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Foi justamente a emissão de calor que permitiu, há dois séculos, a descoberta da radiação no infravermelho pelo alemão Friedrich W Herchel (1738-1822), também conhecido como Sir Willian Herchel. Quando estudava as cores do espectro solar transmitidas por filtros que permitiam a passagem apenas de uma cor, Herchel notou que cada um dos filtros deixava passar uma quantidade especifica de calor. Realizou então um experimento simples para medir a “temperatura” das diferentes cores do espectro, verificando que ela diminuía do vermelho para o violeta. Diante disso, decidiu verificar a temperatura da região do espectro imediatamente antes do vermelho e notou, surpreso que ela era maior que a registrada nessa cor.

O cientista deduziu que esse fenômeno devia estar associado a uma forma de radiação invisível, que transmitia calor, e deu a ela o nome de raios caloríficos. Para investigar a natureza dessa nova forma de radiação, fez experiências envolvendo fenômenos da luz visível, como reflexão, refração e transmissão, e verificou que os raios caloríficos tinham, como a luz, natureza ondulatória. Demonstrou assim a existência de uma nova forma de luz, não visível, chamada então de infravermelho. Só meio século depois James Clerk Maxwell (1831-1879) constataria que a luz visível e essa radiação eram apenas uma pequena parte do espectro da radiação eletromagnética.

Radiação invisível

Quando um raio de luz solar incide em um prisma de vidro, forma-se do outro lado uma figura semelhante a um arco-íris, o chamado espectro. Deve-se tal efeito a uma propriedade especial do vidro, que faz com que componentes de menor freqüência da luz visível (como a cor vermelha) sejam menos desviadas que as de maior freqüência (como a cor violeta). De modo geral, o espectro de determinado tipo de radiação corresponde à separação dos diferentes componentes (de freqüência ou de comprimento de onda) dessa radiação. A luz visível é uma “janela” ínfima do espectro da radiação eletromagnética, composta também por ondas de rádio, microondas, infravermelho, ultravioletas, raios X raios gama,….

As ondas longas de rádio têm baixíssimas freqüências, de 3 000 Hz e enormes comprimentos de onda, de 10⁵ m. No outro extremo do espectro, os raios gama têm enormes freqüências, da ordem de 10²¹ Hz, e comprimentos de onda muito pequenos, da ordem de 10^-13 m. Na estreitíssima faixa da luz visível, os comprimentos de onda situam-se entre 4 x 10^-7 m (violeta) a 7 x 10^-7 m (vermelho). No infravermelho, tais comprimentos variam de valores próximos aos do vermelho (infravermelho próximo) até aproximadamente 1 nm (infravermelho distante).

Nossos olhos não vêem a radiação no infravermelho, mas nossa pele detecta. Sentimos o calor de um objeto quente sem o tocar, e essa sensação vem da radiação infravermelho que ele emite. A emissão de infravermelho por um objeto deve-se ao fato de os átomos e moléculas que o constituem estarem em constante vibração, sendo assim capazes de emitir radiação eletromagnética, como em uma antena. A freqüência típica da vibração para os objetos à temperatura ambiente corresponde à do infravermelho. Mesmo os objetos muito frios emitem infravermelho. Quando o material é aquecido a altas temperaturas, aumenta a energia média de agitação térmica de suas moléculas, em conseqüência, também aumenta a freqüência média da onda irradiada pelo material. Com isso o material passa então a emitir radiação na região do vermelho, tornando-se avermelhado aos nossos olhos (um pedaço de metal incandescente).

Impressão digital

Os átomos e moléculas de um material têm maneiras especiais de vibrar, chamadas de modos normais de vibração. Cada modo normal tem uma frequência de vibração bem definida. Como já foi dito, à temperatura ambiente, a frequência dos diferentes modos normais de vibração cai na faixa do infravermelho (médio e distante), o que explica o fato de cada material apresentar um conjunto de frequências de vibração nessa região. Essas frequências formam o chamado espectro infravermelho do material, que, como uma impressão digital, lhe confere individualidade. A espectroscopia no infravermelho, técnica experimental muito usada nos laboratórios de pesquisa, é uma importante ferramenta para caracterizar os diferentes tipos de materiais.

O infravermelho no dia-a-dia

O desenvolvimento de detectores de radiação no infravermelho foi um desafio que envolveu cientistas, militares e industriais, principalmente na segunda metade do século XX. Essa tecnologia gerou grande numero de aplicações para o infravermelho. É possível, usando câmeras de vídeo sensíveis à essa radiação, fazer imagens unicamente devido às diferenças de temperaturas de um determinado corpo ou objeto. Esse tipo de câmera fornece imagens que nossos olhos não são capazes de enxergar e permite a observação de um corpo mesmo em total escuridão.

As imagens no infravermelho são empregadas na medicina para analisar órgãos e tecidos de forma não invasiva e se tornaram importante ferramenta no diagnóstico precoce de doenças. Imagens desse tipo permitem localizar focos de incêndios em florestas e obter informações meteorológicas essenciais, como temperaturas de nuvens e correntes marítimas. Antigas estradas e trilhas usadas por civilizações antigas já desaparecidas, podem também ser detectadas por essas imagens, o que as torna úteis em estudos arqueológicos. Além disso, telescópios astronômicos que operam no infravermelho têm levado a importantes descobertas sobre o universo.

Usamos no dia-a-dia uma série de aplicações do infravermelho. Controles remotos de aparelhos eletrônicos usam essa radiação. O laser de um leitor de CD’s emite radiação nessa faixa. Os caixas de supermercado usam detectores de infravermelho para lerem os códigos de barras dos produtos, assim como os sistemas de alarme que acusam a presença de um individuo em um determinado local. Binóculos e câmeras de infravermelho podem localizar pessoas em completa escuridão. A mesma tecnologia, porém, tem aplicações menos nobres, na industria bélica, como os detectores que corrigem a rota de um míssil durante a perseguição de objetos que emitem calor.

Leia também o post que escrevi sobre o efeito estufa

Esse assunto é tratado no ensino médio em Termologia - Transmissão de calor (irradiação) e também em Ondulatória - Estudo das ondas eletromagnéticas.

Faça você mesmo!

Se você quiser você pode fazer um experimento simples e interessante com uma câmera digital de celular e um controle remoto de TV, por exemplo. Experimente filmar a “lampadazinha” do controle remoto quando você aperta algum botão em uma sala escura. Dá pra ver nitidamente a radiação infravermelha que parte do controle e aciona os comandos na sua TV. Mas a olho nu é impossível ver.

Um abraço e até a próxima