Einführung

Seit ihrer Entdeckung vor über 200 Jahren wird Infrarotstrahlung intensiv erforscht. Das Einsatzgebiet von Infrarotlicht ist weit gespannt und reicht von der Astronomie, chemischen Analytik, Materialbearbeitung, Thermographie bis ins tägliche Leben, wo uns Dinge wie Infrarot-Fernbedienungen, Computer mit Infrarotschnittstellen, Brand- und Bewegungsmelder auf Schritt und Tritt begegnen.

Im folgenden wollen wir versuchen die komplexen physikalischen Vorgänge, die beim Einsatz von keramischen Produkten ablaufen, auf einfache Art zu erläutern. Die Wissenschaftler unter Ihnen mögen uns verzeihen, daß wir an dieser Stelle auf  „Schrödinger Gleichung“, „deBroglie Beziehung“ und andere Begriffe aus der Quantenmechnik verzichten.

Anwendung in der Medizin

Heizlampen strahlen im Infraroten und sind seit langem für medizinische Zwecke im Einsatz.

Wärmestrahlung von Heizstrahlern (keramische Infrarotstrahler mit langewelliger IR-Strahlung, Rotlichtlampen die vorrangig IR emittieren) werden z.B. zur Lockerung der Muskulatur (z.B. vor einer Massage verspannter Muskeln) oder zur örtlichen Behandlung von Entzündungen (Nasennebenhöhlen) eingesetzt.

Weitere Einsatzgebiete der IR-Strahlung umfassen insbesondere die Haut-, Augen- und Zahnheilkunde, sowie die Laserakupunktur als Weiterentwicklung der aus China stammenden Akupunktur mit Nadeln.

Geschichte

Die IR-Strahlung wurde bereits um 1800 vom deutsch-britischen Astronomen Friedrich Wilhelm Herschel bei dem Versuch entdeckt, die Temperatur der verschiedenen Farben des Sonnenlichtes zu messen. Herschel ließ Sonnenlicht durch ein Glasprisma scheinen um ein Spektrum zu erhalten – den „Regenbogen“ der entsteht, wenn Licht in seine verschiedenen Farben zerlegt wird – und maß die Temperatur jeder Farbe. Er benutzte drei Thermometer mit geschwärzten Enden (um die Wärme besser zu absorbieren) und platzierte ein Thermometer in jeden Farb-Bereich, während die anderen beiden neben dem Spektrum lagen und als Kontrollmessung dienten.

Als er die Temperaturen im violetten, blauen, grünen, gelben, orangen und roten Licht maß bemerkte er, dass die Temperatur vom violetten zum roten Teil des Spektrums hin zunahm. Nachdem er dieses Verhalten bemerkte entschied Herschel die Temperatur direkt außerhalb des roten Spektralbereiches in einer Region scheinbar ganz ohne Sonnenlicht zu messen. Zu seiner großen Überraschung sah er, dass diese Region die höchste Temperatur von allen hatte.

Herschel führte weitere Experimente mit den von ihm sogenannten „Kalorischen Strahlen“ durch und entdeckte, dass sie ganz genau wie sichtbares Licht reflektiert, gebrochen, absorbiert und übertragen wurden. Was Sir Wilhelm entdeckt hatte war eine Form von Licht (oder Strahlung) jenseits von rotem Licht.

Diese „Kalorischen Strahlen“ wurden später Infrarotstrahlung genannt (der Präfix „Infra“ bedeutet „unterhalb“). Herschels Experiment war nicht nur deshalb wichtig, weil es zur Entdeckung des Infrarotlichts führte, sondern auch zum ersten Mal eine Form von Licht entdeckt wurde das wir nicht mit unseren Augen sehen können.

Was ist Infrarotstrahlung?

Unsere Augen sind Detektoren, die sichtbares Licht wahrnehmen können. Sichtbares Licht ist eine der wenigen Arten von Strahlung, die unsere Atmosphäre durchdringen und daher bis zur Erdoberfläche vordringen können. Wie wir über die Entdeckung des „Infraroten“ gesehen haben, gibt es Arten von Licht (oder Strahlung), die wir nicht sehen können. In der Tat können wir nur einen sehr kleinen Teil der gesamten Strahlung sehen die wir das elektromagnetische Spektrum nennen.

Das elektromagnetische Spektrum beinhaltet Gammastrahlen, Röntgenstrahlen, ultraviolettes, sichtbares und infrarotes Licht, sowie Mikrowellen und Radiowellen. Der einzige Unterschied zwischen diesen verschiedenen Sorten von Strahlung ist ihre Wellenlänge bzw. ihre Frequenz. Die Wellenlänge steigt und die Frequenz (sowie Energie und Temperatur) sinkt von Gammastrahlung bis hin zu Radiowellen. Außer sichtbarem Licht erreichen noch Radiowellen, sowie etwas Infrarot – und ein sehr kleiner Teil der Ultraviolettstrahlung aus dem Weltraum die Erde. Glücklicherweise
blockt unsere Atmosphäre den Rest ab, von dem vieles sehr gefährlich wenn nicht sogar tödlich für das Leben auf der Erde wäre.

Infrarotstrahlung liegt im elektromagnetischen Spektrum zwischen sichtbarem Licht und Mikrowellen. Sie wird in drei Kategorien aufgeteilt: nahes, mittleres und fernes Infrarot. Nahes Infrarot bezeichnet den Bereich des Infrarot-Spektrums, der dem sichtbaren Licht am nächsten liegt, fernes Infrarot liegtnahe am Frequenzbereich der Mikrowellen.

Benennung Kurzzeichen Wellenlänge in nm
Nahes Infrarot NIR IR-A 780 – 1.400
NIR IR-B 1.400 – 3.000
Mittleres Infrarot MIR IR-C 3.000 – 50.000
Fernes Infrarot FIR IR-C 50.000 – 1.000.000

Die Hauptquelle von Infrarotstrahlung ist Wärmestrahlung, die Strahlung die von Bewegungen von Atomen und Molekülen in einem Objekt produziert wird. Je höher die Temperatur ist, desto stärker bewegen sich die Atome und Moleküle und desto mehr Infrarotstrahlung produzieren sie. Jedes Objekt mit einer Temperatur oberhalb des absoluten Nullpunkts stahlt im Infraroten.
Der absolute Nullpunkt liegt bei -273,15 Grad Celsius bzw. 0 Kelvin und ist die Temperatur bei der alle Atom- und Molekülbewegung stoppt. Sogar Objekte, die wir für sehr kalt halten, z.B. Eiswürfel, strahlen im Infraroten. Wenn ein Objekt nicht heiß genug ist um im sichtbarem Licht zu glühen, strahlt es den größten Teil seiner Energie im Infraroten aus. Beispielsweise strahlt heiße Grillkohle (mit weißer Asche überzogen) nicht unbedingt sichtbares Licht aus, aber in jedem Fall Infrarotstrahlung, die wir als Wärme spüren.
–>>> Je heißer das Objekt, desto mehr Infrarotstrahlung sendet es aus.