Infrarote Strahlung kann vom Menschen nicht visuell erfasst werden, ist aber als Wärmestrahlung fühlbar. Sowohl die „Unsichtbarkeit“ als auch die Wärme eröffnen diverse Anwendungsgebiete für das Infrarot. Dabei ist darauf zu achten, dass nicht alle Anwendungen, die es für Infrarot gibt, tatsächlich auch mit Wärmeentwicklung einhergehen müssen. Grundsätzlich sind die Anwendungsgebiete von Infrarot in zwei Klassen einzuteilen.
Anwendungsgebiete Klasse 1: Erzeugung von Infrarot und direkter Einsatz
In Applikationen der ersten Klasse geht es um Gerätschaften, die Infrarotstrahlung erzeugen, um mit dieser Strahlung etwas zu tun. Dazu gehören beispielsweise Anwendungsgebiete, bei denen etwas aufzuheizen ist oder Signale gesendet werden.
Spezielles Anwendungsgebiet: Rotlichtlampen in der medizinischen Therapie
Das Infrarot-Licht von sogenannten Rotlichtlampen wird im therapeutischen Anwendungsgebiet eingesetzt. Infrarote Strahlung erzeugt auf der Haut Wärme, fördert die Durchblutung, regt den Stoffwechsel an und kann deshalb bei vielen Beschwerden wie Erkältungen, Verspannungen, Schmerzen und Entzündungen eingesetzt werden. Zur Wirksamkeit gibt es unterschiedliche Ansichten, die Studienlage ist meist dünn. Bei korrekter Anwendung ist Infrarot aber auch nicht schädlich. Es gibt klassische Infrarot-Lampen, vor die man sich passend hinsetzen muss, und mittlerweile gibt es im Wellness-Bereich auch ganze Infrarot-Kabinen.
Infrarot-Öfen
Infrarot-Öfen finden sich in vielen industriellen Prozessen wieder. Dort sorgen sie entweder für schnelle Trocknungsprozesse oder für die Beschleunigung chemischer Reaktionen. Ein Beispiel dafür ist die Kunstharz-Polymerisation. Übrigens: Auch die Sonne ist ein natürlicher Infrarot-Ofen, der in der Landwirtschaft für die Trocknung von Heu oder Stroh auf dem Feld gebraucht wird. Ein anderes Beispiel ist die Kaffeeernte, nach der die Kaffeekirschen noch üblicherweise mehrere Wochen in der Sonne getrocknet werden.
Infrarot-Heizstrahler
Infrarot-Heizungen können in Form von Platten oder Folien an Wand oder Decke montiert werden und fungieren dort als normale Heizkörper. Selbstverständlich nutzen auch elektrische Heizstrahler oder Heizstrahler auf Basis von Gas den Infrarot-Effekt aus. Alles, was heizt, erzeugt auf die eine oder andere Weise Infrarot-Strahlung.
Kochen mit Infrarot
Auch Kochen ist ein Anwendungsgebiet, wo geheizt wird. Infrarotkochfelder kennt man auch unter dem Namen Cerankochfelder. Die Glaskeramik, aus der die Kochplatten bestehen, ist schlecht wärmeleitfähig. Wenn die Heizspiralen unter der Keramik angeworfen werden, passiert die dort erzeugte infrarote Strahlung das Kochfeld und erhitzt die Kochtöpfe und Bratpfannen mit ihrem Inhalt. Die angrenzenden Bereiche erwärmen sich aufgrund der schlechten Leitfähigkeit nur wenig. Die Heizspiralen sind elektrische Leiter mit einem relativ hohen Widerstand. Sie erhitzen sich bei hohem Stromdurchsatz und erzeugen Infrarotstrahlung. Infrarotkochfelder unterscheiden sich im Funktionsprinzip fundamental von Induktionskochfeldern.
