A radiação infravermelha (IV), ou luz infravermelha, é um tipo de energia radiante invisível aos olhos humanos, mas que podemos sentir como calor.

Uma imagem da Terra em comprimentos de onda infravermelhos mostra as temperaturas relativas ao redor do mundo. A foto inclui uma nuvem de poluição por monóxido de carbono perto do Rim Fire que queimou perto do Parque Nacional de Yosemite, na Califórnia, em 26 de agosto de 2013. Crédito da imagem: NASA / JPL-Caltech / Space Science Institute

Todos os objetos do universo emitem algum nível de radiação IV, mas duas das fontes mais óbvias são o sol e o fogo.

IR é um tipo de radiação eletromagnética, um continuum de frequências produzidas quando os átomos absorvem e então liberam energia. A partir de mais alta para a mais baixa frequência, radiação eletromagnética inclui raios-gama, raios-X, radiação ultravioleta, luz visível, radiação infravermelha, micro-ondas e as ondas de rádio. Juntos, esses tipos de radiação formam o espectro eletromagnético.

O astrônomo britânico William Herschel descobriu a luz infravermelha em 1800, de acordo com a NASA. Em um experimento para medir a diferença de temperatura entre as cores do espectro visível, ele colocou termômetros no caminho da luz dentro de cada cor do espectro visível. Ele observou um aumento na temperatura do azul para vermelho e encontrou uma medição de temperatura ainda mais quente logo além da extremidade vermelha do espectro visível.

Dentro do espectro eletromagnético, as ondas infravermelhas ocorrem em frequências acima das micro-ondas e logo abaixo das da luz vermelha visível, daí o nome "infravermelho". As ondas de radiação infravermelha são mais longas do que as da luz visível, de acordo com o California Institute of Technology (Caltech). As frequências de infravermelho variam de cerca de 300 gigahertz (GHz) a cerca de 400 terahertz (THz), e os comprimentos de onda são estimados em uma faixa entre 1.000 micrômetros (µm) e 760 nanômetros (2,9921 polegadas), embora esses valores não sejam definitivos, de acordo com a NASA.

Semelhante ao espectro de luz visível, que varia do violeta (o menor comprimento de onda da luz visível) ao vermelho (comprimento de onda mais longo), a radiação infravermelha tem sua própria faixa de comprimentos de onda. As ondas "quase infravermelhas" mais curtas, que estão mais próximas da luz visível no espectro eletromagnético, não emitem nenhum calor detectável e são descarregadas de um controle remoto de TV para mudar os canais. As ondas mais longas do "infravermelho distante", que estão mais próximas da seção de micro-ondas no espectro eletromagnético, podem ser sentidas como um calor intenso, como o calor da luz solar ou do fogo, de acordo com a NASA.

A radiação infravermelha é uma das três maneiras pelas quais o calor é transferido de um lugar para outro; as outras duas são a convecção e a condução. Tudo com uma temperatura acima de 5 graus Kelvin (menos 450 graus Fahrenheit ou menos 268 graus Celsius) emite radiação infravermelha. O sol emite metade de sua energia total como infravermelho, e grande parte da luz visível da estrela é absorvida e reemitida como infravermelho, de acordo com a Universidade do Tennessee.

Usos domésticos

Eletrodomésticos, como lâmpadas de calor e torradeiras, usam radiação IV para transmitir calor, assim como aquecedores industriais, como aqueles usados para secar e curar materiais. Lâmpadas incandescentes convertem apenas cerca de 10 por cento de sua entrada de energia elétrica em energia de luz visível, enquanto os outros 90 por cento são convertidos em radiação infravermelha, de acordo com a Agência de Proteção Ambiental.

Os lasers infravermelhos podem ser usados para comunicações ponto a ponto em distâncias de algumas centenas de metros ou jardas. Os controles remotos da TV que dependem da radiação infravermelha disparam pulsos de energia infravermelha de um diodo emissor de luz (LED) para um receptor infravermelho na TV, de acordo com a How Stuff Works. O receptor converte os pulsos de luz em sinais elétricos que instruem um microprocessador a executar o comando programado.

