Radiación solar para niños
La radiación solar es el conjunto de energías que el Sol envía al espacio. El Sol es una estrella muy grande y caliente, con una temperatura en su superficie de unos 5505 grados Celsius. Dentro del Sol ocurren reacciones de fusión nuclear que liberan una enorme cantidad de energía. Esta energía viaja desde el Sol hacia el exterior en forma de radiación solar.
La superficie del Sol se comporta como un "cuerpo negro", lo que significa que emite energía de una forma específica. La radiación solar incluye diferentes tipos de energía, desde la luz infrarroja (que sentimos como calor) hasta la luz ultravioleta (que puede dañar nuestra piel). No toda esta radiación llega a la Tierra, porque nuestra atmósfera absorbe las ondas ultravioletas más cortas y peligrosas. La cantidad de radiación solar que llega a la Tierra se mide en vatios por metro cuadrado (W/m²).
Contenido
- ¿Cómo se distribuye la energía del Sol?
- ¿Cómo afecta la radiación solar a los gases de la atmósfera?
- La energía del Sol: el motor de nuestra atmósfera
- ¿Cómo afecta la radiación solar a nuestra salud?
- ¿Cómo llega la radiación solar a la Tierra?
- Ondas de radio del Sol
- La radiación solar en la Tierra
- Capas de la atmósfera y la radiación
- Tipos de energía absorbida
- Radiación cósmica
- Aplicaciones de la energía solar
- Galería de imágenes
- Véase también
¿Cómo se distribuye la energía del Sol?
La mayor parte de la energía que el Sol emite (aproximadamente el 99%) se encuentra en un rango específico de longitud de ondas. Esto incluye la luz visible que podemos ver, que va desde los 380 nanómetros (nm) hasta los 830 nm.
Nuestra atmósfera actúa como un filtro muy importante. Por ejemplo, el ozono y el oxígeno en la atmósfera absorben las radiaciones ultravioletas más cortas y peligrosas para nuestra salud. Esto nos protege de los rayos ultravioleta más dañinos. La atmósfera también es opaca a gran parte de la radiación infrarroja que emite la Tierra, lo que ayuda a mantener nuestro planeta cálido. Este efecto se conoce como efecto invernadero.
¿Cómo afecta la radiación solar a los gases de la atmósfera?
La atmósfera no se calienta directamente por la radiación solar. Se calienta de forma indirecta, cuando la radiación solar es reflejada por el suelo, los mares y los océanos.
Los pequeños paquetes de energía de la luz, llamados fotones, pueden hacer varias cosas con los átomos y moléculas de la atmósfera, dependiendo de su energía:
- Pueden arrancar electrones de un átomo.
- Pueden hacer que los electrones de un átomo salten a un nivel de energía más alto.
- Pueden romper una molécula en partes más pequeñas.
- Pueden hacer que una molécula vibre o gire, lo que genera calor.
La energía solar puede hacer que los átomos se ionizen, que los electrones se exciten, que las moléculas se rompan o que vibren. La energía térmica que emite la Tierra (radiación infrarroja) solo puede hacer que las moléculas vibren o giren, lo que significa que calienta la atmósfera.
La energía del Sol: el motor de nuestra atmósfera
La energía solar que llega a la Tierra atraviesa la atmósfera casi sin calentarla directamente. Es cuando esta energía es reflejada por la superficie terrestre que calienta el aire de la parte baja de la atmósfera. Este calentamiento provoca cambios en la densidad de los gases, lo que a su vez causa el movimiento del aire, conocido como circulación atmosférica. Esta energía es la que produce la temperatura en la superficie de la Tierra. La atmósfera ayuda a que las diferencias de temperatura entre el día y la noche, y entre las distintas zonas del planeta, no sean tan extremas.
Casi toda la energía que usan los seres vivos proviene del Sol. Las plantas la absorben directamente para hacer la fotosíntesis. Los herbívoros obtienen energía comiendo plantas, y los carnívoros la obtienen comiendo a otros animales.
