Infraroig

De Viquipèdia

Esquema de l'espectre electromagnètic

L'infraroig, radiació infraroja o llum infraroja (IR) és la part de l'espectre electromagnètic amb una longitud d'ona més llarga que la llum visible però més curta que la radiació de microones. El seu nom significa "per sota del vermell", ja que el vermell és el color de la llum visible amb una major longitud d'ona. La radiació infraroja s'estén al llarg de tres ordres de magnitud amb longituds d'ona d'entre 700 nanòmetres i 1 mil·límetre. Tot i que els vertebrats no poden percebre la radiació infraroja en forma de llum, si que la poden percebre com a calor per unes terminacions nervioses especialitzades de la pell conegudes com a termoreceptors.^[1]

[edita] Diferents regions de la radiació infraroja

Els objectes emeten radiació infraroja al llarg de tot l'espectre de longituds d'ona, però atès que habitualment els sensors són dissenyats per detectar la radiació dins d'un interval de longituds d'ona, la banda infraroja s'acostuma a dividir en diverses seccions.

[edita] Esquema de la CIE

La Comissió Internacional d'Il·luminació (normalment coneguda com a CIE a causa del seu nom francès, Commission internationale de l'éclairage) recomana la divisió de la radiació visible en tres bandes espectrals:^[2]

• IR-A: 700 nm–1400 nm
• IR-B: 1400 nm–3000 nm
• IR-C: 3000 nm–1 mm

Una altra divisió en bandes espectrals força habitual és:^[3]

• infraroig proper (NIR o IR-A), 0,75–1,4 µm, definits per l'absorció en aigua i usat habitualment en la comunicació per fibra òptica, gràcies a la poca absorció en vidres de SiO₂.
• infraroig mitjà (MIR):
  • infraroig d'ona curta (SWIR o IR-B), 1,4–3 µm, l'absorció en aigua augmenta considerablement a 1.450 nm
  • infraroig d'ona mitjana (MWIR o IR-C), 3–8 µm
  • infraroig d'ona llarga (LWIR o IR-C), 8–15 µm
• infraroig llunyà (FIR), 15–1.000 µm

[edita] Esquema usat a l'astronomia

A l'astronomia s'acostuma a dividir l'espectre infraroig d'aquesta manera:^[4]

• Proper: de (0.7-1) a 5 µm
• Mitjà: de 5 a (25-40) µm
• Llunyà: de (25-40) a (200-350) µm

Aquestes divisions no són precises i varien en funció del la publicació i són utilitzades per a l'observació de diferents intervals de temperatura a l'espai.

[edita] Esquema de l'infraroig a les telecomunicacions

A les telecomunicacions basades en la utilització de la llum, la part de l'espectre infraroig se subdivideix encara en més bandes espectrals, en funció de la resposta de detectors, amplificadors, fonts i fibres òptiques:^[5]

La banda C és la predominant a les xarxes de telecomunicació de llarga distància. Les bandes S i L es basen en tecnologies poc desenvolupades i tenen poca utilització.

[edita] Descobriment

Els infraroigs van ser descoberts a començaments del segle XIX per William Herschel. Herschel va col·locar un termòmetre de mercuri sobre l'espectre solar obtingut per un prisma de cristall, amb la finalitat de mesurar la calor emesa per cada color. Va descobrir que la calor era més forta al costat de l'extrem vermell de l'espectre i va observar que allí no havia llum. Aquesta és la primera experiència que mostra que la calor pot transmetre's per una forma invisible de llum. Els primers detectors de radiació infraroja eren bolòmetres, instruments que captaven la radiació infraroja per l'augment de temperatura produït en un detector.

[edita] Aplicacions

[edita] Termografia

Imatge termogràfica d'un gos en la banda infraroja. Les zones més brillants corresponen zones més calentes del cos.

La radiació infraroja està associada sovint a la calor, ja que els objectes a temperatura ambient o superior emeten radiació principalment concentrada en la banda de l'infraroig mitjà. Això permet utilitzar els infraroigs per determinar la temperatura d'objectes a distància (si se'n coneix l'emissivitat). Aquesta tècnica s'anomena termografia o, en el cas d'objectes molt calents, pirometria. La termografia s'utilitza bàsicament en aplicacions industrials i militars.

