Infrarotstrahlung

Infrarotstrahlung bildet das Gegenstück zur UV-Strahlung und schließt sich im Spektrum am roten Ende des sichtbaren Bereichs an. Man unterschiedet genauso wie bei der UV-Strahlung drei Bereiche, die mit A, B und C bezeichnet werden.

• IR-A: 700 nm / 780 nm – 1'400 nm
  Die Grenze zum sichtbaren Licht wird oft entweder bei 700 nm oder 780 nm gezogen. Die CIE berücksichtigt Licht bis 780 nm in ihrer Definition für die Photometrischen Eigenschaften des Lichts (Farbtemperatur, Farbwiedergabe etc.). 700 nm wird sowohl wegen der runden Zahl als auch wegen der Eindringtiefe in die menschliche Haut genutzt. Infrarot-A-Strahlung kann als tiefer als einige Millimeter in den menschlichen Körper eindringen. Grund hierfür ist die geringe Absorption von Infrarot-A-Strahlung in Wasser.
• IR-B: 1'400 nm – 3'000 nm (1,4 µm – 3 µm)
  Ab 1400 nm steigt die Absorption in Wasser deutlich an.
• IR-C: 3'000 nm – 1'000'000 nm (3 µm – 1000 µm)
  Ab 3000 nm sind Gläser, auch Quarzglas, das beispielsweise für Linsen eingesetzt wird, nicht mehr transparent.

Entdeckt wurde die Infrarotstrahlung 1800 von Friedrich Wilhelm Herschel

(Lovell 1968). Er arbeitete seit Jahren an der Erforschung des Sternenhimmels und wollte die Sonne durch ein Teleskop betrachten. Dazu musst er die Sonne abschwächen, um seine Augen nicht zu gefährden. Er versuchte verschiedene farbige Gläser zu kombinieren und merkte dabei, dass das Licht hinter den Gläsern manchmal wärmer und manchmal kühler war. So kam er auf die Frage, ob Licht unterschiedlicher Farben eine unterschiedliche Wärme transportiert. Um das herauszufinden, spaltete er Sonnenlicht mit einem Prisma ein seine Regenbogenfarben auf und bestimmte mit einem Thermometer die Temperatur der einzelnen Farben. Er stellte fest, dass die Temperatur im blauen Teil am geringsten ist und zum roten Spektralbereich hin immer stärker ansteigt. Als er anschließend das Thermometer über den roten Bereich hinaus bewegte, konnte er auch dort eine höhere Temperatur als Zimmertemperatur messen.

Es handelt sich um ein sehr einfaches und anschauliches Experiment das man auch leicht mit Kindern durchführen kann. Es gibt dazu verschiedene Anleitungen im Internet, z.B. diese englischsprachige Anleitung des CalTech.

In nachfolgenden Versuchen fand er heraus, dass sich diese unsichtbare Strahlung genauso wie sichtbares Licht durch Linsen und Spiegel beeinflussen lässt, Glasplatten durchdringt und von Papier absorbiert wird. Er nannte diese unsichtbare Strahlung „Kalorische Strahlen“ vom lateinischen Wort calor für Wärme.

Der Anstieg der Temperatur von blauen zum infraroten Teil des Spektrums, den Herschel gesehen hat, hat nichts damit zu tun, dass rotes Licht generell mehr Wärme transportieren würde als blaues Licht. Was Herschel hier gesehen hat, ist allein die Form des Sonnenspektrums, die von einem Prisma erzeugt wird. Die Spektren, die wir heute gewohnt sind, tragen die Bestrahlungsstärke über die Wellenlänge des Lichts auf. Ein Prisma zerlegt das Licht aber nicht proportional zur Wellenlänge sondern ungefähr proportional zur Frequenz. In diesem Fall steigt die Bestrahlungsstärke vom blauen zum infraroten Bereich fast linear an.

Wie das Experiment von Herschel bereits zeigt, transportiert nicht nur die Infrarotstrahlung Wärme sondern auch das sichtbare Licht. Grundsätzlich transportiert jede Form von elektromagnetischer Strahlung Wärme, egal ob es sich um UV-Strahlung, sichtbares Licht oder Infrarotstrahlung handelt. ⇒ Wärmestrahlung

Lovell, D. J. (1968). Herschel's dilemma in the interpretation of thermal radiation. Isis, 59(1), pp. 46–60.