Light
26 Dec, 2011
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PDFInfrared
PRESENTATION: Our eyes can’t detect the infrared radiation, but we can observe it with a photographic camera or a video if we focus on the remote control of a video or of an overhead projector.
Infrared Imaging for Inquiry-Based Learning, Charles Xie and Edmund Hazzard, Phys. Teach. 49, 368 (2011)
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El curioso astrónomo William Herschel diseñó un creativo experimento para medir la temperatura de los colores. Primero hizo pasar luz solar por un prisma de cristal, que la descompuso en rojo, anaranjado, amarillo, verde, azul, añil y violeta. Después usó un termómetro de mercurio para medir la temperatura de cada color. En una zona próxima al rojo, donde ya no se veía nada, el termómetro se disparó. Herschel había descubierto la radiación infrarroja.
Los infrorrojos se utilizan en los mandos a distancia para que no interfieran con las ondas de radio ya que poseen una longitud de onda menor, y en las cámaras de visión nocturna cuando la cantidad de luz visible es insuficiente para ver los objetos. Pero además tienen usos terapéuticos, ya que de forma artificial, los rayos infrarrojos son beneficiosos para la salud (de forma natural el sol también produce radiación ultravioleta, la cual no es tan buena). Se utilizan para la relajación muscular, para aumentar la circulación de la zona donde se aplican (favoreciendo el metabolismo y la cicatrización) y sirven como analgésicos de zona doloridas. Más información en el siguiente enlace.
Con la radiación infrarroja se pueden realizar numerosos pequeños experimentos. Este vídeo muestra unos cuantos recursos, que además compagina con usos de este tipo de radiación. Una manera sencilla de detectar la luz infrarroja que emite un mando a distancia es observándolo a través de una cámara digital. Esto se debe a que las cámaras digitales suelen detectar rangos de longitudes de onda más amplios que las del visible, abarcando un rango del infrarrojo variable.
La radiación infrarroja es un tipo de radiación de mayor longitud de onda que la luz visible, por lo que el ojo humano no es capaz de detectarla. Su uso es muy común en los equipos de visión nocturna, en los mandos a distancia o, como ya se dijo, tienen uso terapéutico. Recientemente se está estudiando sobre su uso en la detección precoz y no invasiva del cáncer de mama. Sin embargo no siempre es necesaria la tecnología para detectarla, existen animales se benefician del uso del calor que desprenden los cuerpos como fuente de visión. El caso más conocido es el de las serpientes aunque, a pesar de que se sabe desde hace tiempo, todavía no se conoce exactamente cuál es el mecanismo por el que las señales infrarrojas se convierten en estímulos nerviosos (más información sobre como ‘ven’ las serpientes en este blog). Existen otros animales que poseen esta interesante capacidad, como por ejemplo en algunos peces o mosquitos.