Les càmeres tèrmiques detecten la radiació infraroja entre els 900 i els 14.000 nm de l'espectre electromagnètic (0,9 a 15 µm) i produeixen imatges. Atès que la radiació infraroja és emesa per tots els objectes en funció de la seva temperatura, d'acord amb la llei de la radiació d'un cos negre, la termografia fa possible “veure” l'entorn amb o sense il·luminació visible. La quantitat de radiació que emet un objecte s'incrementa amb la temperatura, per tant, la termografia permet veure la variació de la temperatura dels cossos, d'aquí el seu nom.

[edita] Visió nocturna

Els infraroigs també s'utilitzen en els equips de visió nocturna quan la quantitat de llum visible és insuficient per veure els objectes: la radiació es rep i després es reflecteix en una pantalla; els objectes més calents es converteixen en els més lluminosos.

[edita] Comunicacions

Un ús molt comú és el que fan els comandaments a distància, que generalment utilitzen els infraroigs en comptes d'ones de ràdio ja que així no interfereixen amb altres senyals electromagnètics com els senyals de televisió. Els infraroigs també s'utilitzen per a comunicar a curta distancia els ordinadors amb els seus perifèrics (els aparells que utilitzen aquest tipus de comunicació compleixen generalment un estàndard publicat per la Infrared Data Association.

[edita] Escalfament

La radicació infraroja pot ser utilitzada com una font de calor. Les seves aplicacions en aquest camp van des de la calefacció domèstica fins a sistemes per treure el glaç de les ales dels avions, passant per escalfadors especials per a tractaments de fisioteràpia o els escalfadors d'aliments. També hi ha aplicacions en el camp de la indústria: formació de plàstics, tancament de contenidors plàstics, soldadura de plàstics, ...etc.

[edita] Meteorologia

Fotografia d'Europa a la banda infraroja presa pel Meteosat el 29 de febrer del 2008.

Els satèl·lits meteorològics són equipats amb escànners que treballen a la banda infraroja que permeten obtenir imatges que permeten determinar l'espessor i el tipus dels núvols o calcular la temperatura de la superfície de la terra i de l'aigua. Aquests sensors treballen entre els 10,3 i els 12,5 µm.

El núvols alts formats per partícules de glaç com els cirrus o el núvols de gran desenvolupament vertical com els cumulonimbus es mostren en un color blanc brillant, per contra, els núvols baixos més calents com els stratus o els stratocumulus es mostren en gris. La superfície de la terra calenta es mostra com gris fosc o negre. Un dels desavantatges de l'infraroig rau en què els núvols baixos i la boira tenen una temperatura similar a la de la terra o superfícies marina i no es pot diferenciar. Tanmateix utilitzant la diferència de lluminositat del canal IR4 (10,3 a 11,5 µm) i la del canal de l'infraroig proper (1,58 a 1,64 µm) es poden diferenciar els núvols baixos produint una “boira” a la imatge. El gran avantatges de l'infraroig és que les imatges es poden obtenir també durant la nit, el que permet disposar d'una seqüència contínua de l'evolució del temps.

[edita] Climatologia

En el camp de la climatologia es monitoritza la radiació infraroja per detectar tendències a l'intercanvi d'energia entre la Terra i l'atmosfera. Aquestes tendències aporten informació sobre els canvis a llarg termini del clima terrestre. Aquest és, juntament amb la radiació solar, un dels principals paràmetres estudiats a la recerca de l'escalfament global.

Els investigadors utilitzen un aparell anomenat pirogeòmetre per a mesurar de manera continuada la irradiància terrestre, es tracta d'un radiòmetre que treballa a la banda infraroja, aproximadament entre els 4,5 i els 50 µm.

[edita] Efectes biològics

La radiació IR es divideix, d'acord als seus efectes biològics i de manera arbitrària, en tres categories o tipus: la radiació infraroja curta (0,8 a 1,5 µm), la mitjana (1,5 a 5,6 µm) i la llarga ( 5,6 a 1000 µm). Els primers treballs amb els diferents tipus de radiació d'infrarojos, informaven de les diferents formes de l'acció biològica dels tres tipus de radiació (curta, mitjana i llarga).^[6] Es creia que la radiació curta penetrava profundament en la pell sense causar un augment important de la temperatura de la superfície del teixit epitelial, mentre que la majoria de l'energia de la radiació infraroja mitjana i llarga era absorbida per la capa superior de la pell i sovint causava efectes tèrmics perjudicials, com ara cremades o sensació de cremor. Però alguns anys més tard, es va presentar una nova visió de l'infraroig mitjà i llarg demostrant que totes les bandes de radiació produeixen efectes biològics de regeneració cel·lular.^[7][8][9]

