Radiación térmica para niños
La radiación térmica o radiación calorífica es la energía que emite un objeto debido a su temperatura. Esta energía viaja en forma de radiación electromagnética, que es como la luz o las ondas de radio. Se produce por el movimiento de las pequeñas partículas cargadas (como los electrones y protones) que forman la materia.
Todos los objetos que tienen una temperatura por encima del cero absoluto (que es la temperatura más fría posible) emiten radiación térmica. La cantidad y el tipo de radiación que emiten dependen de su temperatura y de la longitud de onda de la radiación. La radiación térmica es una de las formas principales en que el calor se mueve de un lugar a otro.
Los objetos ideales, llamados cuerpos negros, emiten radiación térmica de una manera muy específica cuando están en equilibrio termodinámico (es decir, cuando su temperatura es constante y uniforme). La Ley de Planck describe cómo se distribuye esta radiación según la temperatura. La ley de Wien nos dice qué tipo de radiación (qué color o longitud de onda) es la más intensa, y la ley de Stefan-Boltzmann calcula la energía total que emite un objeto.
A temperatura ambiente, la mayoría de los objetos emiten radiación infrarroja, que no podemos ver pero sí sentir como calor. Cuando los objetos están muy calientes, la radiación térmica puede incluir luz visible, y por eso podemos saber la temperatura de algo por su color (por ejemplo, el metal al rojo vivo). Los pirómetros son instrumentos que usan esta idea para medir temperaturas a distancia.
Contenido
¿Cómo se produce la radiación térmica?
La radiación térmica es la emisión de ondas electromagnéticas por cualquier material que tenga una temperatura superior al cero absoluto. Es como si la energía térmica (el calor) se transformara en energía electromagnética.
La energía térmica es la energía de movimiento de los átomos y moléculas dentro de un material. Como los átomos tienen partículas con carga eléctrica (protones y electrones), su movimiento hace que estas cargas se aceleren. Cuando las cargas se aceleran, generan campos electromagnéticos y emiten pequeñas partículas de luz llamadas fotones. Estos fotones son los que transportan la energía fuera del objeto.
Las características de la radiación térmica dependen de la superficie del objeto que la emite, como su temperatura y su capacidad para absorber y emitir radiación. La ley de Kirchhoff nos dice que un objeto que absorbe bien la radiación también la emite bien, y viceversa.
La radiación térmica no es de un solo tipo de luz, sino que incluye un rango continuo de energías, como un arcoíris de diferentes longitudes de onda.
¿Qué es un cuerpo negro?
Cuando un objeto está en equilibrio termodinámico y puede absorber la máxima cantidad de radiación en todas las longitudes de onda, se le llama cuerpo negro. Un cuerpo negro es también un emisor perfecto de radiación. La radiación que emite un cuerpo negro se llama radiación de cuerpo negro. La emisividad es una medida de qué tan bien un objeto real emite radiación en comparación con un cuerpo negro.
La ley de Planck explica cómo la distribución de la radiación de un objeto depende de su temperatura. La ley del desplazamiento de Wien nos dice que la longitud de onda donde un objeto emite más energía es inversamente proporcional a su temperatura. Por eso, el Sol, que está muy caliente, emite mucha luz visible (y por eso lo vemos amarillo-blanco). Los objetos menos calientes, como nosotros, emiten principalmente en el rango infrarrojo, que no podemos ver.
La energía total que un objeto emite aumenta mucho con la temperatura. Si un objeto duplica su temperatura, irradia 16 veces más energía por cada parte de su superficie.
¿Cómo se transfiere el calor por radiación?
La radiación térmica es una de las tres formas principales en que el calor se mueve, junto con la conducción (cuando el calor pasa por contacto directo) y la convección (cuando el calor se mueve con un fluido, como el aire o el agua).
La forma en que un objeto interactúa con la radiación que recibe se describe con esta ecuación:
Aquí, 
es la parte de la radiación que el objeto absorbe, 
es la parte que refleja, y 
es la parte que transmite (deja pasar a través de él).
Por ejemplo, una superficie que no deja pasar nada de radiación (
) solo puede absorber o reflejar (
). Un espejo perfecto refleja toda la radiación (
), sin absorber ni transmitir nada. En los objetos reales, estas propiedades cambian según el tipo de radiación (su longitud de onda).
Una persona, a temperatura ambiente, pierde una cantidad importante de energía en forma de radiación infrarroja. Nuestra piel es muy buena emitiendo esta radiación. Aunque perdemos calor, también absorbemos calor de los objetos que nos rodean, lo que ayuda a mantener nuestro cuerpo a una temperatura estable.
Calcular cómo se transfiere el calor por radiación es muy importante para diseñar cosas como los paneles solares, los hornos y los calentadores de agua.
¿Cómo afecta la superficie a la radiación?
Las superficies de colores claros y blancas absorben menos luz visible y, por lo tanto, se calientan menos bajo el sol. Sin embargo, para la radiación térmica que emitimos a temperaturas normales (como la de una habitación), el color no influye tanto. Esto se debe a que la mayoría de los objetos emiten bien en el infrarrojo lejano, que es la parte principal de la radiación térmica a esas temperaturas.
Las superficies metálicas brillantes son diferentes, ya que reflejan bien tanto la luz visible como la radiación infrarroja. Por eso, se usan en el aislamiento térmico de multicapas en naves espaciales, para evitar que el calor se escape o entre.
El efecto invernadero es un ejemplo de cómo funciona la radiación térmica. Materiales como el vidrio o la atmósfera terrestre dejan pasar la luz visible del sol, pero son menos transparentes para la radiación infrarroja que emiten los objetos calientes (como la Tierra). Esto hace que el calor se quede atrapado, calentando el planeta o el interior de un invernadero.
Galería de imágenes
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Variación de la distribución de la radiación térmica en función de la temperatura del objeto en el caso de un cuerpo negro. La distribución para objetos reales depende de la emisividad del objeto.
Véase también
En inglés: Thermal radiation Facts for Kids
