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Infrarot und Infrarotstrahlen – Definition und praktische Anwendungsbereiche

Als Infrarotstrahlung, vielfach auch einfach Wärmestrahlung genannt, werden elektromagnetische Wellen eines bestimmten Spektralbereichs bezeichnet. Infrarotstrahlung kann natürliche Quellen wie die Sonne haben. Die Strahlung wird aber ebenso von Öfen, Infrarotheizungen oder speziellen Infrarotstrahlern ausgesendet. Doch was ist Infrarotstrahlung genau? Welche verschiedenen Anwendungsgebiete gibt es? Kann Infrarotstrahlung schädlich sein? In unserem nachfolgenden Ratgeber haben wir für Sie viele interessante Informationen zu Infrarotstrahlung leicht verständlich zusammengefasst.

Was ist Infrarotstrahlung genau?

Infrarotstrahlung kann vom menschlichen Auge nicht wahrgenommen werden. Bei einem Sonnenbad oder einem gemütlichen Abend unter einem Heizstrahler können Sie Infrarotstrahlung aber in Form von Wärme auf der Haut spüren. Verschiedene Strahlen wie Röntgenstrahlen, Mikrowellen, UV-Strahlen, sichtbares Licht und Infrarotstrahlung werden in der Physik zum elektromagnetischen Strahlenspektrum gerechnet. Dieses wird unter anderem in Wellenlängen unterteilt. Per Definition deckt Infrarot dabei den Bereich zwischen 780 Nanometer und 1 Millimeter ab. Die Wellenlänge von Infrarotstrahlung liegt dabei im Bereich zwischen sichtbarem Licht und Mikrowellen. Mikrowellen werden unter anderem von Mikrowellen-Herden zur Erhitzung von Speisen erzeugt. Infrarotstrahlen können nach ihrer Wellenlänge weiter unterteilt werden:

  • 780 bis 1400 Nanometer: kurzwellige IR-A-Strahlung
  • 1400 bis 3000 Nanometer: IR-B-Strahlung mit mittlerer Wellenlänge
  • 3000 Nanometer bis 1 Millimeter: langwellige IR-C-Strahlung

Teilweise wird Infrarotstrahlung auch einfach in die Kategorien nahes, mittleres und fernes Infrarot eingeteilt. Während die Wellenlänge naher Infrarotstrahlung sehr nah am sichtbaren Licht liegt, liegt die Wellenlänge von fernem Infrarotlicht schon fast beim Niveau von Mikrowellen. Die vom Menschen wahrgenommene Wärmestrahlung liegt meist im Bereich der mittleren Infrarotstrahlung, während für spezielle Fotografien Filme genutzt werden, welche nahes Infrarotlicht abbilden können.

Durch welche Quellen wird Infrarotstrahlung ausgesendet?

Die größte Quelle natürlicher Infrarotstrahlung ist die Sonne. Wie andere von der Sonne abgestrahlte Strahlungsarten bewegt sich die Infrarotstrahlung mit Lichtgeschwindigkeit (ca. 300.000 km pro Sekunde) zur Erde. Folglich benötigen die wärmenden Strahlen der Sonne gut acht Minuten bis zur Erde. Die Infrarotstrahlung macht etwa 50 Prozent der von der Sonne ausgesendeten Strahlen aus. Ganz allgemein wird Infrarotstrahlung von allen warmen Objekten abgegeben. „Warm“ bedeutet dabei im Sinne der Physik schon eine Temperatur oberhalb des absoluten Nullpunkts von – 273° C. Nach dieser Definition geben folglich auch Eis oder Schnee Wärmestrahlung ab. Die Intensität bzw. Menge der abgegebenen Infrarotstrahlung hängt dabei von der Temperatur des Objekts ab. Je wärmer ein Objekt ist, desto mehr Wärmestrahlung sendet dieses aus. Typische Quellen von Infrarotstrahlung im Alltag sind zum Beispiel Heizkörper, Kaminöfen, Herdplatten oder spezielle Infrarotstrahler.

