Ciencia simple: ¿Qué es "infrarrojos"?
El infrarrojo es un tipo de radiación electromagnética, una frecuencia continua que se produce cuando los átomos absorben y liberan energía. La radiación electromagnética, de mayor a menor frecuencia, incluye rayos gamma, rayos X, luz ultravioleta, luz visible, rayos infrarrojos, microondas y ondas de radio. Estos tipos de radiación son isomórficos al espectro electromagnético.
Según la NASA, el astrónomo británico William Herschel descubrió la luz infrarroja en 1800. En un experimento para medir la diferencia de temperatura entre diferentes colores del espectro visible, colocó un termómetro en el camino de la luz de cada color del espectro visible. Observó que las temperaturas subían del azul al rojo y encontró una medición de temperatura más cálida fuera del extremo rojo del espectro visible.
En el espectro electromagnético, la frecuencia de los rayos infrarrojos es superior a la de las microondas e inferior a la de la luz roja, de ahí el nombre de "rayos infrarrojos". Según una investigación de Caltech, la radiación infrarroja tiene longitudes de onda más largas que la radiación de luz visible. Según la NASA, las frecuencias infrarrojas oscilan entre 3 GHz y 400 THz, y se estima que las longitudes de onda oscilan entre 1.000 micras y 760 nanómetros, aunque estos valores son inciertos.
Al igual que el espectro de la luz visible, la radiación infrarroja también tiene su propio rango de longitud de onda, desde el violeta (la longitud de onda más corta de la luz visible) hasta el rojo (la longitud de onda más larga). Las ondas más cortas del "infrarrojo cercano", que están más cerca de la luz visible en el espectro electromagnético, no emiten ningún calor detectable y son utilizadas por los controles remotos de los televisores para cambiar de canal. Según la NASA, las ondas más largas del "infrarrojo lejano" están más cerca de la porción de microondas del espectro electromagnético y pueden sentirse con calor intenso, como el de la luz solar o el fuego.
La radiación infrarroja es una de las tres formas en que se transfiere el calor de un lugar a otro. Los otros dos son la convección y la conducción. Cualquier objeto con una temperatura superior a 5 Kelvin (menos 268 grados Celsius) emite radiación infrarroja. Según una investigación de la Universidad de Tennessee, el sol emite la mitad de su energía total en forma de luz infrarroja, mientras que la mayor parte de la luz visible de la estrella es absorbida y reemitida como luz infrarroja.
Consumo doméstico
Nuestros electrodomésticos, como lámparas de calefacción y tostadoras, utilizan rayos infrarrojos para transferir calor. Lo mismo ocurre con los calentadores industriales, como los que se utilizan para secar y curar materiales. Según la Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos, las lámparas incandescentes convierten sólo alrededor del 65.438.000% de su energía eléctrica en luz visible, y el 90% restante en radiación infrarroja.
Los láseres infrarrojos se pueden utilizar para comunicaciones punto a punto a cientos de metros de distancia. Los controles remotos de TV dependen de la radiación infrarroja, que emite pulsos de energía infrarroja desde diodos emisores de luz (LED) al receptor de infrarrojos del televisor según cómo funciona el objeto. El receptor convierte los pulsos de luz en señales eléctricas e indica al microprocesador que ejecute las instrucciones del programa.
Detección de infrarrojos
Una de las aplicaciones más útiles de la espectroscopia infrarroja es la detección. Todos los objetos de la Tierra emiten radiación infrarroja en forma de calor. Esto puede detectarse mediante sensores electrónicos, como los que se utilizan en las gafas de visión nocturna y las cámaras de infrarrojos.
Un ejemplo sencillo de este tipo de sensor es el bolómetro, que consiste en un telescopio con un termistor en el foco, según una investigación de la Universidad de California en Berkeley (UCB). Si un objeto caliente entra en el campo de visión del instrumento, el calor provocará un cambio detectable en el voltaje a través del termistor.
Las cámaras de visión nocturna utilizan bolómetros más sofisticados. Estas cámaras suelen incluir chips de imágenes de dispositivo de carga acoplada (CCD) que son sensibles a la luz infrarroja. Las imágenes formadas por CCD se pueden reproducir en luz visible. Estos sistemas pueden hacerse lo suficientemente pequeños como para usarlos en dispositivos portátiles o gafas de visión nocturna portátiles. La cámara también se puede utilizar para apuntar o apuntar con armas sin la necesidad de un láser infrarrojo adicional.
La espectroscopia infrarroja se utiliza para medir la radiación infrarroja de materiales en longitudes de onda específicas. Cuando los electrones cambian entre órbitas o niveles de energía, los fotones son absorbidos o emitidos por electrones en las moléculas, y el espectro infrarrojo de una sustancia muestra caídas y picos característicos.
Esta información espectral se puede utilizar para identificar sustancias y monitorear reacciones químicas.
La espectroscopia infrarroja, como la espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier (FTIR), es útil en muchas aplicaciones científicas, según un profesor de física de la Universidad Estatal de Missouri. Entre ellos se incluyen la investigación sobre sistemas moleculares y materiales bidimensionales como el grafeno.
Astronomía Infrarroja
Caltech describe la astronomía infrarroja como "la detección y estudio de la radiación infrarroja (energía térmica) emitida por objetos en el universo". Con el desarrollo de los sistemas de imágenes CCD infrarrojas, podemos observar en detalle la distribución de las fuentes de luz infrarroja en el espacio, revelando las estructuras complejas de las nebulosas y galaxias, así como la estructura a gran escala del universo.
Una ventaja de la observación astronómica infrarroja 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 nubes alargadas de polvo interestelar que parecen estar omnipresentes en toda la Vía Láctea.
La astronomía infrarroja es particularmente útil para observar gases moleculares fríos y determinar la composición química de las partículas de polvo en el medio interestelar, afirmó un profesor de astronomía de la Universidad Estatal de Missouri. Estas observaciones se realizaron utilizando detectores CCD especiales sensibles a fotones infrarrojos.
Otra ventaja de la radiación infrarroja es que tiene una longitud de onda más larga, lo que significa que no se dispersa tanto como la luz visible. Mientras que la luz visible puede ser absorbida o reflejada por partículas de gas y polvo, las ondas infrarrojas más largas simplemente evitan estas pequeñas obstrucciones. Debido a esta propiedad, la luz infrarroja se puede utilizar para observar objetos cubiertos de gas y polvo. Estos objetos incluyen estrellas recién formadas incrustadas en nebulosas o en los centros de las galaxias de la Tierra.
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