La radiación infrarroja o luz infrarroja forma parte del espectro electromagnético y consiste en campos electromagnéticos capaces de propagarse en el vacío y transportar energía.
El rango de longitudes de onda de la radiación infrarroja está entre 1×10-3 y 7 x 10-7 m. El límite superior es con la luz roja del espectro visible, debajo de esta, de allí el nombre de infrarrojo.
Los seres vivos y los objetos en general emiten radiación térmica u ondas infrarrojas. No las podemos ver, pero sí las percibimos como calor, ya que casi cualquier material, incluyendo la piel, las absorben fácilmente.
Cuando un objeto absorbe radiación infrarroja, su energía interna se incrementa, ya que los átomos y las moléculas vibran con mayor agitación. Esto se traduce en un aumento de temperatura, por eso se diferencia de la radiación ionizante, que sí tiene energía suficiente como para ionizar las moléculas.
Así que los efectos de la radiación infrarroja en los seres vivos son, básicamente, de naturaleza térmica.
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Ondas infrarrojas
La radiación infrarroja se subdivide en tres tipos o bandas*, de acuerdo al uso que se les da:
-IRA o infrarrojo cercano, limita con la porción visible del espectro: 780-1400 nm
-IRB o infrarrojo medio, con numerosas aplicaciones: 1.4 – 3 μm
-IRC, el intervalo que sigue a las microondas: 3 – 1000 μm
Hay que acotar que estos límites no son estrictos. Los científicos los establecieron para facilitar el estudio de la radiación electromagnética, ya que el rango de longitudes de onda es sumamente extenso.
Aplicaciones de la radiación infrarroja
El gran astrónomo inglés William Herschel descubrió la radiación infrarroja a comienzos del siglo XIX, y más adelante, hacia 1879, ya se habían inventado aparatos con los que medir la radiación térmica del Sol: los bolómetros.
Estos aparatos absorben la radiación térmica, la cual calienta un material, cuya señal se transforma en una corriente eléctrica medible con facilidad. Dicha corriente es proporcional al aumento de temperatura.
*1 nm o nanómetro equivale a 1 x 10 -9 m, mientras que 1 μm es 1 x 10 -6 m.
Pero hay mucho más. Como hemos dicho, la radiación infrarroja tiene numerosas aplicaciones en ingeniería, ciencia y medicina, de las cuales nombraremos algunas:
Termómetros
Un termómetro infrarrojo posee un sensor que capta el calor emitido naturalmente por los objetos.
Para medir la temperatura del cuerpo, el termómetro se coloca cerca del oído, de esta manera el calor que emana llega hasta el sensor del termómetro, donde luego se convierte en una señal eléctrica proporcional a la energía térmica detectada. La lectura aparece rápidamente en un a pantalla digital.
Fisioterapia
La radiación infrarroja es un agente terapéutico en fisioterapia, ya que tiene efectos antiinflamatorios en ciertas dolencias y lesiones, alivia las contracturas y el dolor.
Por ello se utiliza para tratar artritis, dolores de espalda y como tratamiento post-ejercicio, para mencionar apenas unas pocas aplicaciones.
El tratamiento, que por lo general dura entre 15 y 30 minutos, se suele llevar a cabo gracias a lámparas especiales cuyo bulbo está lleno de un gas inerte.
La fuente térmica es un filamento de tungsteno o carbono provisto de un reflector, para dirigir apropiadamente la radiación a la zona afectada, cuidando de no quemar la piel.
Astronomía infrarroja
El universo emite gran cantidad de radiación infrarroja. Esta se usa para observar nebulosas, regiones del espacio repletas de hidrógeno y helio, donde se forman las estrellas y los correspondientes discos de materia a su alrededor, que eventualmente darán origen a los sistemas planetarios.
Las estrellas muy frías, por ejemplo las enanas rojas, que también son las más abundantes en el universo, se estudian adecuadamente con radiación infrarroja, así como las galaxias que se alejan de nosotros.