Infrarotstrahlung und Erderwärmung

Während besonders ein Teil der fernen Infrarotstrahlung von der Erdatmosphäre absorbiert wird, gelangt ein Großteil der nahen und mittleren Infrarotstrahlung auf die Erdoberfläche. Die Strahlung wird hier teilweise wieder von der erwärmten Erdoberfläche in den Weltraum abgestrahlt. Die Abstrahlung fällt umso geringer aus, je mehr Gase wie Wasserdampf, Methan oder Kohlendioxid (C02) sich in der Atmosphäre befinden. Viele Experten gehen davon aus, dass der durch die Verbrennung von fossilen Energieträgern erhöhte CO2-Gehalt der Atmosphäre ein Grund für die beobachtete Erderwärmung („Klimawandel“) ist. Einen großen Anteil daran soll die verstärkte Absorption der Infrarotstrahlung haben. Allerdings macht die Absorption von Infrarotstrahlung durch die Erde bzw. Atmosphäre das Leben auf der Erde überhaupt erst möglich, da die Erde extremen Temperaturschwankungen zwischen Tag und Nacht unterliegen würde.

Welche Wirkungen entfaltet Infrarotstrahlung auf Objekte und den menschlichen Körper?

Wird Infrarotstrahlung von einem Objekt absorbiert („aufgenommen“), versetzt die Strahlung dessen Moleküle in Schwingung. Je stärker die Schwingung, desto wärmer ist ein Objekt. Übersteigt die Schwingung bzw. Molekülbewegung einen spezifischen Schwellenwert, geht die Materie des Objekts in den gasförmigen Zustand über. Dieses physikalische Gesetz gilt natürlich auch für den menschlichen Körper. Da der menschliche Körper ein sehr komplexes System aus verschiedensten Körperzellen und chemischen Elementen ist, hat Infrarotstrahlung auf Ihren Körper teilweise ganz spezifische Wirkungen. So wird der allergrößte Teil der Infrarotstrahlung bereits in der Haut absorbiert. Daraus resultiert zum Beispiel das warme Gefühl im Gesicht, welches ein Lagerfeuer an einem kalten Abend erzeugt. Obwohl Infrarotstrahlung nur die Körperoberfläche direkt erwärmt, wird die durch die Strahlung erzeugte Wärme über den Blutkreislauf auch im gesamten Körper verteilt. Während die wohltuende Wärme von Infrarotstrahlung sogar teilweise für medizinische Zwecke genutzt wird, kann Wärmestrahlung den Körper ebenso zu stark erhitzen. Mögliche Folgen einer zu hohen Körpertemperatur sind zum Beispiel Hitzekrampf oder Hitzschlag. Ein Sonnenstich wird durch zu intensive Infrarotstrahlung auf den Kopf- und Nackenbereich ausgelöst. Weiterhin kann zu intensive Infrarotstrahlung durch zum Beispiel Wärmedecken sogenannte Hitzemelanosen auslösen. Dabei handelt es sich um rotbraune Verfärbungen der Haut, welche das Risiko für Hautkrebs erhöhen könnten. Kurzwellige IR-A-Strahlung kann zudem die Linse des menschlichen Auges trüben sowie Netzhautschäden verursachen. Weiterhin zeigen relativ junge Forschungsergebnisse, dass insbesondere IR-A-Strahlung neben UV-A-Strahlung auch zu einer vorzeitigen Hautalterung führen kann. Daher integrieren einige Hersteller von Sonnenschutzmitteln bereits einen speziellen Schutz gegen kurzwellige IR-A-Strahlung, auf Basis zellschützender Wirkstoffe.

Infrarotheizungen, Infrarotstrahler, Infrarotlampen – Unterschiede und Anwendungsgebiete

Infrarotstrahlen werden für verschiedenste technische Anwendungen eingesetzt. Dazu zählen zum Beispiel:

