Infraroutstralung

Als Infraroutstralung (kuerz IR-Stralung, och Ultrarotstralung) bezeechent een an der Physik elektromagnéitesch Wellen am Spektralberäich tëscht visuellem Liicht an der méi laangwelleger Terahertzstralung. Als Infrarout gëtt de Spektralberäich tëscht 7,8×10⁻⁷ m an 10⁻³ m (780 nm an 1 mm) bezeechent, wat engem Frequenzberäich vun 3×10¹¹ Hz bis zirka 4×10¹⁴ Hz entsprécht.

E Bam virum Lehmbruckmuseum zu Duisburg (Foto am siichtbare Spektralberäich)

Dat selwecht Motiv fotograféiert mat Gebrauch vun engem IR-Transmissiounsfilter (Powershot A70 + Hoya 780), opgezeechent gëtt nëmmen Infrarout am Beräich vu 700–1000 nm

Andeelung vum Spektralberäich

Eng Andeelung vum Spektralberäich berout op den Aarte vun de Moleküllschwéngungen, déi sech op d'Uwendungen auswierken. D'Begrëffer sinn net sou eendeiteg wéi am visuelle Beräich definéiert a ginn deelweis duerch d'Uwendungen oder speziell physikalesch Phenomeener bestëmmt, wouduerch et méi ënnerschiddlech Bezeechnunge gëtt. D'International Commission on Illumination (CIE) an "DIN5031" schloen d'Andeelung an dräi Bänner vir: IR-A, IR-B an IR-C (MIR an FIR).

Andeelung vun der Infraroutstralung no DIN 5031

Benennung	Kuerzzeechen		Wellelängt an μm	Temperatur no Wien	Asazberäicher/Bemierkungen
noen Infrarout	NIR	IR-A	0,78…1,4	3700 K…	kuerzwellegen Deel vum NIR-Beräich, 780-nm-Grenz bedéngt duerch deen dem Sonnespektrum ugepasste mënschleche Séisënn. fotografescht Infrarout (ColorInfraRed, CIR) läit bei 0,7–1,0 µm: Fotografesche Film kann dëse Welleberäich ophuelen.
		IR-B	1,4…3,0		laangwellegen Deel vum NIR-Beräich d'Begrenzung läit an der Waasserabsorptioun bei 1450 nm.
mëttel Infrarout	MIR	IR-C	3…50	1000…60 K	Beräich vun thermescher Stralung bei ierdeschen Temperaturen
wäit Infrarout	FIR		50…1000	…3 K	D'Atmosphär absorbéiert hei staark an op der Grenz zum Mikrowelleberäich gëtt grad nach déi kosmesch 3-Kelvin-Stralung siichtbar.

Eng aner Ënnerdeelung, déi dacks am angloamerikanesche Raum souwéi bei der Spezifikatioun vun Äerdfuerschungsskamerae gebraucht gëtt, ass:

• not Infrarout (op Englesch: near infrared, NIR) ass kuerzwelleg IR-Stralung, déi sech direkt an de visuelle (roude) Beräich uschléisst vu 780 nm bis 1400 nm.
• kuerzwellegt Infrarout (englesch: short wavelength, SWIR) 1,4 bis 3,0 µm
• mëttel Infrarout (englesch: mid wavelength, MWIR) schléisst bei Wellelängte vun 3,0 µm bis 8 µm drun un.
• laangwellegt Infrarout (englesch: long-wavelength, LWIR) 8 bis 15 µm
• wäit Infrarout (englesch: far infrared, FIR) ass eng laangwelleg IR-Stralung vu 15 µm bis 1 mm an iwwerschneit sech mat dem Beräich vun der Terahertzstralung.

