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Grundwissen

Infrarot

Das Wichtigste auf einen Blick

  • Größenordnung der Wellenlänge: zwischen \(1\,{\rm mm}\) und \(780\,{\rm nm}\)
  • Größenordnung der Frequenz: von \(300\,{\rm GHz}\) bis \(385\,{\rm THz}\)
  • Anwendungen: Fernbedienungen, Temperaturmessung, Vegetationsbestimmung

 

Abb. 1. Einordnung von Infrarotstrahlung ins elektromagnetische Spektrum.

 

Infrarotwellen haben Wellenlängen im Bereich von einer Stecknadelkopfgröße bis zum sichtbaren Rot 700\(\,\)nm, also etwa der Größe einer Zelle.Man unterscheidet zwischen Infrarotstrahlung nahe am sichtbaren Bereich des Spektrums und ferner Infrarotstrahlung.

 

Joachim Herz Stiftung Ingolf Sauer
Abb. 2. Fernbedienung mit Infrarot-LED.

Die ferne Infrarotstrahlung kennt jeder als die Wärmestrahlung, wie sie von einem Lagerfeuer, einem Wärmestrahler, erhitztem Asphalt oder einem Kachelofen ausgeht. In unserer Haut befinden sich temperaturempfindlichen Nervenzellen, die zwischen von außen eingestrahlter Wärme und im Körper erzeugter Wärme unterscheiden können. Auch zur Erwärmung von Speisen findet Infrarotstrahlung aus speziellen Lampen Anwendung.

Das nahe Infrarotlicht, das nicht so stark erwärmt, wird bei der Fernbedienung von Fernsehern und Videorekordern verwendet (Abbildung 2).

 

Abb. 3. Infrarotaufnahme eines Menschen. Warum sind die Augen auf diesem Bild so viel kälter als der Rest des Gesichts?

Jeder Körper, der eine Temperatur besitzt, strahlt eine für diese Temperatur charakteristischen Infrarotstrahlung ab. Selbst Körper, wie Eisklumpen, die wir als kalt empfinden strahlen Infrarot mit einer für diese Temperatur charakteristischen Wellenlänge ab. Der menschliche Körper strahlt bei ca. 32 Grad Celsius Hauttemperatur Wärmestrahlung im Bereich von etwa 10 Mikrometern Wellenlänge ab. Daher kann man über die Messung der Infrarotstrahlung kontaktlos die Körpertemperatur messen.

 

Abb. 4. Infrarotaufnahme eines Hauses. Wo geht hier Wärme aus dem Innenraum an die Umgebung verloren?

Um Wärmebildaufnahmen zu erstellen, verwendet man Kameras mit Detektoren, die Temperaturstrahlungen sehr fein differenzieren können. Diese werden dann durch unterschiedliche Helligkeiten oder unterschiedliche Farbgebung so getönt, dass man sie interpretieren kann. Solche Bilder werden zum Beispiel genutzt, um bei Häusern die Wärmedämmung zu untersuchen und Wärmebrücken aufzuspüren (Abbildung 4).

 

CC-BY-SA 2.5, via Wikimedia Commons Friedrich Böhringer
Abb. 5. Grubenorgane einer Klapperschlange (schwarze, kreisrunde Löcher zwischen Auge und Nasenloch).

Einige Schlangen besitzen ein eigenes Sinnesorgan zur Wahrnehmung von Infrarotstrahlung, das sogenannte Grubenorgan zwischen Auge und Nasenloch (Abbildung 5). Die Grube ist von einer dünnen Membran überspannt, hinter der sich eine luftgefüllte Kammer befindet. In der Membran sitzen Nervenzellen, die Unterschiede von 0,01°C zwischen der Außen- und Luftkammertemperatur wahrnehmen. Durch das Vorhandensein von zwei Grubenorganen kann die Schlange die Richtung des Wärmeabstrahlers orten.

 

NASA
Abb. 6. Infrarotaufnahme einer Kohlenmonoxidwolke über einem gewaltigen Waldbrand in Südamerika.

Einige Satelliten für die Wetter- und Klimaforschung vermessen die Infrarotstrhalung, die von der Erdoberfläche ins Weltall abgetrahlt wird. Da Gase in der Erdatmosphäre wie Kohlenmonoxid, Kohlendioxid oder Wasserdampf diese Strahlung zum Teil absorbieren, lassen sich aus der Messung der Infrarotstrhalung beispielsweise Rückschlüsse auf die Verteilung und Konzentration dieser Gase in der Atmosphäre ziehen. Abbildung 6 zeigt eine Wolke aus Kohlenmonoxid, die durch große Waldbrände im Amzonasgebiet ausgestoßen wurde.

 

NASA/JPL Caltech
Abb. 7. Infrarotaufnahme des von der Erde sichtbaren Himmels.

Abbildung 7 zeigt das Weltall mit den Augen einer Infrarotkamera, wobei die meisten Infrarotstrahler in der Scheibe der Milchstraße erscheinen. Die bändermäßige Struktur ist bedingt durch das Zusammensetzen verschiedener Bilder.