infrarød stråling – Store norske leksikon

Figur 1. Infrarødt fotografi av hund som viser at ulike områder har ulik temperatur. De lysegule områdene er varmest, og de lilla er kaldest.

infrarødt fotografi av hund

Av NASA.

Lisens: NASA-lisens

Infrarød stråling er elektromagnetisk stråling med bølgelengde mellom 0,7 μm (mikrometer) og cirka 1 mm (millimeter). Den kalles også IR-stråling eller varmestråling. Den er usynlig for det menneskelige øyet, men mange dyr kan oppfatte infrarød stråling og bruker den ved jakt på byttedyr.

Faktaboks

Uttale: infrarød stråling
Også kjent som: IR-stråling, varmestråling, infrarødt lys

Alle legemer med temperatur over det absolutte nullpunkt sender ut infrarød stråling. Jo høyere temperaturen på legemet er, jo sterkere intensitet har strålingen, og jo kortere er bølgelengden. Måling av infrarød stråling kan dermed vise hvor varmt et legeme er, og infrarød fotografering kan brukes til å finne varmere gjenstander (for eksempel mennesker eller andre pattedyr) i omgivelser som er kjøligere.

Det er først når temperaturen stiger over romtemperatur at man får merkbar stråling i det nære infrarøde området. Ved 300 °C (grader celsius) ligger strålingsmaksimum ved cirka 5 μm, og ved 3600 °C forskyves det over i området for synlig lys.

Området for infrarød stråling i det elektromagnetiske spekteret er forholdsvis skarpt avgrenset mot området for synlig lys. IR-stråling sendes ut fra legemer med temperatur under ca. 3600 °C. Varmere legemer, for eksempel stjerner, som typisk har en overflatetemperatur på over 6000 °C, sender først og fremst ut synlig lys.

Inndeling

Plancks strålingslov forteller hvor mye energi som et legeme stråler ut i ulike bølgelengder. Dette spekteret er avhengig av temperaturen. Bølgelengden det er mest av, er gitt av Wiens forskyvingslov. Når vi sier at et infrarødt spekter svarer til en viss temperatur, refererer vi egentlig til Wiens forskyvingslov. Den infrarøde strålingen deles ofte i:

Nært infrarødt, med bølgelengder fra 0,7 μm til 1,4 μm. Denne strålingen svarer til temperaturer mellom 3600 °C og 1800 °C.
Kortbølget infrarødt, med bølgelengder fra 1,4 μm til 3 μm. Den sendes ut fra legemer med mellom 1800 °C og 700 °C.
Mellominfrarødt, med bølgelengder fra 3 μm til 8 μm, sendes ut fra legemer med mellom 700 °C og 90 °C.
Langbølget infrarødt, med bølgelengder fra 8 μm til 15 μm, sendes ut fra legemer med mellom 90 °C og –80 °C.
Fjernt infrarødt, med bølgelengder fra 15 μm til 1 mm, sendes ut fra legemer med mellom –80 °C og –270 °C.

Deteksjon

For å registrere infrarød stråling brukes dels termiske, dels fotoelektriske detektorer.

Termiske detektorer, for eksempel bolometre og termoelementer, har samme følsomhet over hele strålingsområdet, men brukes spesielt i området for den mest langbølgete infrarøde strålingen, det vil si der temperaturen er lavest.

Halvlederbaserte detektorer (fotodiode, CCD, CMOS) brukes i dag i et relativt bredt område, men særlig for kortbølget infrarød stråling.

Absorpsjon av infrarød stråling

Absorpsjonen av infrarød stråling er i mange stoffer helt forskjellig fra absorpsjonen for lys. For eksempel er vindusglass ugjennomsiktig for stråling med bølgelengde på 5 μm, mens germaniumkrystaller, som er ugjennomsiktige for vanlig lys, slipper slik stråling igjennom.

Også enkelte gasser absorberer infrarød stråling meget sterkt. For eksempel absorberer vanndamp og karbondioksid sammen storparten av det infrarøde spektrumet og hindrer strålingen i å slippe gjennom atmosfæren. Bare et «vindu» for bølgelengder mellom 8 og 13,5 μm er åpent for stråling fra og til verdensrommet.