Espectroscopía infrarroja
Es una técnica analítica que se usa en muchos campos: astronomía, ciencia de los materiales, alimentos y más.
Hace uso del espectro infrarrojo para determinar la composición química de una sustancia y es particularmente adecuada para el análisis de los compuestos orgánicos.
Funciona así: la radiación que llega a un medio puede reflejarse en parte y el resto se absorbe y luego se transmite. Al analizar la radiación transmitida y sus cambios respecto a la radiación incidente, se conocen las propiedades del medio atravesado.
Cuando la radiación infrarroja es absorbida por una molécula cuyo estado fundamental de vibración tiene la misma longitud de onda que la radiación infrarroja incidente, se provocan cambios en dicha vibración. Estos cambios se denominan resonancia.
El experimento se lleva a cabo con un espectrómetro de infrarrojo. Allí una muestra interacciona con la radiación infrarroja y se recoge la información de la radiación transmitida.
El espectrómetro incorporado el software necesario para crear el espectro de la sustancia, una gráfica con bandas y picos característicos que es como una huella dactilar.
Cada pico indica un cierto estado energético de las moléculas y de su observación se deducen composición y propiedades de la sustancia.
Equipos para visión nocturna
Desarrollados originalmente como equipo militar, poseen sensores que captan el calor emitido por la materia, en particular los organismos vivos.
Ejemplos de radiación infrarroja
Toda la materia emite radiación infrarroja en mayor o menor medida. El cero absoluto de temperatura equivale al cese total de movimientos en el átomo y sus partículas constituyentes. Pero no se ha detectado todavía, aunque en laboratorios especiales de bajas temperaturas se ha llegado bastante cerca.
De esta forma cualquier parte del universo emite radiación infrarroja, por ejemplo las nebulosas antes mencionadas.
A continuación hay radiación infrarroja más cercana:
El Sol y la Tierra
-Nos llega radiación térmica desde el Sol, nuestra fuente principal de luz y calor.
-La propia Tierra posee calor interior, debido a la dinámica de las diversas capas que conforman al planeta, por lo tanto también es emisora de infrarrojo.
-Algunos gases atmosféricos, como el dióxido de carbono y el metano, entre otros, son buenos absorbentes de la radiación infrarroja, que luego irradian en todas direcciones, calentando el planeta. Es el conocido efecto invernadero.
Seres vivos
-Las personas y los animales de sangre caliente emiten calor.
Tecnología
-Los conocidos bombillos incandescentes desprenden gran cantidad de calor. De hecho casi toda la energía eléctrica se transforma en radiación térmica y muy poca se emite en el rango de luz visible.
-Los controles remotos de la televisión, juguetes, puertas y demás aparatos, funcionan con luz infrarroja.
El control tiene adentro un pequeño circuito impreso que contiene la señal codificada de cada función. Esta se envía al emisor infrarrojo (el led rojo). En el aparato hay otro circuito que recibe esta señal y ejecuta la función solicitada.
-Los motores se calientan durante su funcionamiento, así como equipos eléctricos y electrónicos, la corriente eléctrica atravesando los conductores genera calor, así como la fricción entre las partes móviles.
-El láser, que se usa en procesos médicos e industriales, produce radiación infrarroja. Hay láseres de estado sólido en los lectores de CD y en los más variados sensores.
Referencias
- Fontal, B. El espectro electromagnético y sus aplicaciones. Escuela venezolana para la enseñanza de la Química.
- Giancoli, D. 2006. Physics: Principles with Applications. 6th. Ed Prentice Hall.
- Mondragón, P. Espectroscopía de infrarrojo. Recuperado de: ciatej.mx.
- Radiación y luz infrarroja. Recuperado de: ptolomeo.unam.mx.
- Serway, R., Jewett, J. (2008). Física para Ciencias e Ingeniería. Volumen 2. 7ma. Ed. Cengage Learning.