Infrapunasäteily

Infrapunasäteily on sähkömagneettista säteilyä, jonka aallonpituus on suurempi kuin näkyvän valon mutta pienempi kuin mikroaaltojen. Infrapunasäteilyn aallonpituus on siis väliltä 700 nm – 1 mm.^[4]

Termaalialueen hyperspektraalikameralla tehty mittaus. Samoin kuin tavallisen lämpökameran kuvassa, kirkkaus on riippuvainen kohteen lämpötilasta. Hyperspekraalikuvan jokainen kuvapiste sisältää kuitenkin kullekin materiaalille ominaisen spektrin. Näin ollen kuvassa näkyvät kohteet voidaan tunnistaa myös niiden kemiallisen rakenteen perusteella, myös samanlämpöiset kohteet. Kuvassa näkyvät nuolet osoittavat eri materiaalien spektrin, esimerkiksi rannekellon lasin spektri on hyvin karakteristinen. Kuva on otettu helmikuussa 2011 ulkolämpötilan ollessa −15 °C.^[1] Koska mittaus tapahtuu termaalialueella, 8-12µm, mittaus voidaan tehdä pimeässä yössä ilman auringonpaistetta tai kuutamoa.^[2] Yhdysvaltain erikoisjoukkojen käyttämä hyperspektraaliteknologia sai erityistä huomiota Osama bin Ladenin kiinnioton yhteydessä toukokuussa 2011.^[3]

Auringosta Maan ilmakehään saapuvasta lyhytaaltoisesta säteilystä yli puolet on infrapunasäteilyä (53 prosenttia kokonaisenergiasta). Ultraviolettisäteilyä on 8 prosenttia ja näkyvää valoa 39 prosenttia.

Lämpösäteily on suurimmaksi osaksi infrapunasäteilyä, joskin tarpeeksi korkeissa lämpötiloissa kappaleet säteilevät myös näkyvää valoa. Kaikki kappaleet säteilevät infrapuna-alueella sitä voimakkaammin, mitä lämpimämpiä ne ovat. Takka, keittolevy, Aurinko ja muut kuumat kappaleet ovat voimakkaita infrapunalähteitä.

Historia

Infrapunasäteilyn löysi tähtitieteilijä William Herschel vuonna 1800. Hän antoi Auringon valon kulkea prisman läpi, jolloin se hajosi aallonpituuden mukaan spektriksi. Hän piti lämpömittaria spektrin eri kohdissa ja mittasi siten säteilyn tehoa. Mitä punaisempi väri, sitä voimakkaammin valo lämmitti mittaria. Mittari kuumeni näkyvän valon alueen ulkopuolellakin. Tästä voitiin päätellä, että Aurinko säteilee myös ihmissilmälle näkymätöntä valoa.

Infrapunasäteilyn kulkemista ja yhteyttä kappaleen lämpötilaan tutki Wilhelm Wien (”Wienin siirtymälaki”), joka sai asiasta Nobelin fysiikanpalkinnon vuonna 1911.

Sovelluksia

Jokaisella molekyylillä on sille ominainen infrapunaspektri, jota kutsutaan spektraaliseksi sormenjäljeksi. Aineen kemiallinen koostumus voidaan määrittää infrapunaspektroskopian keinoin. Infrapunaspektroskopia on hyvin tärkeä analyyttisen kemian teknologia.

CD-soittimissa CD-levyn alapintaa lukee lasersäde, joka on silmälle näkymättömällä infrapuna-alueella. Samanlaista tekniikkaa käytetään myös tietokoneiden CD-ROM-asemissa. Suljetun rakenteen ansiosta lasersäde ei pääse laitteista ulos, ja siten nämä laitteet luokitellaan vaarattomiksi. Laitteissa käytettävät laserit voivat periaatteessa olla haitallisia silmälle, mutta säteen saaminen silmään vaatii suurta teknistä taitoa.

Erilaisten viihde-elektroniikkalaitteiden kaukosäätimet lähettävät infrapunasäteilypulsseja, joilla ohjataan laitteiden toimintoja. Säteilylähteenä on infrapunadiodi, jonka teho on niin pieni ja säteilykeila niin leveä, ettei säteily missään tilanteessa aiheuta silmävaurioita.

Esimerkiksi kadonneiden ihmisten etsimiseen helikopterista käsin, sotilaallisissa tähtäin- ja maalinetsinlaitteissa, talojen lämpövuodon määrityksessä jne. käytetään infrapunasäteilyn mittaamista.

Paperiteollisuudessa infrapunaa käytetään paperin ja sen päälle levitettävän päällysteen kuivaamiseen. Autoteollisuudessa sillä voidaan lyhentää maalin kuivumisaikaa huomattavasti. Elintarviketeollisuudessa infrapunaa käytetään erilaisissa uuneissa muun muassa tuotteiden kypsennykseen sekä pintapastörointiin. Kemian laboratorioissa sitä käytetään muun muassa infrapunaspektrometriassa. Sään havaitsemisessa käytetään infrapunaa mm. erilaisissa näkyvyysmittareissa ja pilvenkorkeusmittareissa.

Infrapunaa käytetään lämmittämiseen myös ulkotiloissa, koska lämpöenergia siirtyy lämmitettävän kohteen pintaan säteilyn kautta. Ympäröivän ilman lämmittämistä ei tällöin tarvita (esimerkiksi terassi- ja katsomolämmittimet).

Useimmat digitaalikamerat havaitsevat infrapunasäteilyä; jos sopivalla kameralla kuvaa esimerkiksi TV-kaukosäädintä sen lähettäessä infrapunasignaaleja, näkyy infrapunavalo kameran digitaalisessa etsimessä sinertävänä valona.