Infrapunakiirgus (IR) või infrapunavalgus on selline kiirgusenergia tüüp, mis pole inimese silmadele nähtav, kuid mida võime tunda soojusena. Kõik universumi objektid kiirgavad teataval määral IR-kiirgust, kuid kaks kõige ilmsemat allikat on päike ja tuli.
IR on elektromagnetilise kiirguse tüüp, sageduste pidevus, mis tekib, kui aatomid neelavad ja vabastavad seejärel energiat. Alates kõrgeimast kuni madalaima sageduseni hõlmab elektromagnetiline kiirgus gammakiiri, röntgenikiirgust, ultraviolettkiirgust, nähtavat valgust, infrapunakiirgust, mikrolaineid ja raadiolaineid. Seda tüüpi kiirgus koos moodustab elektromagnetilise spektri.
Briti astronoom William Herschel avastas NASA andmetel infrapunavalguse 1800. aastal. Nähtavas spektris värvide vahelise temperatuuri erinevuse mõõtmise katses asetas ta termomeetrid valguse teele nähtava spektri iga värvi piires. Ta täheldas temperatuuri tõusu sinisest punaseks ja ta leidis veelgi sooja temperatuuri mõõtmise nähtava spektri punasest otsast kaugemale.
Elektromagnetilise spektri piires esinevad infrapunalained sagedustel, mis on suuremad kui mikrolainete sagedustel ja veidi allpool punase nähtava valguse sagedusi, sellest ka nimetus "infrapuna". California tehnoloogiainstituudi (Caltech) andmetel on infrapunakiirguse lained pikemad kui nähtava valguse lained. IR-sagedused jäävad vahemikku umbes 3 gigahertsi (GHz) kuni umbes 400 terahertsi (THz) ja lainepikkuste vahemikuks on hinnanguliselt vahemikus 1000 mikromeetrit (μm) kuni 760 nanomeetrit (2.9921 tolli), ehkki need väärtused pole NASA andmetel lõplikud.
Sarnaselt nähtava valguse spektriga, mis ulatub violetsest (lühim nähtava valguse lainepikkus) punaseni (pikim lainepikkus), on ka infrapunakiirgusel oma lainepikkuste vahemik. Lühemad infrapunakiirguse lained, mis on elektromagnetilise spektri nähtavale valgusele lähemal, ei eralda tuvastatavat soojust ja just need eraldatakse teleri puldist kanalite vahetamiseks. NASA andmetel võib pikemaid "kauge infrapuna" laineid, mis on elektromagnetilise spektri mikrolainesektsioonile lähemal, tunda intensiivse kuumusena, näiteks päikesekiirguse või tulekahju soojus.
IR-kiirgus on üks kolmest viisist, kuidas soojus kandub ühest kohast teise, ülejäänud kaks on konvektsioon ja juhtivus. Kõik, mille temperatuur on üle 5 kraadi Kelvini (miinus 450 kraadi Fahrenheiti või miinus 268 kraadi Celsiuse järgi), kiirgab IR-kiirgust. Tennessee ülikooli andmetel eraldab päike infrapunakiirgusena kogu oma koguenergiast ning suur osa tähe nähtavast valgusest neeldub ja eraldub taas IR-na.
Kodumajapidamises kasutamiseks
Kodumasinad, näiteks soojuslambid ja rösterid, kasutavad soojuse edastamiseks infrapunakiirgust, nagu ka tööstuslikud küttekehad, näiteks sellised, mida kasutatakse materjalide kuivatamiseks ja kõvendamiseks. Keskkonnakaitseagentuuri andmetel muundatakse hõõglambid nähtava valguse energiaks vaid umbes 10 protsenti nende elektrienergiast, ülejäänud 90 protsenti aga infrapunakiirguseks.
Infrapunalaserit saab kasutada punktist punkti edastamiseks mõnesaja meetri või jardi kaugusel. Infrapunakiirgusele toetuvad teleri kaugjuhtimispuldid lasevad How Stuff Worksi andmetel infrapunakiirguse impulsse valgusdioodilt (LED) teleri IR-vastuvõtjasse. Vastuvõtja teisendab valgusimpulsid elektrilisteks signaalideks, mis juhendavad mikroprotsessorit programmeeritud käsu täitmiseks.
