Infrarött ljus (IR) – definition, våglängder, värme och användningar

Lär dig allt om infrarött ljus: definition, våglängder, hur IR skapar värme och praktiska användningar inom teknik, medicin och säkerhet.

Infraröd strålning (IR) är en del av elektromagnetisk strålning och beskriver vågor som har längre våglängd än det synliga ljus och kortare än mikrovågor. En elektromagnetisk våg består av växelverkande fält knutna till elektricitet och magnetism. Ordet infraröd betyder bokstavligen ”under rött” — det vill säga med frekvenser som ligger under frekvensen för rött ljus. Rött är den synliga färg med längst våglängd för människans öga, och infraröda vågor ligger utanför vår synliga förmåga.

Våglängder och indelning

Nära infraröda vågor anges i din källa som mellan 800 nm och 1,4 µm. Det finns flera sätt att dela upp IR-spektrumet; vanliga intervall (ungefärliga) är:

• Nära IR (NIR): ~0,7–1,4 µm (700–1400 nm).
• Kortvågs-IR (SWIR): ~1,4–3 µm.
• Mellanvågs-IR (MWIR): ~3–8 µm.
• Långvågs-IR (LWIR): ~8–15 µm.
• Fjärrinfraröd / fjärrvågor (FIR): >15 µm.

Det mesta infraröda ljuset från solen ligger i de kortare IR-regionerna (nära infrarött). Värmebildning och termisk avbildning använder ofta våglängder i fönstret kring 8–15 µm, eftersom atmosfären är relativt genomskinlig där och många vardagliga kroppar och föremål har sin maximala emission i det området.

Hur infrarött upplevs och fysiken bakom värme

Människor uppfattar infrarött ljus främst som värme. Allt som har temperatur över den absoluta nollpunkten sänder ut elektromagnetisk strålning enligt termisk (svartkropps-) strålning. Ju varmare ett föremål är, desto mer energi sänds ut och desto kortare blir den våglängd där utsändningen är störst (Wien’s förskjutningslag). Till exempel har en mänsklig kropp sin toppintensitet runt 9–10 µm, vilket ligger i LWIR-området.

Viktiga samband som används för att beskriva termisk strålning är Stefan–Boltzmanns lag (total utsänd effekt ∝ T^4) och Wien’s förskjutningslag (maximivåglängd ∝ 1/T). Atmosfären har vissa ”fönster” i IR där gaser som vattenånga och koldioxid absorberar mindre, särskilt runt 3–5 µm och 8–14 µm — därför är dessa våglängder viktiga för fjärranalys och värmebildkameror.

Användningar

Infrarött ljus används inom många områden:

• Fjärrkontroller till TV-apparater och andra enheter använder IR-LED:ar för att skicka kodade signaler (vanligtvis pulserade ljusblixtrar i NIR-området).
• Många missiler och luftvärnssystem söker efter mål med hjälp av värmesignaturer — varmt avgaser eller kroppsvärme syns som stark infraröd emission (luftvärn och värmesökande styrsystem).
• Termiska kameror och värmebildning används för nattseende, övervakning, brandsäkerhet, byggnadsinspektion (värmeläckage), och medicinsk termografi.
• Kommunikation via fiberoptik använder oftast nära infrarött ljus (t.ex. 850 nm, 1310 nm, 1550 nm) eftersom signaldämpningen i glasfiber är liten vid dessa våglängder.
• Spektroskopi i IR används för att identifiera molekyler och material eftersom många kemiska bindningar har karakteristiska absorptionsband i IR.
• Industriella uppvärmningsprocesser, IR-ugnar och infraröda värmelampor använder IR för snabb uppvärmning utan direkt konvektion.

Detektion, källor och säkerhet

IR-strålning kan detekteras på flera sätt: kvantdetektorer (halvledardioder och material som InGaAs, InSb, HgCdTe) som reagerar snabbt på fotoner, och termiska detektorer (bolometrar, mikrobolometrar) som mäter temperaturförändring. Värmekänsliga bildsensorer (microbolometrar) är vanliga i kommersiella värmekameror.

Vanliga källor till infrarött är solen, glödtrådslampor, IR-LED:ar och lasrar samt varma ytor i allmänhet. Glas är ofta transparent för synligt ljus men kan blockera längre IR-våglängder; materialval och fönsterdesign påverkar hur IR sprids eller absorberas.

Säkerhetsaspekter: även om IR inte är synligt kan stark IR-strålning skada ögon och hud (t.ex. brännskador eller retinskador vid mycket kortvågig IR). Speciell skyddsutrustning krävs vid arbete nära kraftfulla IR-källor.

Mätning och enheter

Våglängder i IR anges ofta i nm (nanometer) för nära IR och i µm (mikrometer) för längre våglängder. Frekvens eller energi kan också användas (terahertz till hundratals terahertz i IR-området). För termiska mätningar används ofta temperatur och strålningsflöde (W/m²) enligt strålningslagarna.

Sammanfattningsvis är infrarött ljus en osynlig men viktig del av det elektromagnetiska spektrumet med omfattande praktiska tillämpningar — från enkla fjärrkontroller till avancerad fjärranalys, kommunikation och medicinsk diagnostik.

Frågor och svar

F: Vad är infraröd strålning?

F: Var kommer ordet "infraröd" ifrån?

F: Kan människor se infraröda vågor?

F: Vad är räckvidden för nära infraröda vågor?

F: Vad används mest för värmekameror?

F: Hur uppfattar människor infraröd strålning?

F: Vad används vanligtvis för att skicka styrsignaler i fjärrkontroller?

Sök med bokstav