Radiación térmica

La radiación difiere con respecto a los otros dos mecanismos de transferencia de calor en que no requiere la presencia de un medio material para llevarse a efecto. De hecho, la transferencia de energía por radiación es la más rápida (a la velocidad de la luz) y no sufre atenuación en el vacío. Asimismo, la transferencia por radiación ocurre en los sólidos así como en los líquidos y los gases.

El fundamento teórico de la radiación fue establecido en 1864 por el físico James Clerk Maxwell, quien postuló que las cargas aceleradas o las corrientes eléctricas cambiantes dan lugar a campos eléctricos y magnéticos. Estos campos que se mueven con rapidez se llaman ondas electromagnéticas o radiación electromagnética y representan la energía emitida por la materia como resultado de los cambios en las configuraciones electrónicas de los átomos o moléculas.

En 1887 Heinrich Hertz demostró en forma experimental su existencia. Las ondas electromagnéticas transportan energía del mismo modo que las otras ondas y viajan a la velocidad de la luz en el vacío, la cual es C_0=2.9979〖x10〗^8 m/s. Las ondas electromagnéticas se caracterizan por su frecuencia o su longitud de onda λ. Estas dos propiedades en un medio están relacionadas por:

λ= c/v

En donde c es la velocidad de propagación de una onda en ese medio. La velocidad de propagación en un medio está relacionada con la velocidad de la luz en el vacío por c= C_0⁄n, en donde n es el índice de refracción de ese medio.

La unidad de uso común para la longitud de onda es el micrómetro (mm) o micra. A diferencia de la longitud de onda y de la velocidad de propagación, la frecuencia de una onda electromagnética sólo depende de la fuente y es independiente del medio a través del cual viaja. La frecuencia (el número de oscilaciones por segundo) de una onda electromagnética puede variar desde un millón de Hz hasta un cuatrillón de Hz o más, dependiendo de la fuente.

Ha probado ser útil concebir la radiación electromagnética como la propagación de una colección de paquetes discretos de energía llamados fotones o cuantos, como propuso Max Planck en 1900, en conjunción con su teoría cuántica. En esta concepción, cada fotón de frecuencia n se considera que tiene una energía de:

e=hv= hc/λ

En es h=6.626069〖x10〗^(-34) J.s la constante de Planck.

Radiación térmica.

La radiación electromagnética que se encuentra en la práctica abarca una amplia gama de longitudes de onda, que varían desde menos de 〖10〗^(-10) µm, para los rayos cósmicos, hasta más de 〖10〗^10 µm, para las ondas de energía eléctrica. El espectro electromagnético también incluye los rayos gamma, los rayos X, la radiación ultravioleta, la luz visible, la radiación infrarroja, la radiación térmica, las microondas y las ondas de radio.

Los diferentes tipos de radiación electromagnética se producen a través de varios mecanismos. Por ejemplo, los rayos gamma son producidos por las reacciones nucleares, los rayos X por el bombardeo de metales con electrones de alta energía, las microondas por tipos especiales de tubos electrónicos, como los klistrones y los magnetrones, y las ondas de radio por la excitación de algunos cristales o por el flujo de corriente alterna por conductores eléctricos.

El tipo de radiación electromagnética que resulta pertinente para la transferencia de calor es la radiación térmica emitida como resultado de las transiciones energéticas de las moléculas, los átomos y los electrones de una sustancia. La temperatura es una medida de la intensidad de estas actividades en el nivel microscópico y la rapidez de la emisión de radiación térmica se incrementa al aumentar la temperatura. La radiación térmica es emitida en forma continua por toda la materia cuya temperatura está por arriba del cero absoluto, e incluye toda la radiación visible y la infrarroja (IR), así como parte de la radiación ultravioleta (UV).

Lo que llamamos luz es sencillamente la parte visible del espectro electromagnético que se encuentra entre 0.40 y 0.76 µm. Desde el punto de vista de sus características, la luz no es diferente a la demás radiación electromagnética, excepto en que dispara la sensación de visión en el ojo humano. Un cuerpo que emite alguna radiación en el rango visible recibe el nombre de fuente luminosa. Es obvio que el Sol es nuestra principal fuente luminosa. La

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