La radiación infrarroja es uno de los muchos tipos de luz que forman el espectro electromagnético. Las longitudes de onda de la luz visible comprenden entre los 4000 y los 7000 A (angstroms) o entre las 0.4 y las 0.7 micras). En cambio, las longitudes de onda de la luz infrarroja comprenden entre las 0.78 y las 10000 milésimas de milímetro. La luz infrarroja fue descubierta en el año 1800 por William Herschel (1738-1822), un astrónomo británico nacido en Alemania. Herschel estaba interesado en aprender cuánto calor pasaba a través de los filtros coloreados con los que observaba el Sol, ya que había notado que la cantidad de calor que transmitían dependía del color. Herschel pensó que los colores en sí podrían filtrar distintas cantidades de calor, por lo que diseñó un experimento muy original para comprobar su hipótesis. Herschel colocó un termómetro de mercurio en el espectro obtenido por un prisma de cristal con el fin de medir el calor emitido por cada color. Descubrió que el calor era más fuerte al lado de la franja roja del espectro, aunque observó que allí no había luz. Esta fue la primera experiencia que demostró que el calor puede transmitirse por una forma invisible de luz. Herschel denominó a esta radiación «rayos calóricos», denominación bastante popular a lo largo del siglo XIX que, finalmente, fue dando paso al más moderno de «radiación infrarroja». La luz infrarroja es una fuerza importante que promueve la salud, produciendo un aumento de glóbulos blancos. Esto es muy bueno porque un mayor número de glóbulos blancos equivale a una mayor inmunidad, una buena salud y una mejor calidad de vida. La lista de los beneficios producidos por la terapia infrarroja es extensa:
• incremento de la flexibilidad en los tejidos de colágeno
• alivio en enfermedades de la piel (incluyendo la celulitis)
• alivio en enfermedades de garganta, nariz y oído
• alivio de la artritis
• alivio de los espasmos musculares
• alivio de la rigidez articular
• alivio de las infiltraciones inflamatorias
• alivio de edemas
• alivio de exudados
• alivio de la hipertensión
• alivio de la arteriosclerosis
• incremento del torrente sanguíneo
• incremento de la circulación sanguínea
• alivio de las enfermedades arteriales
• alivio de las enfermedades coronarias
• tratamientos de belleza generales
• control del peso
Se puede consultar más información en el siguiente link.
La radiación infrarroja también se utiliza como fuente de calefacción en los hogares, ya que a diferencia de la calefacción tradicional, la cual calienta el aire, los radiadores por infrarrojos calientan los objetos directamente (tanto en su interior como en su exterior) sin que haya pérdida de calor por convección. Estos radiadores tienen un efecto similar al que se produce cuando nos ponemos al sol y los rayos infrarrojos procedentes de este nos calientan. En este vídeo se puede observar cómo se calientan antes los objetos usando la calefacción por infrarrojos.
Como ya se ha comentado, el calor que generan los cuerpos humanos en una fuente de radiación infrarroja, y cuanto más caliente está un objeto, más radiación infrarroja emite. El ojo humano sólo detecta radiación electromagnética en el espectro visible, y de ahí la enorme relevancia y aplicabilidad de las cámaras termográficas. Estas cámaras de termografía de infrarrojos constan de un detector de infrarrojos que, por medio de sensores, transforma una imagen infrarroja en una imagen radiométrica, en la que cada píxel corresponde a una medición de temperatura. Nos ofrecen por tanto una imagen de las distintas temperaturas a las que está cada parte de un objeto. Por tanto, pueden representar en el aula de Educación Secundaria una herramienta muy útil para el estudio de multitud de fenómenos en los que hay cambios de temperatura y transmisión de calor: la conducción, conveción, termorregulación humana tras hacer ejercicio, o los distintos mecanismos de termorregulación en animales, entre otros.
Como se ha podido observar en el vídeo, la radiación infrarroja y la luz visible pueden tener diferente comportamiento ante un determinado material. Es posible que la luz visible atraviese el cristal o determinados tipos de plástico, pero no lo haga la radiación infrarroja. Esto es en lo que se basan los invernaderos. Permiten pasar la luz visible, que en contacto con la superficie terrestre se transforma en radiación infrarroja que queda atrapada en el interior, haciendo que aumente la temperatura.
Los ojos de los humanos no alcanzar a ver la radiación electromagnética de longitudes de onda mayores a los 740 nm. Sin embargo, en el reino animal son muchas las especies que aprovechan esta capacidad para ver “más allá”.
Es un experimento que atraerá mucho al alumnado, sobre todo si el que lo aprende tiene hermanos pequeños, así puede lucirse frente a ellos, eso siempre hace que su interés por el experimento sea mayor
O uso de instrumentos de detección infravermella pode dar lugar a, ademais de moitas aplicacións na tecnoloxía, moitas actividades interesantes que nos permitan ver o calor que habitualmente só podemos sentir
La radiación infrarroja es también la que utilizan las cámaras termográficas, gracias a las cuales podemos ver en una imagen diferentes temperaturas.