“Hoy tienes un destello especial”

2018/11/15 Irene Urcelay Olabarria - Irakasle atxikia Fisika Aplikatua II Sailean/EHU | Raquel Fuente Dacal - Irakasle atxikia Matematika Aplikatua Sailean/EHU | Iñigo González de Arrieta Martínez - Doktoregaia Fisika Aplikatua II Sailean/EHU | Telmo Echániz Ariceta - Irakasle atxikia Matematika Aplikatua Sailean/EHU Iturria: Elhuyar aldizkaria

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Los orígenes del parpadeo pueden ser la emisión de luz o la reflexión de la luz. Analicemos el brillo y el de un diamante de la llama de una vela que vemos a simple vista. Si se introduce una vela encendida en una habitación oscura, su llama parpadea, es decir, la llama emite luz. En la misma habitación, a oscuras, si se introduce un diamante, sin embargo, no se ve, no emite luz. Por tanto, cuando vemos que el diamante parpadea, sólo vemos la luz que refleja.

La propia luz es la onda, la onda electromagnética. En función de la longitud de onda, existen diferentes tipos de ondas electromagnéticas: ondas de radio, microondas, infrarrojos, luz visible, ultravioleta, rayos X y rayos{. Hasta 1800 se pensó que el Sol sólo emitía luz visible. Entonces F. W. El científico y astrónomo Herschel analizó la luz proveniente del Sol con un termómetro de mercurio simple y descubrió los rayos infrarrojos, mediante un prisma que separó la luz en colores y analizó la temperatura de cada color. Herschel se sorprendió al comprobar que la temperatura del termómetro aumentaba bajo los rayos rojos en una zona sin color. Estos rayos fueron llamados rayos infrarrojos. El Sol emite rayos infrarrojos, luz visible y rayos ultravioleta.

El ojo humano sólo es sensible a la luz visible, es decir, a una parte muy pequeña del espectro electromagnético. Por tanto, en concreto, el diamante del ejemplo anterior no emite luz visible en la oscuridad. ¿Pero emite otro tipo de luz?

Todo cuerpo emite haces de ondas electromagnéticas. El diamante emite rayos electromagnéticos en esa habitación oscura (pero no luz visible). Las estrellas de Hollywood, los ojos de los enamorados y cualquier otra persona. La intensidad de la luz emitida por los cuerpos depende de la temperatura de ese cuerpo. En general, cuanto mayor es la temperatura, menor es la longitud de onda emitida por las cosas. Los cuerpos a temperatura ambiente emiten ondas de la parte infrarroja del espectro, por lo que el ojo humano no puede ver directamente esa luz. Por otra parte, si se calientan los cuerpos, en ocasiones, se ponen al rojo vivo, ya que la radiación que emiten se hace visible. Debido a su relación con la temperatura, este tipo de radiación se denomina radiación térmica. El ser humano ha utilizado esta propiedad sin conocer las bases físicas para diferentes aplicaciones. Por ejemplo, los artesanos del vidrio calientan el vidrio y saben si el vidrio está o no a la temperatura adecuada para ser elaborado en función de la intensidad y color de la luz que emite. Lo mismo podríamos decir de los herreros. Entre los animales hay serpientes sensibles a los rayos infrarrojos, lo que les permite detectar presas en momentos de poca o sin luz. Si el ojo humano fuera sensible a la luz infrarroja, lo veríamos en la oscuridad que conocemos.

Hay un tipo especial de cuerpo: cuerpo negro. Es un objeto teórico o ideal que se caracteriza por ser un absorbente perfecto que permite el paso al interior de toda la radiación que incide sobre la superficie, es decir, no refleja nada, además de absorber toda la radiación que pasa al volumen. Así, no transmite nada. Además, la termodinámica permite demostrar que el absorbente energético perfecto es también el emisor perfecto. El cuerpo negro emite más radiación que cualquier otro cuerpo a la misma temperatura. Al tratarse de un objeto teórico, se pueden realizar aproximaciones reales utilizando, por ejemplo, una cavidad aislada. Se analiza la radiación procedente de un pequeño orificio de una cámara aislada. La radiación que entra por este orificio permanece en él, el sistema lo absorbe y la luz emitida depende de la temperatura de la cavidad. Otro objeto singular que puede considerarse como un cuerpo negro es la piel humana. La corteza, que se encuentra a 33ºC, emite principalmente rayos infrarrojos y, además, emite más radiación de longitud de onda de 5-20 ?m que cualquier otro cuerpo que se encuentre a esa temperatura, es decir, la longitud de onda es prácticamente el emisor perfecto en este rango. Por ello, en las cámaras de rayos infrarrojos que se utilizan para la visión nocturna o oscura, las mayores intensidades de destellos son los emitidos por las personas, lo que permite su correcta identificación.

