¿Qué es el infrarrojo?

La radiación infrarroja (IR), o luz infrarroja, es un tipo de energía radiante que es invisible para los ojos humanos pero que podemos sentir como calor. Todos los objetos del universo emiten algún nivel de radiación IR, pero dos de las fuentes más obvias son el sol y el fuego..

IR es un tipo de radiación electromagnética, un continuo de frecuencias que se produce cuando los átomos absorben y luego liberan energía. De mayor a menor frecuencia, la radiación electromagnética incluye rayos gamma, rayos X, radiación ultravioleta, luz visible, radiación infrarroja, microondas y ondas de radio. Juntos, estos tipos de radiación forman el espectro electromagnético..

El astrónomo británico William Herschel descubrió la luz infrarroja en 1800, según la NASA. En un experimento para medir la diferencia de temperatura entre los colores del espectro visible, colocó termómetros en el camino de la luz dentro de cada color del espectro visible. Observó un aumento en la temperatura de azul a rojo, y encontró una medición de temperatura aún más cálida justo más allá del extremo rojo del espectro visible..

Dentro del espectro electromagnético, las ondas infrarrojas ocurren en frecuencias superiores a las de las microondas y justo por debajo de las de la luz roja visible, de ahí el nombre "infrarrojos". Las ondas de radiación infrarroja son más largas que las de la luz visible, según el Instituto de Tecnología de California (Caltech). Las frecuencias de infrarrojos varían desde aproximadamente 300 gigahercios (GHz) hasta aproximadamente 400 terahercios (THz), y se estima que las longitudes de onda oscilan entre 1000 micrómetros (µm) y 760 nanómetros (2.9921 pulgadas), aunque estos valores no son definitivos, según la NASA.

Similar al espectro de luz visible, que va desde el violeta (la longitud de onda de luz visible más corta) hasta el rojo (la longitud de onda más larga), la radiación infrarroja tiene su propio rango de longitudes de onda. Las ondas más cortas de "infrarrojo cercano", que están más cerca de la luz visible en el espectro electromagnético, no emiten ningún calor detectable y son lo que se descarga desde el control remoto de un televisor para cambiar los canales. Las ondas más largas de "infrarrojo lejano", que están más cerca de la sección de microondas en el espectro electromagnético, se pueden sentir como un calor intenso, como el calor de la luz solar o el fuego, según la NASA..

La radiación IR es una de las tres formas en que se transfiere el calor de un lugar a otro, siendo las otras dos la convección y la conducción. Todo lo que tenga una temperatura superior a los 5 grados Kelvin (menos 450 grados Fahrenheit o menos 268 grados Celsius) emite radiación IR. El sol emite la mitad de su energía total como IR, y gran parte de la luz visible de la estrella se absorbe y vuelve a emitirse como IR, según la Universidad de Tennessee..

Usos domésticos

Los electrodomésticos, como las lámparas de calor y las tostadoras, utilizan radiación IR para transmitir calor, al igual que los calentadores industriales, como los que se utilizan para secar y curar materiales. Las bombillas incandescentes convierten solo alrededor del 10 por ciento de su entrada de energía eléctrica en energía de luz visible, mientras que el otro 90 por ciento se convierte en radiación infrarroja, según la Agencia de Protección Ambiental.

Los láseres infrarrojos se pueden utilizar para comunicaciones punto a punto a distancias de unos pocos cientos de metros o yardas. Los controles remotos de TV que dependen de la radiación infrarroja disparan pulsos de energía IR desde un diodo emisor de luz (LED) a un receptor de infrarrojos en el televisor, según How Stuff Works. El receptor convierte los pulsos de luz en señales eléctricas que instruyen a un microprocesador a ejecutar el comando programado..

Detección infrarroja

Una de las aplicaciones más útiles del espectro IR es la detección y la detección. Todos los objetos de la Tierra emiten radiación IR en forma de calor. Esto se puede detectar mediante sensores electrónicos, como los que se utilizan en las gafas de visión nocturna y las cámaras de infrarrojos..

Un ejemplo simple de tal sensor es el bolómetro, que consiste en un telescopio con una resistencia sensible a la temperatura, o termistor, en su punto focal, según la Universidad de California, Berkeley (UCB). Si un cuerpo caliente entra en el campo de visión de este instrumento, el calor provoca un cambio detectable en el voltaje a través del termistor..

Las cámaras de visión nocturna utilizan una versión más sofisticada de un bolómetro. Estas cámaras suelen contener chips de imágenes de dispositivos de carga acoplada (CCD) que son sensibles a la luz IR. La imagen formada por el CCD se puede reproducir en luz visible. Estos sistemas se pueden hacer lo suficientemente pequeños para ser utilizados en dispositivos portátiles o gafas de visión nocturna portátiles. Las cámaras también se pueden usar para miras de armas con o sin la adición de un láser IR para apuntar.

La espectroscopia de infrarrojos mide las emisiones de infrarrojos de los materiales en longitudes de onda específicas. El espectro IR de una sustancia mostrará caídas y picos característicos a medida que los electrones (partículas de luz) absorben o emiten electrones en las moléculas a medida que los electrones hacen la transición entre órbitas o niveles de energía. Esta información espectroscópica se puede usar para identificar sustancias y monitorear reacciones químicas..

Según Robert Mayanovic, profesor de física en la Universidad Estatal de Missouri, la espectroscopia infrarroja, como la espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier (FTIR), es muy útil para numerosas aplicaciones científicas. Estos incluyen el estudio de sistemas moleculares y materiales 2D, como el grafeno..

Astronomía infrarroja

Caltech describe la astronomía infrarroja como "la detección y el estudio de la radiación infrarroja (energía térmica) emitida por los objetos del universo". Los avances en los sistemas de imágenes IR CCD han permitido una observación detallada de la distribución de las fuentes IR en el espacio, revelando estructuras complejas en nebulosas, galaxias y la estructura a gran escala del universo..

Una de las ventajas de la observación IR es que puede detectar objetos que son demasiado fríos para emitir luz visible. Esto ha llevado al descubrimiento de objetos previamente desconocidos, incluidos cometas, asteroides y tenues nubes de polvo interestelar que parecen prevalecer en toda la galaxia..

La astronomía IR es particularmente útil para observar moléculas frías de gas y para determinar la composición química de las partículas de polvo en el medio interestelar, dijo Robert Patterson, profesor de astronomía en la Universidad Estatal de Missouri. Estas observaciones se realizan utilizando detectores CCD especializados que son sensibles a los fotones IR..

Otra ventaja de la radiación IR es que su longitud de onda más larga significa que no se dispersa tanto como la luz visible, según la NASA. Mientras que la luz visible puede ser absorbida o reflejada por partículas de polvo y gas, las ondas IR más largas simplemente rodean estas pequeñas obstrucciones. Debido a esta propiedad, los IR se pueden utilizar para observar objetos cuya luz está oscurecida por el gas y el polvo. Tales objetos incluyen estrellas recién formadas incrustadas en nebulosas o en el centro de la galaxia de la Tierra..

Recursos adicionales:

• Obtenga más información sobre las ondas infrarrojas de NASA Science.
• Leer más sobre infrarrojos del Observatorio Gemini.
• Mire este video que describe la visión infrarroja, de National Geographic.

Este artículo fue actualizado el 27 de febrero de 2019 por la colaboradora Traci Pedersen.