  • Infrarotheizungen: Infrarotheizungen werden vielfach in großen, hohen Hallen eingesetzt. Da erwärmte Luft aufgrund ihrer geringeren Dichte stets an die Decke eines Gebäudes bzw. einer Halle steigt, wäre der Einsatz von normalen Heizkörpern zum Beispiel in hohen Montagehallen meist unwirtschaftlich. Weiterhin würde die Halle mit Wandheizkörpern eventuell nur ungenügend beheizt werden können. Da Infrarotheizungen kaum die Raumluft, sondern nur die angestrahlten Objekte aufheizen, kann das „Wärmegefühl“ beim Einsatz einer Infrarotheizung im Vergleich zu normalen Heizkörpern abweichen. Um eine gleichmäßige Wärmeverteilung zu erzeugen, sollten insbesondere Infrarotheizungen in größeren Gebäuden daher von einem Fachbetrieb konzipiert und ausgerichtet werden. Direkt neben einer Infrarotheizung können sehr hohe Temperaturen auftreten. Daher müssen die Geräte mit einem ausreichenden Schutz versehen sein. Infrarotheizungen können zum Beispiel mit Strom oder Gas betrieben werden. Strom hat den Vorteil, dass entsprechende Leitungen meist günstiger zu verlegen sind als Gasleitungen. Zudem besteht bei undichten Gasleitungen oder defekten Gas-Infrarot-Heizstrahlern Explosionsgefahr. Für Gas spricht, dass die Energiequelle unabhängig von einem Stromanschluss oder Generator verfügbar ist, da Gas unter anderem in Flaschen transportiert werden kann. Außerdem ist das Heizen mit Gas bei großen Räumen oder Gebäuden im Vergleich zum Heizen mit Strom oft kostengünstiger. Einen allgemeinen Ratgeber zu Infrarotheizungen können Sie hier aufrufen!
  • Infrarotstrahler: Infrarotstrahler funktionieren nach einem ähnlichen Prinzip wie Infrarotheizungen und die Abgrenzung zwischen Heizung und Strahler kann nicht immer eindeutig vorgenommen werden. So werden Infrarotstrahler ebenfalls meist mit Strom oder Gas betrieben. In der Regel sind Infrarotstrahler jedoch kompakter als Infrarotheizungen und die Strahlungsabgabe erfolgt punktueller. Infrarotstrahler werden zum Beispiel zur Erwärmung von bestimmten Bereichen in Tierstellen, in der Sauna oder auch als Infrarot-Heizstrahler für Terrassen oder Freiluft-Restaurants eingesetzt. Einen Kaufratgeber zu Heizstrahlern finden Sie hier!
  • Infrarotlampen: Infrarotlampen sind vielfach einfacher aufgebaut als Infrarotheizungen oder Infrarotstrahler. So enthalten Infrarotlampen oft einen Filter, welcher nur von Licht im Bereich der Infrarotstrahlung durchdrungen werden kann. Die Abgrenzung zu Infrarotstrahlen ist aber nicht immer eindeutig vorzunehmen. Infrarotlampen werden mit Strom betrieben und sind daher sehr flexibel einsetzbar. Für Infrarotlampen sprechen außerdem ihr relativ geringer Preis und die kompakten Abmessungen. Einsatzgebiete von Infrarotlampen sind unter anderem die Ferkel- und Kükenaufzucht. Weiterhin sind spezielle Infrarotlampen für medizinische Anwendungen verfügbar.

