Radiazione infrarossa
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La radiazione infrarossa (IR) è radiazione elettromagnetica con una lunghezza d'onda maggiore della luce visibile, ma minore delle onde radio. Il nome significa "sotto il rosso" (dal latino infra, "sotto"), perché il rosso è il colore visibile con la frequenza più bassa. La radiazione infrarossa ha una lunghezza d'onda compresa tra 700 nm e 1 mm. Viene spesso associata con i concetti di "calore" e "radiazione termica", poiché gli oggetti a temperatura ambiente o superiore emettono spontaneamente radiazione in questa banda (aumentando la temperatura, il picco si sposta sempre più verso il visibile finché l'oggetto non diviene incandescente).
Il limite inferiore dell'infrarosso veniva spesso definito come 1 mm poiché a questa lunghezza d'onda termina l'ultima delle bande radio classificate (EHF, 30-300 GHz). Ciononostante, la regione da circa 300 µm a 1000 µm era considerata una "terra di nessuno", difficilmente indagabile a causa della mancanza di sensori e soprattutto di sorgenti luminose adatte ad operare in questa banda. Recentemente queste limitazioni tecniche stanno cadendo, dando origine ad una intensa attività di ricerca su questa parte dello spettro elettromagnetico che si preferisce ormai definire regione della radiazione a terahertz o dei "raggi T".
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[modifica] Classificazioni
Data la vastità dello spettro infrarosso e molteplicità di utilizzi delle radiazioni collocate in vari punti al suo interno, sono state sviluppate diverse classificazioni in ulteriori sottoregioni. Sfortunatamente non esiste un unico standard riconosciuto per queste bande, ma più convenzioni settoriali, nate in differenti campi di ricerca e dell'ingegneria per suddividere le regioni collegate a diverse classi di fenomeni nella branca di volta in volta interessata.
| Nome banda | Limite superiore | Limite inferiore |
|---|---|---|
| Standard DIN/CIE | ||
| IR-A | 700 nm | 1400 nm |
| IR-B | 1,4 µm | 3 µm |
| IR-C | 3 µm | 1000 µm |
| Classificazione astronomica | ||
| vicino | 700 - 1000 nm | 5 µm |
| medio | 5 µm | 25-40 µm |
| lontano | 25-40 µm | 200-350 µm |
| Sistema ingegneristico | ||
| vicino (NIR) | 750 nm | 1400 nm |
| onda corta (SWIR) | 1,4 µm | 3 µm |
| onda media (MWIR) | 3 µm | 8 µm |
| onda lunga (LWIR) | 8 µm | 15 µm |
| lontano (FIR) | 15 µm | 1000 µm |
Un ulteriore sistema pratico, sviluppato nell'ambito dell'industria delle telecomunicazioni, suddivide in bande molto strette la regione del vicino infrarosso interessante per la trasmissione a mezzo fibra ottica
| Nome | Intervallo |
|---|---|
| O (Original) | 1,26 - 1,36 µm |
| E (Extended) | 1,36 - 1,46 µm |
| S (Short) | 1,46 - 1,53 µm |
| C (Conventional) | 1,53 - 1,565 µm |
| L (Long) | 1,565 - 1,625 µm |
| U (Ultra long) | 1,625 - 1,675 µm |
Nelle lunghezze d'onda adiacenti a quelle visibili fino ad un paio di micron, i fenomeni associati sono essenzialmente assimilabili a quelli della luce, anche se la risposta dei materiali alla luce visibile non è per nulla indicativa di quella alla luce infrarossa. Oltre i 2 µm ad esempio il normale vetro è opaco, così come molti gas, cosicché esistono finestre di assorbimento nelle quali l'aria è opaca e pertanto le frequenza che vi ricadono sono assenti dallo spettro solare osservato a terra. Una nuova finestra di trasmissione si apre tra 3 e 5 µm, corrispondente al picco di emissione di corpi molto caldi (la banda utilizzata, ad esempio, dai missili a ricerca termica).
