolometra. Tieto kamery typicky obsahujú obrazové čipy so snímačom náboja (CCD), ktoré sú citlivé na infračervené svetlo. Obraz vytvorený pomocou CCD sa potom môže reprodukovať vo viditeľnom svetle. Tieto systémy môžu byť vyrobené tak malé, aby sa dali použiť v ručných zariadeniach alebo na nositeľných okuliarových očiach. Kamery sa dajú použiť aj na zameriavače zbraní s pridaním alebo bez pridania infračerveného lasera na zameranie.
Infračervená spektroskopia meria IR emisie z materiálov pri špecifických vlnových dĺžkach. Infračervené spektrum látky bude vykazovať charakteristické poklesy a píky, pretože fotóny (častice svetla) sú absorbované alebo emitované elektrónmi v molekulách pri prechode elektrónov medzi obežnými dráhami alebo úrovňami energie. Tieto spektroskopické informácie sa potom môžu použiť na identifikáciu látok a sledovanie chemických reakcií.
Podľa Roberta Mayanoviča, profesora fyziky na Missouri State University, je infračervená spektroskopia, ako je Fourierova transformačná infračervená spektroskopia (FTIR), veľmi užitočná pre mnohé vedecké aplikácie. Zahŕňajú štúdium molekulárnych systémov a 2D materiálov, ako je grafén.
Infračervená astronómia
Caltech popisuje infračervenú astronómiu ako „detekciu a štúdium infračerveného žiarenia (tepelnej energie) emitovaného z objektov vo vesmíre“. Pokroky v zobrazovacích systémoch IR CCD umožnili podrobné pozorovanie distribúcie zdrojov IR v priestore, odhalili komplexné štruktúry v hmlovinách, galaxiách a rozsiahlu štruktúru vesmíru.
Jednou z výhod IR pozorovania je, že dokáže zistiť objekty, ktoré sú príliš chladné na to, aby vyžarovali viditeľné svetlo. To viedlo k objavu predtým neznámych objektov vrátane komét, asteroidov a múdrych oblakov medzihviezdneho prachu, ktoré sa zdajú byť rozšírené v celej galaxii.
IR astronómia je obzvlášť užitočná na pozorovanie studených molekúl plynu a na určovanie chemického zloženia prachových častíc v medzihviezdnom médiu, uviedol Robert Patterson, profesor astronómie na Missouri State University. Tieto pozorovania sa uskutočňujú pomocou špecializovaných CCD detektorov, ktoré sú citlivé na IR fotóny.
Ďalšou výhodou IR žiarenia je to, že jeho dlhšia vlnová dĺžka znamená, že sa podľa NASA nerozptyľuje toľko ako viditeľné svetlo. Zatiaľ čo viditeľné svetlo môže byť absorbované alebo odrážané plynnými a prachovými časticami, dlhšie IR vlny jednoducho obchádzajú tieto malé prekážky. Vďaka tejto vlastnosti je možné IR použiť na pozorovanie predmetov, ktorých svetlo je zakryté plynom a prachom. Medzi takéto objekty patria novovytvorené hviezdy zapustené do hmlovín alebo do stredu zemskej galaxie.
Tento článok bol aktualizovaný 27. februára 2019 prispievateľom živej vedy Traci Pedersen.