Geschicht

D'IR-Stralung gouf ëm 1800 vum däitsch-britteschen Astronom, Techniker a Museker Friedrich Wilhelm Herschel beim Versuch, d'Temperatur vun de verschiddene Faarwe vum Sonneliicht ze miessen, entdeckt. Hien huet d'Sonneliicht duerch e Prisma fale gelooss an en Thermometer an déi eenzel Faarfberäicher placéiert. Dobäi huet hie bemierkt, datt déi Säit vum rouden Enn vum visuelle Spektrum, den Thermometer déi héchst Temperatur gewisen huet. Aus dem Eropgoe vun der Temperatur huet hie geschloss, datt de Sonnespektrum sech déi aner Säit vum Rout virusetzt.

IR-Quellen

Ëmgangssproochlech gëtt IR-Liicht dacks mat Wäermtstralung gläichgesat. Mikrowellen a beim visuellt Liicht, wéi de ganzen elektromagnéitesche Spektralberäich, droen zur Perceptioun vun Wäermtstralung bäi. Breetbänneg IR-Quelle sinn thermesch Straler wéi beispillsweis d'Gléiluuchten an den Heizstraler (s. a. Keramesch Infraroutstraler). Ënnerschiddlech Infraroutstraler goufen entwéckelt, fir domat d'Villsäitegkeet vun Uwendunge vun der Infraroutstralung méi spezifesch ofzedecken, beispillsweis Globar a Nernst-Stëft.

Stralennoweis

Fir den Noweis vun IR-Stralung vun alle Wellelängten eegne sech thermesch Detekteren (Thermoelementer oder Bolometeren). Am kuerzwellege Beräich ginn hallefleedend Detektere gebraucht (kuckt och ënner: zentrale photoelektreschen Effet), woubäi och Digitalkameraen ze gebrauche sinn, wann hiren IR-Spärfilter net ze staark ausgeluecht ass. Fir d'Ophuele vun IR-Biller am noen Infraroutberäich eegne sech weider speziell fotografesch Filmer a bei laange Wellelängten (am mëttleren Infrarout) gi gekillt Hallefleederdetekteren oder pyroelektresch Sensoren (Uwendung z. B. am PIR-Beweegungsmelder) gebraucht.

Astronomie

Andromedaniwwel am infraroude Liicht bei 24 μm

  Haaptartikel zu dësem Theema: Infraroutastronomie 

An der Infraroutastronomie observéiert ee „kill“ Objeten (méi kal wéi 1000 K), déi an anere Spektralberäicher kaum ze gesi sinn, oder Objeten, déi an oder hanner enger interstellarer Wollek leien.

Zousätzlech hëlleft d'IR-Spektroskopie bei der Analys vun den observéierten Objeten. Dobäi gi wéi an der Chimie mat der Infraroutspektroskopie Bänner vu bestëmmte Substanzen nogewisen, sou z. B. Methangas op Exoplanéiten a beim Fixstär HD 189733.

Elektronik a Computertechnik

USB-Infraroutport fir PC

Infraroutfernbedienungen, Optokoppler an déi meescht Liichtbarriäre schaffen am noen Infrarout bei 880 bis 950 nm Wellelängt, well do Silizium-Photodioden a Phototransisteren hir héchst Empfindlechkeet hunn.

Infraroutschnëttstelle vu Computere schaffen och an deem Wellelängteberäich a maachen eng drotlos Kommunikatioun mat Peripherieapparate méiglech. Déi optesch Dateniwwerdroung mat IR-Laser duerch d'Atmosphär gëtt duerch d'optesch Fräiraumiwwerdroung charakteriséiert.

Dobäi war d'Firma Hewlett Packard eng vun den éischte Firmen, déi d'Infrarouttechnik mat der EDV verbonnen huet. Am Joer 1979 integréiert se fir d'éischt eng IR-Schnëttstell an engem Täscherechner, fir sou eng Verbindung zu engem Drécker hierzestellen. Am Joer 1990 gouf du fir d'éischt eng IR-Schnëttstell an engem PC integréiert. Déi Schnëttstell gouf en éischte Standard. Well se seriell schafft, gouf s'Serial Infrared (Seriellt Infrarout), ofgekierzt SIR genannt. Aus Vitessgrënn gouf dëse Standard vum ofwäertskompatibele Fast-IR ofgeléist, wat PCen an all Desktop-Mainboard vum Baujoer 2002 un ënnerstëtzt (resp. fir den Uschloss vum Sender/Empfänger virbereet ass). A PDAen an Notebooks (bis ongeféier Baujoer 2006) ass sou en Infraroutapparat agebaut, genee wéi a verschiddene Mobiltelefonen. D'Infraroutschnëttstelle goufe lues a lues mat Bluetooth ersat.