Infrapuna tundmine
IR-spektri üks kasulikumaid rakendusi on tuvastamine ja tuvastamine. Kõik Maa objektid eraldavad IR-kiirgust soojuse kujul. Seda saab tuvastada elektrooniliste andurite abil, näiteks sellistega, mida kasutatakse öösel nägemise prillides ja infrapunakaamerate puhul.
Sellise anduri lihtsaks näiteks on bolomeeter, mis koosneb Californias Berkeley (UCB) ülikooli andmetel temperatuuritundliku takistiga või termistorist selle fookuspunktis. Kui selle keha vaatevälja tuleb soe keha, põhjustab soojus termistori pinge tuvastatavat muutust.
Öise nägemise kaamerad kasutavad bolomeetri keerukamat versiooni. Need kaamerad sisaldavad tavaliselt IR-valguse suhtes tundlike laenguga ühendatud seadme (CCD) kujutisekiipasid. Seejärel saab CCD moodustatud pildi taasesitatavas valguses. Neid süsteeme saab teha piisavalt väikesteks, et neid saaks kasutada käeshoitavates seadmetes või kantavates öövaatlusprillides. Kaamerasid saab kasutada ka püsside sihtimiseks koos IR-laseriga või ilma selle sihtimiseta.
Infrapunaspektroskoopia mõõdab materjalide infrapunakiirgust kindla lainepikkusega. Aine IR-spekter näitab iseloomulikke langusi ja piike, kuna elektronid neelavad või kiirgavad footoneid (valguse osakesed) molekulides, elektronide liikudes orbiitide vahel või energiataset. Seda spektroskoopilist teavet saab seejärel kasutada ainete tuvastamiseks ja keemiliste reaktsioonide jälgimiseks.
Missouri Riikliku Ülikooli füüsikaprofessori Robert Mayanovici sõnul on infrapunaspektroskoopia, näiteks Fourieri teisendusega infrapunaspektroskoopia (FTIR), paljudes teaduslikes rakendustes väga kasulik. Nende hulka kuuluvad molekulaarsüsteemide ja 2D materjalide, näiteks grafeeni, uurimine.
Infrapuna-astronoomia
Caltech kirjeldab infrapuna-astronoomiat kui "universumi objektidest kiirgava infrapunakiirguse (soojusenergia) avastamist ja uurimist". IR CCD-pildisüsteemide areng on võimaldanud IR-allikate jaotust kosmoses üksikasjalikult jälgida, paljastades udude, galaktikate keerukaid struktuure ja universumi suuremahulist struktuuri.
IR-vaatluse üks eeliseid on see, et see suudab tuvastada objekte, mis on nähtava valguse eraldamiseks liiga lahedad. See on viinud varem tundmatute objektide, sealhulgas komeetide, asteroidide ja tarkade tähtedevaheliste tolmupilvede avastamiseni, mis tunduvad olevat levinud kogu galaktikas.
IR-astronoomia on eriti kasulik külmade gaasimolekulide vaatlemiseks ja tähtedevahelises keskkonnas olevate tolmuosakeste keemilise koostise määramiseks, ütles Missouri osariigi ülikooli astronoomiaprofessor Robert Patterson. Need vaatlused viiakse läbi spetsiaalsete CCD detektorite abil, mis on tundlikud IR-footonite suhtes.
IR-kiirguse teine eelis on see, et selle pikem lainepikkus tähendab, et see ei hajuta NASA andmetel nii palju kui nähtav valgus. Kui nähtavat valgust võivad neelata või peegeldada gaasi- ja tolmuosakesed, siis pikemad IR-lained käivad lihtsalt nende väikeste takistuste ümber. Selle omaduse tõttu saab IR-d kasutada objektide vaatlemiseks, mille valgust varjavad gaasid ja tolm. Selliste objektide hulka kuuluvad äsja moodustuvad tähed, mis on ümbritsetud udujooksude või Maa galaktika keskpunktiga.
Seda artiklit värskendas 27. veebruaril 2019 Live Science'i kaastöötaja Traci Pedersen.