Vann absorberer sterkt i området med lengre bølgelengder enn 2 μm, og brukes derfor ofte som absorbator for varmestråler, for eksempel i mikroskoper.

Bruk

Infrarød fotografering

Figur 2. Til venstre: optisk fotografi av romfergen. Til høyre: IR-fotografi av romfergen når den beveger seg gjennom atmosfæren

NASA-public domain.

Lisens: Falt i det fri (Public domain)

Infrarød fotografering er fotografisk gjengivelse av usynlig IR-stråling ved hjelp av infrarødt kamera. Dette gjør at man får frem bilder som viser temperaturfordelingen på objektet. Se figur 1.

IR-kameraer kan for eksempel brukes til å observere mennesker eller dyr om natten.

Termografi

Termografi er kartlegging av overflatetemperaturen til et legeme, for eksempel til romfergen da den kom inn i atmosfæren etter en tur til Den internasjonale romstasjonen. Se figur 2.

Varmesøking

Detektorer for infrarød stråling benyttes ved varslingssystemer for brann eller overoppheting i maskindeler, for å kontrollere temperaturfølsomme industrielle prosesser, for å oppdage kamuflerte eller mørklagte oppvarmede områder, motorvogner, fly og så videre, og til nattsikte for skytevåpen.

Infrarød tørking

Ved infrarød tørking gir direkte IR-bestråling rask lokal oppvarming av de områdene som skal tørkes eller herdes.

Kommunikasjon – fjernkontroll

Lysemitterende dioder (LED) kan brukes til innendørs kommunikasjon over relativt korte avstander ved at de sender ut IR-stråling. Mottageren omdanner da signalet til elektrisk strøm.

Kommunikasjon – fiberoptikk

Glasset i optiske fibre har lav absorpsjon i området nært/kortbølget infrarødt. IR-lasere i dette området brukes derfor som sendere i fiberoptisk kommunikasjon.

Spektroskopi

I spektroskopiske materialundersøkelser brukes blant annet IR-stråling.

Meteorologi

IR-stråling brukes blant annet for å kartlegge temperaturfordelingen på jordoverflaten og i luften, for eksempel i områder med cumulusskyer som kan gi regnbyger. I sammenheng med klimaforskning og drivhuseffekten kartlegges IR-stråling i atmosfæren.

Astronomi

Figur 3. IR-fotografi av støvskyen rundt stjernen Beta Pictoris der stjernen er avskjermet.

Støvsky rundt stjerne

Av ESA.

Lisens: CC BY SA 4.0

IR-kameraer brukes i astronomien for å observere objekter som er kaldere enn 3600 °C, for eksempel brune dvergstjerner, unge stjerner som er i ferd med å danne seg og ennå ikke sender ut lys, fjerne galakser og støvskyer. Se figur 3.

Siden en stor del av den infrarøde strålingen fra rommet absorberes i atmosfæren, særlig av vanndamp, benyttes IR-kameraer i romteleskoper, for eksempel Spitzer-romteleskopet.

Analyse og konservering av malerier

IR-reflektografi, det vil si at et maleri analyseres ved å sende IR-stråling mot det og analysere den reflekterte strålingen, brukes i arbeidet med å analysere og konservere malerier. På denne måten kan man observere lag i maleriet under den ytterste overflaten.

Historie

Den infrarøde strålingen ble oppdaget omkring 1800 av William Herschel, som målte oppvarmingen fra sollys som var brutt i et prisme. Han fant at oppvarmingen var størst utenfor den synlige delen av spekteret, like ved den røde enden, og antok at dette skyldtes stråling som var av samme natur som lyset, men som ikke påvirket øyet.

Les mer i Store norske leksikon

Kommentarer

Kommentarer til artikkelen blir synlig for alle. Ikke skriv inn sensitive opplysninger, for eksempel helseopplysninger. Fagansvarlig eller redaktør svarer når de kan. Det kan ta tid før du får svar.

Du må være logget inn for å kommentere.

Fagansvarlig for Elektromagnetisme

Johannes Skaar

Professor, Universitetet i Oslo