radiación

radiación
La energía del Sol llega a la Tierra por medio de una gran cantidad de ondas de luz visible,
así como cantidades importantes de ondas infrarrojas y ultravioleta. Estas ondas se conocen
como ondas electromagnéticas, un tipo que también incluye las microondas, usadas para
cocinar, y las ondas de radio usadas por las emisoras de AM y FM. La persona que toma el
sol en la figura siente calor porque su cuerpo absorbe la energía de las ondas electromag-
néticas del Sol. Cualquiera que haya permanecido junto a una chimenea encendida o haya
puesto su mano cerca de un foco incandescente, ha experimentado una sensación similar.
Así, el fuego y los focos también emiten ondas electromagnéticas y cuando se absorbe la
energía de tales ondas, se puede tener la misma sensación de calor.
El proceso de transferencia de energía por medio de ondas electromagnéticas se llama
r
­ adiación, y, a diferencia de la convección o la conducción, no requiere de un medio mate-
rial. Las ondas electromagnéticas del Sol, por ejemplo, se desplazan a través del espacio
vacío en su viaje a la Tierra.
Radiación
Es el proceso por el que se transfiere energía por medio de ondas electromagnéticas.
Todos los cuerpos irradian energía continuamente en forma de ondas electromagnéticas.
Incluso un cubo de hielo irradia energía, aunque tan poca en forma de luz visible que el
cubo no se puede ver en la oscuridad. Sin embargo, como ilustran las figuras, las ondas
infrarrojas que irradian los cuerpos pueden ser detectadas en la oscuridad por cámaras
electrónicas. En general, los objetos no emiten mucha luz visible a menos que la tempera-
tura del objeto sea superior a 1000 K. Entonces, aparece un brillo rojo característico, como
el de la resistencia calefactora de una estufa eléctrica. Cuando su temperatura alcanza los
1700 K, un objeto comienza a brillar incandescentemente, como el filamento de tungsteno
en un foco incandescente.
El bronceado se produce por los
rayos ultravioleta. (© Thinkstock)
En la transferencia de energía por radiación, la absorción de ondas electromagnéticas es tan
importante como su emisión. La superficie de un objeto juega un papel importante en la
determinación de cuánta energía radiante absorberá o emitirá el objeto. Los dos bloques
bajo el Sol de la figura, por ejemplo, son idénticos, excepto que uno tiene una superficie
rugosa recubierta con negro de humo (un hollín negro fino), mientras que el otro tiene una
superficie plateada muy pulida.
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Como indican los termómetros, la temperatura del bloque negro aumenta mucho más rápi-
damente que la del bloque plateado. Esto se debe a que el negro de humo absorbe casi el
97 % de la energía radiante incidente, mientras que la superficie plateada solo absorbe el
10 %. La parte restante de la energía incidente se refleja en cada caso. Vemos el negro de
humo de color negro porque refleja solo una pequeña parte de la luz que le llega, mientras
que vemos la superficie plateada como un espejo porque refleja la mayor parte de la luz.
Como el color negro se asocia con la casi completa absorción de luz visible, el término cuer-
po negro perfecto o, simplemente, cuerpo negro, se usa para referirnos a un objeto que
absorbe todas las ondas electromagnéticas que le llegan.
Todos los objetos emiten y absorben ondas electromagnéticas de forma simultánea. Cuando
un cuerpo tiene la misma temperatura constante que sus alrededores, la cantidad de energía
radiante que está absorbiendo debe equilibrarse con la cantidad que está emitiendo en un
intervalo de tiempo dado. El bloque cubierto con negro de humo absorbe y emite la misma
cantidad de energía radiante, y el cuerpo plateado, también. En otro caso, si la absorción
fuese mayor que la emisión, el bloque podría experimentar una ganancia neta de energía.
Como resultado, la temperatura del bloque podría aumentar y no sería constante. De forma
similar, si la emisión fuese mayor que la absorción, la temperatura descendería. Como la
absorción y la emisión están equilibradas, un material que sea un buen absorbente, como
el negro de humo, es también un buen emisor, y un material que sea un mal absor-
bente, como la plata pulimentada, es también un mal emisor. Un cuerpo negro perfec-
to, que es un buen absorbente, es también un buen emisor.
Temperatura Temperatura
aumenta
aumenta
rápidamente lentamente
Bloque cubierto de
negro de humo
Bloque cubierto
de plata
La temperatura del bloque cubierto
con negro de humo aumenta mucho
más rápido que la temperatura del
bloque cubierto con plata, porque la
La física de la ropa para épocas de calor. El hecho de que una superficie negra sea buen superficie negra absorbe la energía
absorbente y buen emisor es la razón por la que la gente no se encuentra cómoda vistiendo radiante del Sol a mayor velocidad.
ropas oscuras durante las estaciones calurosas. La ropa oscura absorbe la mayor parte de la
radiación solar y luego la reemite en todas direcciones. Aproximadamente la mitad de la
radiación emitida se dirige hacia el interior del cuerpo, lo que crea sensación de calor. Por
el contrario, la ropa de colores claros resulta más fresca, porque absorbe y reemite relativa-
mente poco de la radiación incidente.
La física de el calentamiento de un lémur sifaka blanco. El uso de colores claros para un
mayor confort también se produce en la naturaleza. La mayoría de los lémures, por ejemplo,
son nocturnos y tienen pelaje negro como, el lémur que se muestra en la figura (a). Como
están activos por la noche, el pelaje negro no supone una desventaja en cuanto a la absorción
de un exceso de luz solar. La figura (b) muestra una especie de lémur llamado sifaka blanco,
que vive en regiones semiáridas donde hay pocas sombras. El color blanco de su pelaje le
puede ayudar en la termorregulación, reflejando la luz del Sol, pero en las frías mañanas, la
reflexión de la luz del Sol impediría su calentamiento. No obstante, estos lémures tienen la
piel negra y su pelaje es ralo en el vientre, y para calentarse por la mañana, vuelven sus
vientres oscuros hacia el Sol. El color oscuro mejora la absorción de la luz solar.