El Sol es la mayor fuente natural de radiación térmica en el sistema solar.
Radiación térmica es la energía emitida en forma de ondas electromagnéticas por un cuerpo debido a su temperatura. Es el resultado del movimiento de partículas cargadas dentro de la materia, y todos los cuerpos con temperatura por encima del cero absoluto emiten radiación térmica.
TemasEjemplos de Radiación Térmica
La radiación térmica es un fenómeno común en la naturaleza y en la tecnología, y puede observarse en diversos contextos:
- el Sol: emite energía en forma de luz y calor debido a su alta temperatura. Esta radiación viaja a través del espacio y llega a la Tierra, proporcionando la energía necesaria para la vida y el clima;
- un fogón o una chimenea: al encender un fogón o una chimenea, el calor que sentimos a distancia es radiación térmica. La leña o el carbón incandescente emiten esta energía debido a su temperatura elevada;
- el cuerpo humano: los cuerpos de todos los seres vivos emiten radiación térmica en forma de radiación infrarroja. Los dispositivos como las cámaras térmicas pueden captar esta radiación para crear imágenes basadas en las diferencias de temperatura;
- los calentadores eléctricos: un calentador de resistencia eléctrica genera radiación térmica. Al calentar un filamento o una superficie, el dispositivo emite calor hacia el ambiente, afectando los objetos y el aire circundante;
- la Tierra: la superficie terrestre, que absorbe radiación solar durante el día, también emite radiación térmica en forma de energía infrarroja hacia el espacio. Este fenómeno es fundamental para el equilibrio térmico del planeta y está relacionado con el efecto invernadero.
Una chimenea emite radiación térmica, transfiriendo calor en forma de ondas electromagnéticas que calientan el entorno cercano.
Fundamentos de la radiación térmica
La radiación térmica es el proceso por el cual los cuerpos emiten energía en forma de ondas electromagnéticas debido a su temperatura. Este fenómeno se puede comprender en términos de conceptos claves y leyes físicas que explican cómo se emite, absorbe y refleja la radiación en función de las propiedades de los materiales y su temperatura.
Radiación de cuerpo negro
Un cuerpo negro es un objeto teórico que absorbe toda la radiación que incide sobre él sin reflejarla ni transmitirla. Ésta depende únicamente de su temperatura y se considera el modelo ideal para entender la emisión de radiación térmica. El espectro de radiación de un cuerpo negro describe la distribución de energía en diferentes longitudes de onda, mostrando cómo los cuerpos emiten más radiación en longitudes de onda más cortas a medida que su temperatura aumenta.
Ley de Stefan-Boltzmann
Establece que la potencia total radiada por unidad de área de un cuerpo negro es proporcional a la cuarta potencia de su temperatura absoluta. La constante de Stefan-Boltzmann, un valor fundamental en esta ley, cuantifica esta relación y permite calcular la cantidad de energía emitida por un cuerpo en función de su temperatura.
Ley de Wien
La Ley de Desplazamiento de Wien describe cómo el pico de longitud de onda de la radiación emitida por un cuerpo negro se desplaza hacia longitudes de onda más cortas a medida que aumenta la temperatura. Ayuda a predecir en qué parte del espectro electromagnético se emite la mayoría de la radiación, ya sea en el espectro visible, infrarrojo, o incluso ultravioleta.
Ley de Planck
Proporciona una fórmula precisa para la intensidad de la radiación en cada longitud de onda, explicando cómo se distribuye la radiación en el espectro electromagnético para una temperatura dada.
Emisividad, reflectividad y absorción de radiación
Son coeficientes que caracterizan cómo los materiales interactúan con la radiación térmica. La emisividad es la capacidad de un objeto para emitir radiación en comparación con un cuerpo negro ideal; la absorción (o absortividad) mide cuánta radiación absorbe el objeto; y la reflectividad indica cuánta radiación se refleja en su superficie. Los materiales con alta emisividad y baja reflectividad se aproximan al comportamiento de un cuerpo negro.
Constantes de Boltzmann y de Stefan-Boltzmann
La constante de Boltzmann es fundamental en física: relaciona la temperatura de un sistema con su energía térmica. La constante de Stefan-Boltzmann es específica de la radiación térmica, cuantificando la potencia radiada por un cuerpo negro en función de su temperatura.