Einsatz von Infrarotstrahlung in der Medizin

Infrarotstrahlung wird in der Medizin unter anderem zur Durchblutungsförderung, allgemeinen Schmerzlinderung und Muskelentspannung eingesetzt. Weitere mögliche Anwendungsbereiche sind die Behandlung von chronischen Entzündungen und Wundheilungsstörungen. Stark fokussiertes, durch Laser erzeugtes Infrarotlicht kommt weiterhin zum Beispiel in der Augen- und Hautheilkunde zum Einsatz. Die möglichen medizinischen Wirkungen von Infrarotstrahlung beruhen auf der Erwärmung bestimmter Körperbereiche bzw. Körpergewebe. Dadurch wird in der Regel die Durchblutung gefördert. Dies resultiert in einer besseren Versorgung mit Sauerstoff sowie einem verstärkten Transport von für den Heilungsprozess benötigten Stoffen in das Gewebe. Zusätzlich werden Kohlendioxid und Stoffwechsel-Abfallprodukte schneller abtransportiert. Infrarotstrahlung soll ausserdem indirekt die Aktivität des Enzyms Na+/K+-ATPase erhöhen. Dies kann zu einer verringerten Schmerzwahrnehmung führen. Zur medizinischen Therapie mit Infrarotstrahlung werden unter anderem Infrarotlampen und Infrarotkabinen verwendet. Während Infrarotlampen eher für die lokale Bestrahlung geeignet sind, kommen Infrarotkabinen zur Bestrahlung des ganzen Körpers zum Einsatz. Bei der medizinischen Wirkung von Infrarotstrahlen kommt es teilweise auf die Wellenlänge des Infrarotlichts an, welche wiederum vom verwendeten Strahlertyp abhängt. Generell dringt kurzwellige IR-A-Strahlung tiefer in die Haut ein als mittel- bzw. langwellige IR-B- oder IR-C-Strahlung. Neben möglichen positiven Wirkungen birgt die Behandlung mit Infrarotstrahlen auch Risiken. So kann es durch die Strahlen unter anderem zu Verbrennungen, Hautrötungen und Augenschäden kommen. Zudem ist die Behandlung bei einigen Beschwerden bzw. Krankheitsbildern kontraindiziert („nicht erlaubt“). Dazu gehören zum Beispiel akute Entzündungen, schwere Herzerkrankungen, schwerer Diabetes mellitus sowie Thrombosen. Führen Sie eine Behandlung mit Infrarotstrahlung daher immer nach Absprache mit einem Arzt durch und beachten Sie die Bedienungsanleitung des Geräts.

Technische Einsatzgebiete von Infrarotstrahlung

  • Messtechnik: Vom menschlichen Körper ausgesendete Infrarotstrahlung wird unter anderem zur Messung von Fieber durch sogenannte Pyrometer (Strahlungsthermometer) verwendet. Pyrometer kommen aber ebenfalls in vielen anderen technischen Bereichen zur berührungslosen Messung von Temperaturen zum Einsatz. Die berührungslose Messung von Temperaturen bietet unter anderem den Vorteil, dass mit dieser auch extreme Temperaturen bestimmt werden können, welche herkömmliche Temperaturmessgeräte bzw. Temperaturfühler zerstören würden. Mit Hilfe von Infrarotstrahlung können ebenso Entfernungen gemessen werden. Die Entfernung wird dabei über die Laufzeit der von einem Sender abgegebenen Infrarotstrahlung bis zum Eintreffen beim Empfängermodul bestimmt.
  • Fernbedienungen und Computer: Weit verbreitet sind Infrarot-Fernbedienungen für TVs, Stereoanlagen oder Videorecorder. Zudem können mit Infrarotstrahlen ebenso Daten übertragen werden. Diese Eigenschaft macht man sich zum Beispiel bei Infrarotschnittstellen von PCs oder Handys zunutze. Im Gegensatz zu Funkwellen muss bei Infrarot-Fernbedienungen oder der Datenübertragung per Infrarot stets eine direkte Sichtverbindung zwischen Sender und Empfänger bestehen.
  • Nachtsichtgeräte: Infrarotstrahlung kann von speziellen Nachtsichtgeräten aufgefangen werden. Mit den Geräten lassen sich so selbst bei völliger Dunkelheit Wärmequellen wie vermisste Personen, Tiere oder warme Teile an Fahrzeugen erkennen. Teilweise werden Infrarot-Nachtsichtgeräte mit Restlichtverstärkern kombiniert. Entsprechende Kombi-Geräte finden zum Beispiel bei Militär und Polizei Verwendung. Einige Nachtsichtgeräte arbeiten auch mit einer zusätzlichen Infrarotbeleuchtung.
  • Bewegungsmelder: Je nach Bauart und verwendeten Sensoren können einige Bewegungsmelder auf Infrarotstrahlen reagieren. So schalten entsprechende Bewegungsmelder zum Beispiel das Licht ein, wenn sich eine Person Ihrer Haustür nähert. Die Geräte können aber ebenfalls als Alarmsensoren in der Sicherheitstechnik eingesetzt werden.
  • Fotografie: Mit Infrarotfilmen lassen sich in der analogen Fotografie spezielle Effekte erzeugen. Bekannt ist zum Beispiel der Wood-Effekt, welcher grüne, chlorophyllhaltige Pflanzenteile wie Blätter sehr hell erscheinen lässt.