An der Telekommunikatioun gëtt IR-A wéinst der niddreger Absorptioun an Dispersioun a Glasfaser favoriséiert gebraucht. D'Standardwellelängt läit an der optescher Dateniwwerdroung mat Glasfaser bei 1550 nm.

Mat Wäermtbildsensore kann och d'Beweegung vun enger Infraroutstralungsquell erkannt ginn. Déi gëtt beispillsweis fir d'Steierung vun der Spillkonsol Wii vun Nintendo gebraucht.

Vegetatioun

Am noen Infrarout huet déi gréng Vegetatioun eng ongeféier sechsmol méi héich Reflexioun wéi am visuelle Spektralberäich, well frësche Blattissu eng gutt Reflexioun huet an déi iwwereg Wellelängte vum Chlorophyll an de Karotinoiden absorbéiert ginn. Dësen Effet gëtt fir d'Erkennung vu Vegetatiounsfläche benotzt. Vun enger Zeen ginn zwee Biller geholl, eent am visuellen, an dat anert am noen infraroude Beräich. Dacks gi Multispektralkamerae gebraucht. Duerch d'Divisioun vu béide Biller gëtt d'Vegetatioun däitlech siichtbar a ka liicht segmentéiert ginn.

Iwwer d'spektral Reflexioun besonnesch am noe bis wäiten Infrarout vu grénger Vegetatioun gi Vegetatiounstyppen ënnerscheet, an de jeeweilege Gesondheetszoustand vun der Vegetatioun gëtt erkannt. De Gesondheetszoustand vun de Planzen hänkt an éischter Linn vun hirer Waasserversuergung of. Dréchent, Pilz- an Insektebefall sinn z'erkennen.

Medezin

Heizluuchte stralen am Infrarouden a si schonn zanter laangem fir medezinesch Zwecker am Asaz.

Wäermtstralung vun Hëtztstraler (keramesch Infraroutstraler mat laangwelleger IR-Stralung, Routliichtluuchten, déi virrangeg not Infrarout emittéieren) gi fir lokal Behandlung vun Entzündungen (z. B. Nuesenniewenhielen) agesat. Fir d'Ganzkierperbehandlung ginn Infraroutwäermtkabinne gebraucht. Infraroutstralung gëtt an der Medezin och dacks a Form vu Laser gebraucht. D'Asazgebidder ëmfaassen dobäi besonnesch d'Haut-, Aen- an Zännmedezin (Optesch Koherenztomographie, Schneiden, Koaguléieren a Liichttherapie).

Not Infrarout geet déif ënner d'Haut eran, wärend besonnesch den MIR schonn op der Uewerfläch vun der Haut an der Hornhaut vum A absorbéiert gëtt. Not Infrarout vun héijer Intensitéit (Laserstralung) ass dofir besonnesch geféierlech fir d'Aen an d'Haut, well et am A onbemierkt bis un Netzhaut kënnt, do fokusséiert gëtt an Zerstéierunge verursaacht. Um Kierper gëtt et a Regiounen absorbéiert, wou keng Temperatursensore sinn an do dacks onbemierkt Schued uriichten.

Fir d'Féiwer ze moosse gi Pyrometere gebraucht, déi d'Temperatur am Ouer duerch d'Wäermtstralung am mëttleren Infrarout moossen.

Fir lokal Entzündunge ze fannen, ginn Thermographiefotoe gemaach.