Heizen für effizientere Lichterzeugung in Halogenreflektorlampen
Eine Halogenlampe erzeugt sichtbares Licht, aber auch viel Wärmestrahlung. Durch die typische kegelartige Reflektorform und dessen Beschichtung mit IR-reflektierendem Material wird die Wärmestrahlung quasi zur Lichterzeugung recycelt. Das funktioniert so: Wenn ein Strom fließt, wird der Glühdraht erhitzt. Ab einer gewissen Temperatur strahlt er Licht im sichtbaren, aber auch im Infrarotbereich ab. Letzteres wird vom Reflektor passgenau auf den Glühdraht zurückgeworfen und leistet somit einen zusätzlichen Beitrag zur Erwärmung des Glühdrahts. Dieser braucht nun weniger Strom, um auf der geforderten Temperatur zur Lichterzeugung zu bleiben. Die Glühlampe arbeitet demnach fast doppelt so effizient wie ohne IR-Reflektor, also ein durchaus lohnendes Anwendungsgebiet.
Infrarot-Laser zur Werkstoffbearbeitung
CO2-Laser senden gebündelte Strahlung mit hoher Intensität aus. Ihre typische Wellenlänge beträgt 10,6 Mikrometer. Mittels dieser Infrarot-Laser können Holz oder Kunststoff graviert, perforiert oder geschnitten werden. Auch Glas oder Keramik können durch die energiereichen Pulse geritzt und getrennt werden. Neben dem Trennen von Werkstoffen ist auch eine Oberflächenbearbeitung im Sinne von Entschichten möglich. Bei sogenannten Ablationsprozessen werden Lacke oder andere Beschichtungen durch den Energieeintrag des Lasers lokal so stark erhitzt, dass sie abplatzen oder verdampfen. Außerdem werden Infrarot-Laser in Fügeprozessen, also beim Schweißen, eingesetzt, wenn hohe Präzision gefordert ist.
Infrarot-Laser in optischen Anwendungsgebieten
Ein „grenzwertiges“ Anwendungsgebiet von Infrarot-Lasern sind die NIR-Laser mit der Wellenlänge 780 Nanometer, weil das für einige noch zum sichtbaren Lichtspektrum zählt. Da die Augenempfindlichkeit hier aber bereits extrem schlecht ist und der Laser von Menschen nicht wahrgenommen wird, setzt das Militär diesen Lasertyp als Zielmarkierer ein. Darüber hinaus finden solche Laser auch in optischen Geräten wie CD-Playern Verwendung. Dort tasten sie Oberflächenstrukturen ab.
Infrarot-Spektroskopie
Um wohldosierte Hitze im molekularen Maßstab geht es im Anwendungsgebiet der chemischen Analyse. In der IR- und Raman-Spektroskopie werden Stoffproben mit Infrarot bestrahlt. Die Moleküle der Probe werden durch die Wärmestrahlung zum Schwingen gebracht. Dabei absorbieren sie nur ganz spezifische Wellenlängen, die für das jeweilige zu untersuchende Molekül charakteristisch sind. Aus dem Absorptionsspektrum lassen sich die Molekülstrukturen entschlüsseln.
Drahtlose Kommunikation
In diesem Anwendungsgebiet kommt besonders oft nahes Infrarot zum Einsatz. Die Basis sind Infrarot-Leuchtdioden, die im Wellenlängenbereich zwischen 850 und 950 Nanometer strahlen. Diese Strahlung wird entsprechend moduliert, damit sie als Signal fungieren kann. Weil es zu den Sendern auch Empfänger geben muss, braucht es außerdem Fotodioden, die diese Strahlung detektieren können. Solche Sender-Empfänger-Paare werden beispielsweise bei TV-Fernbedienungen, Smartphone-Fernbedienungen, Lichtschranken oder Computermäusen eingesetzt.
Infrarotscanner
Mit Infrarotscannern können Informationen wie Barcodes schnell ausgelesen werden. Ein Infrarotscanner ist unempfindlich gegenüber bunten Hintergrundbildern auf Verpackungen wie beispielsweise Joghurtdeckeln. Nur wo schwarze Bereiche sind, wird das IR-Licht des Scanners nicht reflektiert, was zu einem kontrastreichen und einfach auszulesenden Bild führt.
