La radiación térmica es una forma de energía térmica fundamental en la física y la ciencia de los materiales. A menudo pasa desapercibida en nuestra vida diaria, pero el 49% de la energía que nos llega del Sol lo hace en forma de radiación térmica.
Este tipo de energía es la responsable de mantener nuestro planeta caliente, cocinar nuestros alimentos y alimentar muchas de las tecnologías que utilizamos a diario.
En este artículo, explicaremos qué es la radiación térmica, cómo funciona, sus aplicaciones y su importancia en el mundo moderno.
¿Qué es la radiación térmica?
La radiación térmica, también conocida como radiación de calor o radiación infrarroja, es el proceso mediante el cual un objeto emite energía en forma de ondas electromagnéticas debido a su temperatura.
A diferencia de la conducción térmica y la convección térmica, la radiación térmica no requiere un medio material para propagarse. En otras palabras, la radiación térmica puede viajar a través del vacío del espacio.
Todos los objetos emiten radiación térmica
Para entender este fenómeno, es esencial recordar que todos los objetos emiten radiación térmica siempre que tengan una temperatura por encima del cero absoluto, que es la temperatura más baja posible (-273.15 grados Celsius o 0 Kelvin).
El Espectro electromagnético
El espectro electromagnético abarca todas las formas de radiación electromagnética, desde las ondas de radio hasta los rayos gamma. La radiación térmica se encuentra en la región infrarroja del espectro, que se ubica entre las microondas y la luz visible.
Aunque no podemos ver la radiación térmica directamente, podemos detectarla y utilizarla en muchas aplicaciones.
Ley de Stefan-Boltzmann: relación entre temperatura y radiación
La radiación térmica es el resultado de la agitación de las partículas dentro de un objeto debido a su temperatura. Cuanto más caliente esté un objeto, más energía cinética tendrán sus partículas y, por lo tanto, más radiación térmica emitirá.
La ley de Stefan-Boltzmann describe la relación entre la temperatura de un objeto y la cantidad total de energía radiada por unidad de superficie. Esta ley establece que la energía radiada por unidad de superficie es directamente proporcional a la cuarta potencia de la temperatura absoluta del objeto, según la siguiente ecuación:
E=σ⋅T4
Donde:
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E es la energía radiada por unidad de superficie (en vatios por metro cuadrado, W/m²).
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σ es la constante de Stefan-Boltzmann (5.67×10−8 W/(m²·K⁴)).
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T es la temperatura absoluta del objeto en kelvins (K).
Esta ecuación muestra que a temperaturas más altas, la cantidad de energía radiada es significativamente mayor.
Ejemplos de radiación térmica
La radiación térmica tiene una amplia gama de aplicaciones en la vida cotidiana y en campos científicos y tecnológicos.
Algunos ejemplos de sus aplicaciones más destacadas incluyen:
Calefacción y cocina
La radiación térmica es fundamental en electrodomésticos como hornos y microondas, donde se utiliza para calentar alimentos. Los elementos calefactores emiten radiación infrarroja que calienta directamente los objetos y alimentos, lo que acelera el proceso de cocción.
Energía solar
La radiación térmica del Sol es la fuente principal de energía para nuestro planeta. Los paneles solares térmicos aprovechan esta radiación para calentar agua y generar electricidad, sobre todo en las grandes plantas de energía solar térmica.
Cámaras térmicas
Las cámaras térmicas utilizan la radiación infrarroja para detectar diferencias de temperatura en objetos y organismos vivos.
Estas cámaras tienen aplicaciones en campos como la búsqueda y rescate, la seguridad y la medicina.
Climatización y refrigeración
Sistemas de climatización y refrigeración utilizan la radiación térmica en combinación con otros procesos para controlar la temperatura en edificios, vehículos y dispositivos electrónicos.
Ciencia espacial
En la exploración espacial, la radiación térmica es una preocupación importante. Los materiales aeroespaciales se diseñan para resistir las condiciones extremas del espacio, incluyendo la exposición a la radiación solar intensa y la liberación controlada de calor generado por los equipos.
Energía geotérmica
La energía geotérmica aprovecha el calor interno de la Tierra para generar electricidad y proporcionar calefacción. En regiones geotérmicamente activas, como Islandia, este tipo de energía es especialmente valioso.
La radiación térmica en una central nuclear
Una central nuclear emite radiación térmica en el momento en que la fisión nuclear tiene lugar en el núcleo del reactor. En este proceso, los núcleos atómicos de uranio se dividen en elementos químicos más pequeños, liberando una inmensa cantidad de energía en forma de calor.
Esta energía térmica resultante hace que la temperatura del núcleo del reactor aumente significativamente. A medida que la temperatura del núcleo se eleva, se emite radiación térmica en forma de radiación infrarroja, la cual es invisible para el ojo humano pero es una manifestación directa de la alta temperatura en el interior del reactor.
Esta radiación térmica es una parte integral de la operación de una central nuclear y se utiliza como fuente de calor para calentar agua y producir el vapor que impulsa las turbinas que generan electricidad.
La radiación térmica es una etapa intermedia en la conversión de la energía nuclear en energía eléctrica, y su control preciso es esencial para garantizar el funcionamiento seguro y eficiente de la central nuclear.