Muchas de las fuentes de energía que usamos los humanos también vienen indirectamente del Sol. Por ejemplo, los combustibles fósiles (como el carbón o el petróleo) guardan energía solar que fue capturada por plantas hace millones de años. La energía hidroeléctrica usa la fuerza del agua que se mueve gracias al ciclo hidrológico, el cual es impulsado por el Sol. La energía eólica (del viento) también se origina por la radiación solar, ya que el Sol calienta diferentes zonas de la Tierra de manera desigual, creando los vientos.
¿Cómo afecta la radiación solar a nuestra salud?
Exponerse demasiado a la radiación solar puede ser malo para la salud. Como las personas vivimos más tiempo, estamos más expuestas a los rayos del Sol, lo que aumenta el riesgo de desarrollar cáncer de piel.
El Sol emite radiación ultravioleta (UV) en diferentes tipos: UV-A, UV-B y UV-C. Afortunadamente, el 99% de los rayos ultravioleta que llegan a la superficie de la Tierra son del tipo UV-A, que son menos dañinos. La atmósfera absorbe casi toda la radiación UV-C y gran parte de la UV-B, protegiéndonos de los rayos más peligrosos. Sin embargo, la radiación UV-B que sí llega a la Tierra puede dañar la piel. Este problema se agrava en zonas donde hay un agujero de ozono, como en los polos.
¿Cómo llega la radiación solar a la Tierra?
Es importante saber cómo la radiación solar incide sobre los objetos en la superficie terrestre. Se distinguen dos tipos de radiación:
- Radiación solar directa: Es la que llega directamente desde el Sol, sin obstáculos.
- Radiación solar difusa: Es la que ha cambiado de dirección debido a la atmósfera, las nubes o partículas en el aire. En un día nublado, por ejemplo, solo recibimos radiación difusa.
La suma de la radiación directa y difusa es la radiación total que llega a un lugar. La cantidad de radiación que recibe un punto de la Tierra depende del ángulo en que los rayos solares inciden sobre la superficie. Los rayos del Sol llegan a la Tierra de forma casi paralela. Sin embargo, la inclinación de la superficie terrestre con respecto a estos rayos varía según la latitud y la hora del día.
Debemos evitar exponernos al sol por mucho tiempo, ya que puede dañar nuestra piel, causando envejecimiento, manchas o arrugas, y aumentando el riesgo de cáncer de piel. Para protegernos, es bueno usar ropa adecuada o crema solar, especialmente los primeros días de exposición.
Ondas de radio del Sol
En 1942, los radares detectaron por primera vez ondas de radio que venían del Sol. Hoy en día, los radiotelescopios estudian estas ondas. Las ondas de radio más cortas provienen de la parte baja de la cromosfera del Sol, y las más largas, de la corona solar. Cuando el Sol está muy activo, con muchas manchas y erupciones, las emisiones de radio aumentan y pueden ocurrir "radio tempestades" o explosiones intensas. Se cree que estas erupciones expulsan partículas a gran velocidad que pueden llegar a la Tierra y causar "tempestades magnéticas".
La radiación solar en la Tierra
La mayor parte de la energía que llega a nuestro planeta viene del Sol. El Sol emite energía en forma de radiación electromagnética, que incluye diferentes tipos de ondas con distintas longitudes. Algunas, como las ondas de radio, son muy largas, mientras que otras, como los rayos X o los rayos gamma, son muy cortas y tienen mucha energía.
La energía que llega a la parte exterior de la atmósfera terrestre es una cantidad fija llamada constante solar (aproximadamente 1353 W/m²). Esta energía es una mezcla de radiación ultravioleta, luz visible y radiación infrarroja.
Radiación ultravioleta
La radiación ultravioleta (UV) tiene una longitud de onda corta y mucha energía. Los rayos UV de menos de 300 nm pueden dañar las moléculas de ADN, que son vitales para la vida. Afortunadamente, la parte alta de la atmósfera, especialmente la capa de ozono, absorbe estas ondas.
Es muy importante protegernos de la radiación UV, ya que está relacionada con el cáncer de piel. Aunque haya nubes, es crucial protegerse, porque algunas nubes no bloquean los rayos UV y pueden incluso intensificarlos.