Infrarotblitzer
Die weitaus meisten Blitzer in Deutschland nutzen hellrotes, sichtbares Licht. Aber es gibt auch Infrarotblitzer, deren Blitz nicht sichtbar ist. Er übt daher keinen direkten „Erziehungseffekt“ aus, was aber für dieses Anwendungsgebiet durchaus vorteilhaft wäre. Mit Infrarotblitzern reicht die Ausleuchtung nicht aus, um Bilder aus dem Autoinneren zu schießen. Es werden nur die kontrastreichen Kennzeichen erfasst.
Anwendungsgebiete Klasse 2: Erfassen von Infrarot aus der Umwelt und indirekter Einsatz
In Applikationen der zweiten Klasse geht es um Apparate, die Infrarotstrahlung aus der Umwelt detektieren und damit Informationen gewinnen. Die Analyse der Strahlung wird beispielsweise in Anwendungsgebieten ausgenutzt, wo Kamerafunktionen gebraucht werden. Scanner, Fernbedienungen oder CD-Player aus dem Anwendungsgebiet 1 nutzen auch bereits solche Detektionsmöglichkeiten, verfügen aber auch noch über eine explizite IR-Quelle.
Nachtsichtgeräte
Nachtsichtgeräte oder Wildkameras senden kein Infrarot aus, sondern detektieren die Wärmestrahlung, die von Menschen, Tieren oder auch anderen Objekten ausgeht. Die Signale bei diesem Anwendungsgebiet werden in für das menschliche Auge gut interpretierbare Schwarz-Weiß-Bilder umgewandelt.
Infrarotkameras zur Thermografie
Infrarotkameras, die im Anwendungsgebiet der Thermografie zum Einsatz kommen, detektieren Infrarotstrahlung nach demselben Prinzip wie Nachtsichtgeräte. Allerdings wandeln sie die Signale in sogenannte Falschfarbenbilder um, um Temperaturunterschiede sichtbar zu machen. So können beispielsweise Menschen mit Fieber identifiziert werden oder bei technisch orientierten Anwendungsgebieten können Temperaturflächenprofile mit relativ feiner Auflösung aufgenommen werden.
Hochaktuelles Anwendungsgebiet: Multispektralkameras zur Vegetationsbeobachtung
Grünpflanzen weisen typischerweise an der Grenze vom sichtbaren roten Licht zum unsichtbaren infraroten Licht eine steile Reflexionskante auf. Das heißt, rotes Licht wird kaum reflektiert, infrarotes Licht wird stark reflektiert. Das liegt am Chlorophyll, welches für die Fotosynthese zuständig ist. Es gibt viele sogenannte Vegetationsindizes, die die Anteile der unterschiedlichen sichtbaren und unsichtbaren Spektralbereiche im Reflexionsspektrum miteinander in Beziehung setzen. Dadurch lassen sich Aussagen über den Gesundheitszustand der Pflanzen, das Vegetationsstadium u.v.m. ziehen. Dies ist interessant in der Landwirtschaft, um beispielsweise punktgenau zu bewässern, oder in der Umweltforschung, um Rückschlüsse auf die Artenvielfalt zu ziehen. Aufgenommen werden die Spektren von sogenannten Multispektralkameras, mit denen z.B. Drohnen bestückt werden.
Vielfältige Anwendungsgebiete von Infrarot
Infrarot ist unsichtbar und warm. Und genau um diese beiden Eigenschaften dreht es sich in den meisten Anwendungsgebieten. Zum einen wird geheizt, wobei die Hitze nicht immer der Selbstzweck ist, sondern Folgeeffekte genutzt werden, z.B. bei der Werkstoffbearbeitung. Zum anderen gibt es die Anwendungsgebiete, in denen unsichtbare Informationen sichtbar gemacht werden müssen. Und das hat doch ein bisschen etwas von Magie, oder nicht?