Al contrario, molti materiali che ai nostri occhi appaiono perfettamente opachi, sono più o meno trasparenti a queste lunghezza d'onda. Ad esempio silicio e germanio a queste lunghezze d'onda presentano opacità ridottissime, tanto che vengono usati per fabbricare lenti e fibre ottiche (attenuazioni nell'ordine di 0.2 dB/km per i 1550 nm). Pure molte materie plastiche sintetiche hanno una buona trasparenza a queste radiazioni.
A lunghezze d'onda maggiori si hanno fenomeni via via più simili alle onde radio.
[modifica] Utilizzi
La radiazione infrarossa viene usata in apparecchi di visione notturna, quando non c'è abbastanza luce visibile. I sensori infrarossi convertono la radiazione in arrivo in un'immagine: questa può essere monocromatica (ad esempio, gli oggetti più caldi risulteranno più chiari), oppure può essere usato un sistema di falsi colori per rappresentare le diverse temperature. Questi apparecchi si sono diffusi inizialmente negli eserciti di numerosi Paesi, per poter vedere i loro obiettivi anche al buio.
Tra le applicazioni della radiazione infrarossa è la cosiddetta termografia, evoluzione in campo civile della tecnologia di visione notturna nata per scopi militari.
Il fumo è più trasparente nell'infrarosso rispetto alla luce visibile, perciò i pompieri possono usare apparecchi infrarossi per orientarsi in ambienti pieni di fumo.
Un utilizzo molto comune dell'infrarosso è come mezzo di trasmissione dati: nei telecomandi dei televisori (per evitare interferenze con le onde radio del segnale televisivo), tra computer portatili e fissi, palmari, telefoni cellulari e altri apparecchi elettronici.
Lo standard di trasmissione dati affermato è l'IrDA (Infrared Data Association). Telecomandi e apparecchi IrDA usano diodi emettitori di radiazione infrarossa (comunemente detti LED infrarossi). La radiazione infrarossa da loro emessa viene messa a fuoco da lenti di plastica e modulata, cioè accesa e spenta molto rapidamente, per trasportare dati. Il ricevitore usa un fotodiodo al silicio per convertire la radiazione infrarossa incidente in corrente elettrica. Risponde solo al segnale rapidamente pulsante del trasmettitore, ed è capace di filtrare via segnali infrarossi che cambiano più lentamente come luce in arrivo dal Sole, da altri oggetti caldi, e così via.
Anche la luce usata nelle fibre ottiche è spesso infrarossa.
[modifica] Storia
Nel 1800 il fisico William Herschel pose un termometro a mercurio nello spettro prodotto da un prisma di vetro, per misurare il calore delle differenti bande di luce colorate. Scoprì che il termometro continuava a salire anche dopo essersi mosso oltre il bordo rosso dello spettro, dove non c'era più luce visibile. Fu il primo esperimento che mostrò come il calore poteva trasmettersi grazie ad una forma invisibile di luce.
[modifica] Voci correlate
[modifica] Collegamenti esterni
- (EN) Come trasformare una webcam standard in una telecamera ad infrarossi - Video che mostra come convertire in pochi minuti una normale webcam in una telecamera sensibile agli infrarossi
- (EN) In questa pagina si possono vedere numerose foto che mostrano la differenza tra un oggetto osservato in luce visibile e lo stesso oggetto osservato negli infrarossi.
- (IT) In questa pagina si possono vedere numerose foto realizzate con filtri infrarosso su reflex digitali con sensore CCD oppure CMOS.
- (IT) In questa pagina si può vedere una raccolta di filmati realizzati tramite telecamere a raggi infrarossi.
| Spettro elettromagnetico (Ordinato in base alla frequenza, ordine crescente) Onde radio | Microonde | Radiazione terahertz | Infrarosso | Luce visibile | Ultravioletto | Raggi X | Raggi gamma Spettro radio: ELF | SLF | ULF | VLF | LF | MF | HF | VHF | UHF | SHF | EHF Spettro visibile: Rosso | Arancione | Giallo | Verde | Ciano | Blu | Violetto |
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