Fir d'Moosse vun der Sauerstoffsiedegung vun de roude Bluttkierpercher déngt d'Pulsoxymetrie.

Verkéier, Police a Militär

Nuechtsiichtapparat, festgemaach um Helm vun engem Zaldot

Am Auto kann eng Infraroutkamera (NIR-Beräich) benotzt gi fir d'Sécherheet bei Nuecht- an Niwwelfaarten ze verbesseren. Dobäi kritt de Chauffeur d'IR-Bild op engem Display ugewisen. D'System gëtt och als „Night Vision“ bezeechent, an et gëtt behaapt, datt s'eng däitlech gréisser Sécherheet bei schlechter Siicht erméiglechen, well d'Duerchdréngungsfäegkeet a Reechwäit vum infrarouden Undeel am IR-Beräich vill méi héich ass wéi am siichtbare Beräich.

Jeeër, Police a Militär brauchen Nuechtsiichtapparater a Reschtliichtverstäerker am noen Infrarout (zentrale Baudeel: Bildverstäerker), fir an der Däischtert onsiichtbar Objeten erkennen ze kënnen, woubäi och zousätzlech Infraroutbeliichtung agesat ka ginn. Helikopterpiloten (Police an Arméi) fléien nuets mat Hëllef vun engem Nuechtsiichtbrëll um Helm, vun deem viru jiddwer A en eefaarwegt Bild vun der Wäermtofstralung vun Objeten um Buedem produzéiert gëtt. Baussent vum Helikopter kann eng beweeglech Kamera montéiert sinn, déi am siichtbare wéi och am infraroude Liichtspektrum Videobiller liwwert. Déi ginn zum Beispill bei der Sich no vermëssten oder flüchtege Persounen an der Däischtert gebraucht.

Vill Typpe vu Lenkfluchkierper fannen hiert Zil iwwer Wäermtstralung, wéi z. B. déi vu Fligerdreifwierker. Fir d'Ofwier hunn nei Kampffliger a Militärschëffer Ariichtungen, déi Täuschungskierper (Flares) ausstoussen, fir dës Waffe vum Fliger resp. Schëff ofzeleeden.

Thermographie

Eng Infraroutfoto (MIR, ëm 10 µm) vun engem klengen Hond (Falschfarwenduerstellung)

Mat Hëllef vun der Thermographie loosse sech „Wäermtbiller“ maachen, fir déi d'Infraroutstralung d'Wäermt vun de Géigestänn ausnotzt.

Eng besonnesch Uwendung ass d'Bauthermographie fir d'Qualitéitssécherung an d'Visualiséierung vu Wäermebrécken a Wäermeverloscht bei Gebaier. Doduerch kënne wärmedämmend Bestëmmungen erreecht an agesat ginn.

An der Diagnos an am Entreien vun elektreschen, elektroneschen a mechanesche Baugruppen, Anlagen oder Maschinne gëtt d'Thermographie als ergänzend Miessmethod fir preventiv Mängel- a Schuederkennung agesat. Mat der Thermographie kënne kritesch Zoustänn („Hot Spots“) vu Maschinnen, Anlagen an Installatioune wärend dem Betrib detektéiert ginn. Doduerch kënne scho fréizäiteg Ännerunge fir Verbesserunge getraff a sou Ausfäll a Schied vermidde ginn.

D'Thermographie gëtt och bei der Schwéngungsanalys a Festegkeetspréifung agesat. Rësser a labber Verbindunge verrode sech duerch hir Wäermtentwécklung.

Mit Infrarout-Pyrometere ginn ouni ze beréiere Prozesstemperaturen an Temperature vu Baudeeler a Killkierper gemooss a kontrolléiert.

D'Pompjeeë benotze Wäermbildkamerae fir d'Opspiere vu Brandplazen oder fir d'Rettung vu Leit a Raim, déi voller Damp sinn.

Um Spaweck

Commons: Infraroutstralung – Biller, Videoen oder Audiodateien