Radiación visible y ultravioleta (UV)
La radiación térmica de los cuerpos, dependiendo de su temperatura, puede abarcar diferentes rangos del espectro electromagnético. En temperaturas muy altas, los cuerpos pueden emitir radiación en el espectro visible o incluso en el ultravioleta, como es el caso de las estrellas. La radiación visible y la ultravioleta son ejemplos de radiación electromagnética con distintas longitudes de onda y energías, y se consideran tipos de radiación no ionizante cuando están en niveles de energía que no causan ionización en los átomos.
Cuerpo gris
En contraste con un cuerpo negro ideal, un cuerpo gris es aquel que no absorbe toda la radiación incidente pero aún emite radiación térmica en proporción a su temperatura. La emisividad de un cuerpo gris es constante y menor que la de un cuerpo negro, lo que lo hace un modelo más realista para describir la radiación de materiales reales.
El cuerpo humano emite radiación infrarroja, resultado de procesos metabólicos y propiedades térmicas de la piel.
Transferencia de calor y energía térmica
La transferencia de calor es el proceso mediante el cual la energía térmica se mueve de una región a otra de menor temperatura, y puede ocurrir mediante varios mecanismos básicos. Estos fenómenos son fundamentales para entender cómo se distribuye y conserva la energía térmica en distintos medios y entornos.
Transferencia de calor
Describe el movimiento de energía térmica de una región o material a otro, y puede ocurrir a través de tres mecanismos principales: conducción, convección y radiación. La transferencia de calor es fundamental en la regulación térmica de sistemas físicos, biológicos e industriales.
Conducción térmica
La conducción es el mecanismo por el cual el calor se transfiere directamente a través de un material sólido o entre dos o más que se encuentren en contacto físico. El calor fluye debido al movimiento de partículas a nivel molecular, y la cantidad de calor transferida depende de la conductividad térmica del material, el gradiente de temperatura y el área de contacto.
Convección térmica
Es el proceso de transferencia de calor en fluidos (líquidos o gases) y ocurre debido al movimiento de las moléculas del fluido. Este fenómeno puede ser natural, cuando el movimiento del fluido es inducido por diferencias de temperatura y densidad, o forzado, cuando se utiliza un mecanismo externo como un ventilador o una bomba para mover el fluido.
Espacio vacío y radiación térmica
En el espacio vacío, donde no hay materia para conducir o transportar calor, la transferencia de energía se realiza únicamente a través de radiación térmica. Esto es importante en el contexto del espacio exterior y en aplicaciones donde se minimiza el contacto de materiales para reducir la transferencia de calor no deseada.
Propagación de calor y flujo radiante
La propagación de calor es su movimiento a través de diferentes medios; el concepto de flujo radiante se refiere específicamente a la transferencia de energía térmica mediante ondas electromagnéticas. El flujo radiante se mide en términos de intensidad radiante, que es la cantidad de energía emitida por unidad de área en una dirección específica.
Intensidad radiante y densidad de flujo
La intensidad radiante se refiere a la cantidad de energía radiante emitida o recibida por unidad de área, mientras que la densidad de flujo describe el flujo de energía radiante que pasa a través de un área dada. Estas medidas son clave para analizar cómo se distribuye la radiación térmica en distintos materiales y entornos.
Equilibrio radiativo
El equilibrio radiativo se alcanza cuando la cantidad de energía térmica que un cuerpo o sistema emite es igual a la que absorbe, logrando así un estado estable en cuanto a su temperatura. Este concepto es importante en sistemas cerrados y en la termodinámica de cuerpos celestes, donde el equilibrio se logra naturalmente con su entorno.
Calor específico y capacidad calorífica
El calor específico es la cantidad de energía requerida para elevar la temperatura de una unidad de masa de un material en un grado Celsius, mientras que la capacidad calorífica es la cantidad total de calor necesario para elevar la temperatura de un objeto entero. Ambos conceptos son esenciales para entender cómo los diferentes materiales responden a la transferencia de calor y para calcular la energía térmica en procesos de calentamiento y enfriamiento.
Calor latente
Es la energía absorbida o liberada por una sustancia durante un cambio de fase, como la fusión, sin que se modifique su temperatura. Es fundamental en los procesos de cambio de estado y en fenómenos como la evaporación y la condensación, donde la transferencia de energía no se refleja directamente en la variación de temperatura.
Publicado por 
