¿Qué es la radiación? ¿Cómo ocurre la transferencia de calor por radiación? ¿Cuáles son los métodos e información de transferencia de calor?
El sol es nuestra principal fuente de calor, luz y la mayoría de las otras formas de energía. Pero la transferencia de calor del sol a la tierra no puede explicarse por ninguno de los métodos que has estudiado hasta ahora. Tanto en la conducción como en la convección, el calor es transferido por las moléculas de algún material. La atmósfera se extiende alrededor de 500 millas sobre la superficie de la tierra. Más allá de la atmósfera, el resto de los 93 millones de millas al sol es espacio. Y en el espacio, las moléculas están muy separadas. Sin embargo, sabes que de alguna manera la tierra recibe calor del sol. Entonces debe haber algún método de transferencia de calor sin moléculas.
Los científicos han descubierto que la energía del sol llega a la tierra en la forma conocida como energía radiante. Esta forma de energía puede dejar el material del que proviene y disparar a través del espacio o del aire. Viaja a la tremenda velocidad de 186,000 millas por segundo. Esto es lo mismo que la velocidad de la luz, que es solo la variedad de energía radiante que podemos ver. La energía radiante se mueve en todas las direcciones desde su origen. Decimos que irradia, porque se extiende desde el centro en líneas rectas o rayos. En el Experimento 4, puedes descubrir cómo se transfiere el calor mediante el método llamado radiación.
La energía radiante no es calor, pero puede transformarse en calor. Cuando la energía radiante golpea materiales que pueden absorberla, hace que las moléculas de los materiales se muevan más rápido. Entonces la energía radiante se transforma en energía calorífica. A menudo has sentido el sol brillando a través de una ventana en un día frío. El aire exterior estaba frío y los vidrios de las ventanas estaban fríos. La energía radiante del sol estaba pasando por el aire y el vidrio sin calentarlos demasiado. Pero cuando la energía radiante golpeó su ropa y su cuerpo, fue absorbida y transformada en calor, lo que lo hizo sentir tibio.
Cuando la energía radiante golpea un material, pueden ocurrir tres cosas diferentes: (1) La energía radiante puede pasar directamente. (2) Puede ser reflejado. (3) Puede ser absorbido y transformado en calor. Por lo general, la energía radiante se refleja parcialmente y se absorbe parcialmente. Los materiales transparentes dejan pasar mucha energía radiante. Ellos reflejan algunos y absorben un poco de eso. Los materiales con superficies livianas y brillantes son pobres absorbentes de energía radiante, ya que reflejan la mayor parte de la luz que los impacta. Sin embargo, los materiales que tienen superficies oscuras y apagadas son buenos absorbentes.
Algunas personas piensan que la energía radiante que las calienta es la luz del sol o un fuego. Esta idea solo es parcialmente verdadera. La luz es una variedad de energía radiante. Puede calentar un poco las cosas cuando se absorbe y se transforma en calor. Cuando notamos que el calor se transfiere por radiación, la luz casi siempre proviene de la misma fuente. Entonces, es probable que pensemos que la luz en realidad nos calienta más de lo que lo hace. Pero la mayor parte de la energía radiante que se transforma en calor es energía que no se puede ver. Es principalmente la variedad de energía radiante conocida por todos nosotros como rayos infrarrojos.
El calor pasa de las cosas más cálidas a las más frías. Cuando solo hay aire o espacio entre los objetos, el calor se transfiere por radiación. Casi todos los objetos dan algo de energía radiante. Un objeto caliente produce mucha energía radiante, mientras que un objeto más frío cercano produce menos. Cada objeto recibe y absorbe energía radiante del otro, pero el objeto más frío recibe más energía de la que envía. En este momento, tu cuerpo está emitiendo energía radiante. Al mismo tiempo, las paredes de la sala te irradian energía. Dado que la energía radiante es invisible, por lo general no se nota. Sin embargo, si las paredes dejaran de irradiar, casi te congelarías. Tu cuerpo seguiría irradiando su energía, pero no recibirías energía a cambio. Las paredes frías en una habitación te permiten refrescarte rápidamente a pesar de que el aire a tu alrededor es cálido.
Ahora puedes entender cómo la transferencia de calor por radiación es bastante diferente de la transferencia de calor por conducción y convección. En la radiación, no se necesitan moléculas para transferir el calor. La energía se irradia desde el sol o un fuego a través del espacio o el aire directamente a los materiales. Esta energía pasa a través de materiales transparentes, como el aire y el vidrio, sin calentarlos demasiado. Pero cuando la energía radiante es absorbida por un material y cambia a calor, las moléculas del material se mueven más rápido. Entonces el material se siente más cálido.