La intensidad máxima de radiación emitida por el cuerpo negro está relacionada con su temperatura. Por tanto, la detección de la radiación emitida por el cuerpo negro permite calcular directamente la temperatura corporal. Esta propiedad se utiliza para determinar la temperatura de las estrellas o la temperatura de las personas sin tener que tocar, por ejemplo. Pero, ¿es posible conocer la temperatura de los cuerpos que no son cuerpos negros analizando la radiación que emiten? Sí, veamos cómo.

Mediante la técnica de radiometría se analiza la energía emitida por los cuerpos y transmitida por ondas electromagnéticas. A la hora de realizar las mediciones en el laboratorio, el cuerpo que queremos estudiar se coloca a la temperatura que nos convenga y se recibe la radiación que emite. También se recoge una serie de ondas electromagnéticas emitidas por un cuerpo negro en el mismo estado y se utiliza como referencia. De esta forma se calcula la emisividad de los cuerpos a una temperatura determinada,>. Una vez conocida la emisividad del cuerpo a diferentes temperaturas, la relación entre la radiación y la temperatura corporal es directa, de manera que, analizando la radiación emitida por el cuerpo en todas las condiciones, se puede conocer rápidamente la temperatura a la que se encuentra. Esto es muy útil cuando no es posible medir la temperatura de un material utilizando un termómetro de contacto. Por ejemplo, en las máquinas de corte es muy importante el desgaste, fricción y calor específico del material, entre otras, y estas magnitudes dependen de la temperatura. Desgraciadamente, cuando la máquina está trabajando, la temperatura no se puede medir por contacto, por lo que analizando la radiación emitida por el material y su emisividad se puede conocer en todo momento la temperatura real del material. Esta es la técnica desarrollada en los últimos años para el estudio de la temperatura corporal: la pirometría.

Por otra parte, la medición de la emisividad es muy importante para otras aplicaciones científicas y tecnológicas como la reducción o aumento de las transferencias de calor, la detección o no de cuerpos y el almacenamiento de energía.

El calor se puede propagar de tres formas: por conducción, convección y radiación. Conducción es la transferencia de calor entre cuerpos en contacto. Cuando dos cuerpos no entran en contacto, la transferencia de calor puede producirse por convección, si entre ambos cuerpos hay un fluido, el conductor del calor. Cuando no hay ningún conductor para la propagación del calor, es decir, en el vacío, la radiación es la única forma de producirse la transferencia de calor. Cuando las dos primeras formas no son dominantes, hay que conocer bien la emisividad del cuerpo para saber cuáles son las transferencias de calor. Ejemplos de ello son los hornos que trabajan al vacío o los materiales que se utilizan para aislar en la construcción.

Los cuerpos situados entre la temperatura ambiente y los 2.000 ºC emiten principalmente rayos infrarrojos. Por ello, mediante sensores térmicos se pueden detectar mediante sensores de rayos infrarrojos. En consecuencia, si no se desea que estos cuerpos puedan detectarse, deben construirse o cubrirse con materiales de baja emisividad. Por ejemplo, en las tolvas de motores de varios aviones se utilizan materiales de baja emisividad para evitar que los sensores infrarrojos detecten los aviones.

Lo contrario, es decir, querer utilizar materiales de alta emisividad. Este es el caso de los calentadores, ya que se quiere que se emita la máxima radiación térmica a una temperatura determinada.

Hay materiales selectivos, es decir, que emiten radiación de una parte del espectro y no radiación de otra parte. Son muy interesantes para su uso en paneles solares. Los paneles solares se utilizan para obtener energía eléctrica a través de la radiación procedente del sol. Esta radiación se refiere principalmente a la luz visible del espectro, por lo que los paneles deben absorber dicha radiación. Por ello, deben tener una gran emisividad para estas longitudes de onda especiales. Por otra parte, los paneles deben almacenar esta energía el mayor tiempo posible, lo que implica una mínima emisión de radiación térmica, con una emisividad muy reducida para los rayos infrarrojos.

Después de ver todo esto podemos decir que todo parpadea, que todos parpadeamos. Lo cierto es que el ojo humano no puede ver todo el espectro de la radiación, por lo que no somos conscientes de este fenómeno. De hecho, para muchas aplicaciones tecnológicas es fundamental distinguir cómo es la radiación emitida por los cuerpos.

Por otra parte, la corteza humana presenta características prácticamente negras en el tramo de longitud de onda de 5-20 ?m de la radiación que emite. En ese tiempo todos (casi) brillamos más que nada, más que estrellas, más que diamantes... Pero todos igual. En Hollywood no brillan más. Hay un factor que aumenta la emisividad, la rugosidad. Los materiales rugosos emiten más radiación que los lisos. Por tanto, a medida que avanza la edad y la piel se arruga, en lugar de ir apagándose, vamos encendiendo, somos más claros.