Le origini della Termografia: dalla scoperta dell’infrarosso all’uso delle termocamere

La scoperta dell’infrarosso: le origini della Termografia

Le origini della termografia vanno attribuite alla scoperta dello spettro infrarosso che avvenne nel 1800 grazie al fisico tedesco William Herschel il quale, ponendo un sensibile termometro a mercurio nello spettro prodotto da un prisma di vetro, per misurare il riscaldamento ottenuto dai diversi colori della radiazione solare dispersa dal prisma stesso, scoprì che il termometro continuava a salire anche dopo essersi mosso oltre la zona del colore rosso dello spettro, dove non c’era più luce visibile, che lui chiamò “calore oscuro”.

Fisico William Herschel

Tale zona fu chiamata poi del calore infrarosso (infrarosso vuole infatti dire “oltre il rosso” riferendosi alla posizione occupata da questa lunghezza d’onda nello spettro della radiazione elettromagnetica).

Lo spettro visibile

Lo spettro visibile rappresenta quella parte delle spettro elettromagnetico, all’interno del quale si trovano tutti i colori che l’occhio umano riesce a percepire (che si trova tra il rosso e il violetto) e comprende anche l’utravioletto e l’infrarosso.

Nell’aria la lunghezza d’onda della luce visibile va dai 380 ai 760 nm ( tra i 400 e i 790 terahertz se si parla di frequenze) le lunghezze d’onda corrispondenti in altri mezzi, come l’acqua, diminuiscono proporzionalmente all’indice di rifrazione.

L’occhio umano ha la massima sensibilità in corrispondenza del valore di circa 550 nm (colore giallo-verde, valore convenzionale = 1) che poi decade rapidamente sia verso l’ultravioletto che verso l’infrarosso mentre l’insieme di tutte le radiazioni visibili produce la “sensazione” di luce bianca.

Al centro dello spettro elettromagnetico lo spettro visibile

Come si può vedere nell’immagine a lato riportata le radiazioni con lunghezza d’onda minore (e di conseguenza con frequenza maggiore) sono gli ultravioletti, i raggi x e i raggi gamma, mentre quelle con lunghezza maggiore (frequenza minore) sono gli infrarossi, le microonde e le onde radio. La parte centrale dello spettro ottico, che comprende anche infrarosso e ultravioletto rappresenta come già accennato lo spettro visibile.

Anche se lo spettro è continuo e quindi non vi sono nette saparazioni tra un colore e l’altro, si possono comunque stabilire, per ciascun colore, degli intervalli approssimati di frequenza e lunghezza d’onda:

Violetto: frequenza 668-789 THz; lunghezza d’onda 380–450 nm

Blu: frequenza 631-668 THz; lunghezza d’onda 450–475 nm

Ciano: frequenza 606-631 THz; lunghezza d’onda 476-495 nm

Verde: frequenza 526-606 THz; lunghezza d’onda 495–570 nm

Giallo: frequenza 508-526 THz; lunghezza d’onda 570–590 nm

Arancione: frequenza 484-508 THz; lunghezza d’onda 590–620 nm

Rosso: frequenza 400-484 THz; lunghezza d’onda 620–750 nm

Lo spettro infrarosso

Come abbiamo visto la radiazione infrarossa (IR) è la radiazione elettromagnetica con banda di frequenza dello spettro elettromagnetico appena inferiore a quella della luce visibile ed ha una lunghezza d’onda compresa tra circa i  0,75 µm e 1 mm, ogni oggetto con temperatura superiore allo zero assoluto (-273 °C) emette spontaneamente radiazione in questa banda.

Vista la vastità dello spettro infrarosso quest’ultimo viene spesso suddiviso in bande per le quali non esiste un unico standard riconosciuto ma più convenzioni settoriali.

Nel sistema ingegneristico lo spettro infrarosso viene suddiviso in:

– infrarosso vicino da 0,75 µm a 1,4 µm e da 400 THz a 214 THz

– onda corta da 1,4 µm a 3 µm e da – 214 THz a 100 THz

– onda media da 3 µm a 8 µm e da 100 THz a 37,5 THz

– onda lunga da 8 µm a 15 µm e da 37,5 THz  a 20 THz

– infrarosso lontano da 15 µm a 1000 µm e da – 20 THz a 300 GHz.

Dall’infrarosso alle termocamere

Dopo  20 anni dall’esperimento di Herschel, il fisico Thomas Seebeck scopri l’effetto termoelettrico che portò il fisico Italiano Leopoldo Nobili, nel 1829, all’invenzione di un semplice dispositivo di termocoppia a contatto.

termocamera testo

Fu però solo  negli anni 50 del secolo scorso che la termografia ebbe un grande sviluppo grazie alla scoperta del raffreddamento del rilevatore fotoconduttore per migliorare le prestazioni; inizialmente impiegata in astronomia per l’analisi della radiazione stellare, la termografia fu poi utilizzata soprattutto a scopi militari.

La Termografia è oggi applicata in numerosi campi come l’edilizia, l’industria, la medicina, l’impiantistica, l’ambiente, la meccanica, l’elettronica  ecc.