Estudis in vitro amb radiació infraroja curta sobre les cèl·lules humanes,endotelials i queratinòcits, han demostrat un augment de la producció de TGF-β1 (factor de creixement transformant-β1) després d'una única irradiació (36-108 J/cm²) i de manera depenent del temps per al contingut de MMP-2 (metal·loproteïnases de matriu-2), sent aquest últim tant a nivell proteic com transcripcional. Aquestes dues proteïnes estan implicades en la fase de remodelació de la reparació de les lesions. I aquests efectes van ser considerats de naturalesa atèrmica perquè els models utilitzats com a control tèrmic no van mostrar un augment en la seva expressió proteica.^[1]

Els experiments amb ratolins diabètics han demostrat una acceleració de la velocitat de tancament d'una ferida amb tractaments diaris de radiació infraroja curta, en comparació amb els grups de control, amb un augment de la temperatura d'aproximadament 3,6 °C després de 30 minuts d'exposició.^[1]

La utilització de LEDs (díodes emissors de llum) de llum infraroja curta va demostrar la reversió dels efectes de la tetradotoxina (TTX), un bloquejador dels canals de sodi de les cèl·lules, i per tant un bloquejador de l'impuls nerviós, així com la reducció dels danys a la retina causats per l'exposició al metanol en els ratolins.^[10][11]

Els experiments amb la radiació infraroja llarga han demostrar una inhibició del creixement tumoral en els ratolins i una millora de la crosta de les ferides.^[12] També s'ha demostrar un increment del procés de regeneració en els ratolins sense augment de la circulació sanguínia durant els períodes d'irradiació ni augment en la temperatura de l'epiteli. Altres dades indiquen un augment de la infiltració de fibroblasts en el teixit subcutani en ratolins tractats amb radiació infraroja llarga, en comparació amb els animals de control, i una major regeneració del col·lagen a la regió lesionada, així com l'expressió de TGF-β1. De la mateixa manera, la radiació IR fou capaç de provocar un augment de l'angiogènesi en el lloc de la lesió i augmentar la resistència a la tracció de l'epiteli en regeneració.^[13][14][15]

Els làsers de baixa potència, amb una longitud d'ona compresa entre 630 i 890 nm, com els d'heli-neó i argó han demostrat, in vivo, l'activació d'una àmplia gamma de processos de guarició de ferides, com ara la síntesi de el col·lagen, la proliferació cel·lular^[16] o la motilitat dels queratinòcits.^[17]

Encara que existeixen diferències entre les fonts de radiació infraroja, el làser és un feix coherent de llum d'una longitud d'ona específica mentre que les làmpades proporcionen una llum incoherent i no polaritzada, els seus efectes bioestimulatoris són els mateixos en el cas de la radiació infraroja curta.^[1] Contràriament a la idea inicial que la radiació infraroja llarga té efectes nocius, actualment es creu que la seva forma d'acció bioestimulatòria és similar a la dels làsers de baixa potència i a la radiació infraroja curta.^[18]

Els experiments amb LEDs infrarojos, que funcionen gairebé sense generar calor, porten a creure que més enllà de l'efecte de regeneració causat per la calor hi ha un efecte bioestimulatori regeneratiu de naturalesa no tèrmica. No obstant això, aquest procés encara no és ben conegut.^[19]

La premissa bàsica és que la radiació electromagnètica de longituds d'ona llargues estimulen el [metabolisme]] energètic de les cèl·lules i la producció d'energia. Hi ha tres molècules de fotoreceptores de la radiació infraroja en els mamífers, conegudes per absorbir les longituds d'ona de l'infrarig curt: l'hemoglobina, la mioglobina i la citocrom c oxidasa. D'entre les molècules fotoreceptores, es creu que els cromòfors mitocondrials són els responsables de la captació del 50% de la radiació infraroja curta per mitjà de la citocrom c oxidasa.^{[20] [19][21]}

[edita] Referències

[edita] Vegeu també

[edita] Enllaços externs

• Una perspectiva històrica dels rajos infrarojos (anglès)

...