Radiación infrarroja
La radiación infrarroja tiene longitudes de onda más largas y menos energía. Su efecto principal es aumentar el movimiento de las moléculas, lo que provoca un aumento de la temperatura. El dióxido de carbono (CO2), el vapor de agua y las nubes absorben mucha radiación infrarroja.
La atmósfera actúa como un filtro, distribuyendo la energía solar para que solo una parte llegue a la superficie terrestre. Parte de la energía es absorbida por la atmósfera, otra parte se refleja de vuelta al espacio, y el resto llega a la Tierra y luego es reemitida. Este proceso crea un equilibrio térmico.
Una parte de la energía reemitida por la Tierra es absorbida por la atmósfera, lo que causa el efecto invernadero.
Capas de la atmósfera y la radiación
La atmósfera terrestre tiene unos 10.000 km de altura y se divide en varias capas:
Troposfera
Es la capa más baja de la atmósfera, desde el nivel del mar hasta unos 16 km de altura. Es muy densa y contiene la mayor parte del aire, vapor de agua (formando nubes) y polvo. Aquí llegan la luz visible y los rayos UV que logran atravesar las capas superiores. Es la capa donde vivimos.
Estratosfera
Se encuentra por encima de la troposfera y tiene un espesor de unos 60 km. Aquí hay menos vapor de agua y polvo. Contiene dióxido de carbono (CO2) que ayuda a bloquear la radiación. En medio de la estratosfera está la ozonosfera, una capa de unos 15 km de espesor con mucho ozono (O3). Esta capa absorbe casi toda la radiación ultravioleta peligrosa del Sol, protegiéndonos.
Mesosfera
Tiene unos 20 km de espesor. Sus capas superiores tienen concentraciones de sodio. La temperatura en esta capa puede variar mucho. Aquí se encuentra la capa D, que refleja las ondas de radio largas durante el día, pero desaparece por la noche, permitiendo que las ondas de radio viajen más lejos.
Ionosfera
Es una zona de la atmósfera donde los gases están parcialmente ionizados por la radiación solar, lo que la hace muy buena conductora de electricidad. Esta capa es muy útil para las telecomunicaciones porque refleja las ondas de radio de vuelta a la Tierra.
Tipos de energía absorbida
Energía absorbida por la atmósfera
En un día claro, aproximadamente tres cuartas partes de la energía solar que llega del espacio alcanzan la superficie terrestre. La atmósfera absorbe casi toda la radiación ultravioleta y gran parte de la infrarroja. La energía que llega al nivel del mar suele ser un 49% radiación infrarroja, un 42% luz visible y un 9% radiación ultravioleta. En un día nublado, se absorbe un porcentaje mucho mayor de energía, especialmente en la zona infrarroja.
Energía absorbida por la vegetación
Las plantas absorben energía de todo el espectro solar, pero especialmente de la luz visible. Usan parte de esta energía para la fotosíntesis, el proceso que les permite crecer.
Balance de energía y el efecto invernadero
La temperatura media de la Tierra se mantiene en unos 15 grados Celsius. Si no tuviéramos atmósfera, la temperatura sería de unos -18 grados Celsius. Esta diferencia de 33 grados Celsius, que es muy buena para la vida en el planeta, se debe al efecto invernadero. La temperatura se mantiene constante porque la Tierra devuelve al espacio la misma cantidad de energía que recibe.
El efecto invernadero no significa que la energía se quede atrapada para siempre en la Tierra. Lo que ocurre es que se retrasa su salida. La energía que recibimos del Sol es una mezcla de radiación ultravioleta, visible e infrarroja. Sin embargo, la energía que la Tierra devuelve es principalmente infrarroja.
Las radiaciones que vienen del Sol provienen de un cuerpo a 6000 grados Celsius, pero las radiaciones que la superficie de la Tierra devuelve corresponden a un cuerpo a 15 grados Celsius. Por eso, las radiaciones reflejadas tienen longitudes de onda más largas. Estas ondas están en la zona infrarroja y son absorbidas por gases como el dióxido de carbono (CO2), el vapor de agua y el metano. Esto retrasa la salida de la energía de la Tierra al espacio, creando el efecto invernadero que mantiene nuestro planeta a una temperatura adecuada para la vida.
