11. Transferir energía por radiación.

6 TRANSFERENCIAS DE ENERGÍA: RADIACIÓN

La radiación consiste en la transmisión de calor en ausencia de materia. Por radiación nos llega la luz y el calor procedente del Sol, y es también la componente principal del calor que nos llega cuando nos calentamos junto a una hoguera o junto a una estufa eléctrica. La radiación está formada por ondas electromagnéticas diferentes, algunas de las cuáles son percibidas por el ojo y constituyen lo que llamamos luz visible, mientras que otras como las radiaciones infrarrojas y radiaciones ultravioletas no producen efectos sensoriales en el ojo humano. La radiación no es algo homogéneo sino que podemos considerarlo como la suma de muchas radiaciones diferentes. Eso se pone de manifiesto claramente al observar que hay luces de diferentes colores: todas son radiación, pero la luz que produce la sensación de un color es diferente de la luz que produce la sensación de otro color. Desde un punto de vista científico se diferencia la luz de cada color por un número, que llamamos longitud de onda. El número que corresponde a la longitud de onda del color rojo es mayor que el número que corresponde a la longitud de onda del color amarillo, y éste a su vez, mayor que el que corresponde al color violeta.

Lo que llamamos radiaciones térmicas se diferencian de las llamadas radiaciones luminosas en que las longitudes de onda son mucho mayores en el caso de la radiaciones térmicas.

La radiación emitida por un cuerpo en la unidad de tiempo depende de la cuarta potencia de la temperatura de ese cuerpo, expresada en kelvin, así como de la superficie del cuerpo y de la emisividad (e), cuyo valor puede oscilar entre 0 y 1, siendo un valor propio de cada cuerpo que tiene relación con su color. Las superficies muy negras. como el hollín, tienen e próxima a 1, mientras que las superficies brillantes tienen e próxima a cero y en consecuencia, emitirán menos radiación. La piel tiene una emisividad elevada: alrededor de 0,6 la piel clara y de 0,8 la oscura.

Q= σA T⁴

σ es una constante universal de valor 5,67 10 J/m².T⁴. Se le llama constante de Stefan-Boltzmann.

T la temperatura en grados Kelvin

A es la superficie del objeto

Las superficies brillantes no sólo emiten menos radiación sino que absorben sólo una pequeña parte de la radiación que incide sobre ellas. En cambio los cuerpos negros u oscuros absorben casi toda la radiación que incide sobre ellos. Por lo tanto, un buen absorbente es también un buen emisor. Cuando un cuerpo que está a temperatura T se coloca en un ambiente cuya temperatura es T emitirá y absorberá energía.

Se estima que la radiación constituye aproximadamente un 50% de las pérdidas de energía de una persona sedentaria en una habitación normal. El Sol emite una gran cantidad de radiación. Cada segundo emite 3,83 10²⁶julios, lo que supera a toda la energía utilizada durante un año en la Tierra. Esa radiación se dispersa en todas las direcciones del espacio de forma que a la Tierra llega sólo una parte muy pequeña. Las medidas efectuadas fuera de la atmósfera ponen de manifiesto que a la Tierra llegan, cada segundo, 1353 julios sobre cada metro cuadrado. A la superficie terrestre llega menos, pues parte de esa radiación es reflejada por la atmósfera hacia el exterior y otra parte es absorbida por la propia atmósfera. Algunas propiedades de la radiación dependen de la longitud de onda. Por ejemplo. el vidrio o el plástico pueden ser transparentes para la radiación luminosa y opacos para la radiación térmica. Ese es el fundamento del llamado efecto invernadero que puede presentarse en muchos casos. En un invernadero llega radiación luminosa que atraviesa perfectamente el plástico que cubre el invernadero: esa radiación es absorbida por la tierra, el suelo y las plantas que, a su vez, emiten radiación térmica de mayor longitud de onda que la radiación luminosa. Ahora bien, la radiación térmica no puede atravesar el plástico, por lo que ha de quedar en el invernadero y como consecuencia aumenta la temperatura del mismo. Esto permite que la temperatura en el interior del invernadero sea superior a la que hay en el exterior. También la atmósfera puede dar lugar a un efecto invernadero. Hay sustancias que son «transparentes» a la radiación luminosa pero que son opacas a la radiación térmica. Un ejemplo es el dióxido de carbono. Si aumenta la proporción de dióxido de carbono en la atmósfera se dificultará la salida de la radiación térmica que emite la Tierra y eso dará lugar a una elevación de la temperatura.

Actividad 47:

a) ¿Por qué crees que se utilizan ropas de colores claros en verano, mientras que es más frecuente utilizar ropas oscuras en invierno?

b) Las casas del sur están blanqueadas con cal. Aparte de razones estéticas, ¿crees que tiene alguna relación con el clima? ¿Por qué?

c) En los equipos electrónicos hay unos componentes esenciales que se llaman microprocesadores. Estos se «calientan» y es necesario refrigerarlos. La solución más utilizada es unirlos a una placa metálica que tienen una superficie mucho mayor pintada de negro. Cuando es necesario, también se coloca un ventilador que mueve el ~aire próximo~. Explica por qué crees que se procede así.

Actividad 48.

- a) ¿Qué ahorra más energía, calentar mucha agua en el calentador hasta una temperatura intermedia o calentar poca agua a temperatura más alta y luego alcanzar la temperatura adecuada mezclando el agua caliente con el agua fría en la ducha? Explica la respuesta.

- b) Algunas personas mantienen que es mejor dejar la calefacción encendida durante la noche pues así se evita que la casa se enfríe. Además dicen que la mayor parte de la energía se gasta en el proceso de calentar la casa y no para mantenerla caliente. ¿Crees que se ahorrará energía manteniendo la calefacción encendida por la noche?

-c) ¿Cuáles son las causas de pérdida de energía en una casa y por la que debemos calentarla? ¿Cómo podríamos disminuir las pérdidas de energía? ¿Cómo deben estar construidas las casas para el mejor ahorro energético?