Sensor infravermelho

Uma das aplicações mais úteis do espectro infravermelho é em sensoriamento e detecção. Todos os objetos na Terra emitem radiação IV na forma de calor. Isso pode ser detectado por sensores eletrônicos, como os usados em óculos de visão noturna e câmeras infravermelhas.

Um exemplo simples de tal sensor é o bolômetro, que consiste em um telescópio com um resistor sensível à temperatura, ou termístor, em seu ponto focal, de acordo com a Universidade da Califórnia, Berkeley (UCB). Se um corpo quente entrar no campo de visão deste instrumento, o calor causará uma mudança detectável na voltagem através do termístor.

As câmeras de visão noturna usam uma versão mais sofisticada de um bolômetro. Essas câmeras geralmente contêm chips de imagem de dispositivo de carga acoplada (CCD) que são sensíveis à luz infravermelha. A imagem formada pelo CCD pode então ser reproduzida em luz visível. Esses sistemas podem ser pequenos o suficiente para serem usados em dispositivos portáteis ou óculos de visão noturna vestíveis. As câmeras também podem ser usadas para miras de armas com ou sem a adição de um laser infravermelho para mira.

A espectroscopia de infravermelho mede as emissões de infravermelho de materiais em comprimentos de onda específicos. O espectro de IV de uma substância mostrará quedas e picos característicos à medida que os fótons (partículas de luz) são absorvidos ou emitidos pelos elétrons nas moléculas à medida que os elétrons fazem a transição entre as órbitas, ou níveis de energia. Essa informação espectroscópica pode então ser usada para identificar substâncias e monitorar reações químicas.

De acordo com Robert Mayanovic, professor de física da Missouri State University, a espectroscopia de infravermelho, tal como a transformada de Fourier (FTIR), é altamente útil para inúmeras aplicações científicas. Isso inclui o estudo de sistemas moleculares e materiais 2D, como o grafeno.

Astronomia infravermelha

O Caltech descreve a astronomia infravermelha como "a detecção e o estudo da radiação infravermelha (energia térmica) emitida por objetos no universo." Os avanços nos sistemas de imagem IR CCD permitiram a observação detalhada da distribuição de fontes IR no espaço, revelando estruturas complexas em nebulosas, galáxias e a estrutura em grande escala do universo.

Uma das vantagens da observação de infravermelho é que ela pode detectar objetos muito frios para emitir luz visível. Isso levou à descoberta de objetos até então desconhecidos, incluindo cometas, asteroides e nuvens de poeira interestelar que parecem prevalecer em toda a galáxia.

A astronomia IR é particularmente útil para observar moléculas frias de gás e para determinar a composição química das partículas de poeira no meio interestelar, disse Robert Patterson, professor de astronomia da Missouri State University. Essas observações são conduzidas usando detectores CCD especializados que são sensíveis a fótons infravermelhos.

Outra vantagem da radiação IV é que seu comprimento de onda mais longo significa que ela não espalha tanto quanto a luz visível, de acordo com a NASA. Enquanto a luz visível pode ser absorvida ou refletida por gás e partículas de poeira, as ondas de IV mais longas simplesmente contornam essas pequenas obstruções. Por causa dessa propriedade, o infravermelho pode ser usado para observar objetos cuja luz é obscurecida por gás e poeira. Esses objetos incluem estrelas em formação recém-formadas embutidas em nebulosas ou no centro da galáxia da Terra.

Recursos adicionais:

• Saiba mais sobre ondas infravermelhas na NASA Science.
• Leia mais sobre infravermelho no Observatório Gemini.
• Assista a este vídeo que descreve a visão infravermelha, da National Geographic.

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Referência: 

LUCAS, Jim. What Is Infrared? Live Science, 27, fev. 2019. Disponível em: <https://www.livescience.com/50260-infrared-radiation.html>. Acesso em: 29, dez. 2021.