Aumento de la temperatura global
Durante el siglo XX, se ha observado un aumento de la temperatura global, y se espera que siga subiendo en las próximas décadas. Esto preocupa a los científicos porque el calentamiento global afecta el clima, la producción de alimentos, la salud y la economía. Además de la temperatura, también han aumentado en la atmósfera gases como el dióxido de carbono (CO2), el metano (CH4) y el óxido nitroso (N2O). También han aparecido los gases clorofluorocarbonados (CFC).
El aumento de estos gases en la atmósfera es una consecuencia de las actividades humanas, como la calefacción, la industria, la agricultura y el transporte. La acumulación de estos gases contribuye al calentamiento del planeta.
Energía interna de la Tierra
La temperatura dentro de la Tierra aumenta a medida que se profundiza, llegando a unos 5000 grados Celsius en el núcleo interno. La principal fuente de esta energía es la descomposición de elementos químicos radiactivos en el manto. Esta energía interna es la responsable de los movimientos de las placas tectónicas, lo que causa volcanes, terremotos, el movimiento de los continentes y la formación de montañas.
Radiación cósmica
Desde diferentes partes del Universo llegan a la parte alta de la atmósfera radiaciones de longitudes de onda muy cortas, llamadas radiación cósmica primaria. Cuando estas radiaciones chocan con las moléculas de la atmósfera, se convierten en radiación secundaria, que son rayos ultravioleta. Las moléculas de oxígeno (O2) absorben estas radiaciones y se transforman en ozono (O3). A su vez, el ozono absorbe más radiaciones. De esta manera, el oxígeno y el ozono protegen la Tierra de las radiaciones cósmicas más peligrosas.
Aplicaciones de la energía solar
La energía solar tiene muchas aplicaciones, como la iluminación, el calentamiento y la generación de electricidad.
Uso directo
Una aplicación directa de la energía solar es usar la luz del Sol para iluminar. Otra aplicación común es secar ropa o productos en procesos de producción sencillos.
Bombas de calor
Las bombas de calor aprovechan la energía del aire calentado por el Sol para calentar agua o sistemas de calefacción.
Energía térmica
La energía solar se puede usar para calentar sistemas que luego climatizan viviendas, proporcionan calefacción, refrigeración o secado. Existen centrales solares térmicas que generan energía usando el calor del Sol.
Energía fotovoltaica
La energía solar fotovoltaica produce electricidad directamente de la radiación solar. Esto se logra con dispositivos llamados células fotovoltaicas, que están hechas de materiales semiconductores como el silicio.
Este tipo de energía se usa para producir electricidad a gran escala para redes eléctricas, pero también puede alimentar aparatos y viviendas aisladas. La fabricación de células solares ha crecido mucho debido a la demanda de energías renovables.
La electricidad generada se puede usar al instante (por ejemplo, para bombear agua) o se puede guardar en baterías para usarla de noche. Incluso se puede vender el exceso de electricidad a la red general.
Hornos solares
Los hornos solares son una aplicación de los concentradores de alta temperatura. El más grande, en los Pirineos, usa muchos espejos para concentrar la luz solar y alcanzar temperaturas de hasta 4000 grados Celsius. Son útiles para investigaciones que necesitan temperaturas muy altas en ambientes limpios.
Enfriamiento solar
También se puede producir frío usando la energía solar como fuente de calor en un proceso llamado enfriamiento por absorción. Se necesitan temperaturas superiores a 150 grados Celsius para que estos sistemas funcionen bien.
Galería de imágenes
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Espectro de la irradiancia solar en la parte superior de la atmósfera
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El efecto escudo de la atmósfera terrestre sobre la radiación solar. La imagen superior es la irradiación solar media anual (o insolación) en la parte superior de la atmósfera terrestre (Top Of Atmosphere-TOA); la imagen inferior muestra la insolación anual que llega a la superficie de la Tierra después de atravesar la atmósfera. Debe tenerse en cuenta que las dos imágenes utilizan la misma escala de color.
Véase también
En inglés: Sunlight Facts for Kids
- Sol
- Energía solar
- Energía solar espacial
- Luz solar
- Atmósfera
- Viento solar
- Intensidad de radiación solar ultravioleta
