Energía radiante

    Energía emitida por un cuerpo cuando se calienta, propagándose en forma de ondas electromagnéticas sin necesidad de soporte material alguno. Esta energía también recibe el nombre de radiación.

    Para una determinada sustancia, la radiación emitida por unidad de superficie y de tiempo es función de la temperatura a que se halle dicho cuerpo. Si se representan en unos ejes de coordenadas las longitudes de onda, en abscisas, y la cantidad de energía emitida por unidad de tiempo y por unidad de longitud de onda, se obtiene una serie de gráficas correspondientes a cada valor de la temperatura.

    En cada una de ellas, la energía emitida se compone de un conjunto de ondas electromagnéticas de diferentes longitudes de onda y su cuantía por unidad de tiempo, a su correspondiente temperatura, puede ser determinada, mediante el cálculo integral, hallando la superficie que encierra con el eje de abscisas.

    La representación gráfica mencionada nos permite observar que, si la temperatura aumenta, también aumenta la energía radiada y que, por otra parte, las longitudes de onda de las ondas electromagnéticas correspondientes van disminuyendo con el incremento térmico.

    A partir de cierta temperatura, unos 300 ºC, la energía radiante de un cuerpo es transmitida por ondas infrarrojas (así denominadas por poseer frecuencias menores que las que corresponden a la radiación roja) y a unos 3000 ºC, la radiación emitida es de tan corta longitud de onda que el cuerpo parece blanco. Este último fenómeno es el que se da en los filamentos de tungsteno de las bombillas de incandescencia.

    La  determinación experimental de la energía radiante de un cuerpo fue realizada, en 1879, por Josef Stefan, basándose en investigaciones anteriores llevadas a cabo por John Tyndall. El resultado, que se conoce como ley de Stefan, afirma que la energía radiante emitida por un material es directamente proporcional a la cuarta potencia de su temperatura absoluta. Designado a ésta por T, la energía emitida, E, será por tanto:

    En esta igualdad, e es un valor típico del material que forma el cuerpo y que se llama poder emisivo. Su valor oscila entre 0 y 1. Por su parte, s es una constante de valor 5,6699·10-8 en el Sistema Internacional.

    En condiciones ambientales, es decir, sin recibir aportes calóricos extraordinarios, todo cuerpo considerado desde el punto de vista energético se halla habitualmente en equilibrio con los que le rodean. Esto explica el hecho de que los materiales no emitan toda su energía interna hasta agotarla, ya que, si bien es cierto que irradian energía, también la reciben de los cuerpos que se encuentran en sus alrededores.

    La situación se rige por una mecánica similar a la que gobierna la transmisión de calor. Si el cuerpo en cuestión está a una temperatura superior a la de su medio ambiente, cederá energía radiante y tenderá a enfriarse. Si, por el contrario, se halla a menor temperatura, absorberá energía radiante de los que le rodean, lo que conducirá a su calentamiento, y sólo si se halla a temperatura ambiente, el intercambio energético será inexistente.

    Cuando un cuerpo se halla en un recinto cerrado, si no hay estímulos térmicos sobre él, su temperatura permanece constante, a pesar de estar recibiendo energía de su entorno, parte de la cual se refleja. La única explicación posible a este hecho es considerar que la energía que recibe es compensada con la que emite, la cual debe ser igual a la anterior y, además, difundida a la misma velocidad que ella.

    Esto nos indica que si una sustancia es buena o mala emisora, en correspondencia, también será una buena o mala receptora, respectivamente. Lógicamente, si un cuerpo es un mal receptor, ello será consecuencia de que no absorbe mayoritariamente la energía que recibe, sino que la refleja y, por ello será un buen reflector. Esta relación es reversible, lo que significa que si un material es buen reflector ello es signo de que es un mal receptor.

    En consecuencia, cuando se desea que un cuerpo no absorba calor, se le rodea de una superficie reflectante. Un ejemplo es el caso de los termos, cuya pared del vaso está recubierta de una película de plata.

    Contrariamente, un cuerpo capaz de absorber toda la energía que le llega sería el receptor perfecto. Estos materiales, que producirán una energía reflejada nula, se llaman cuerpos negros ideales y, en la práctica no existen, aunque hay sustancias aproximadas, tales como el negro de humo, capaz de absorber el 99% de la energía que le llega. En los cuerpos negros ideales, el poder emisivo es igual a la unidad.