La radiación es un proceso físico cuyo resultado es la transferencia de energía mediante ondas electromagnéticas. El proceso inverso a la radiación se llama absorción. Consideremos este tema con más detalle y también demos ejemplos de radiación en la vida cotidiana y la naturaleza.
Física de la aparición de la radiación
Cualquier cuerpo consta de átomos, que, a su vez, están formados por núcleos cargados positivamente, y electrones, que forman capas de electrones alrededor de los núcleos y están cargados negativamente. Los átomos están dispuestos de tal manera que pueden estar en diferentes estados de energía, es decir, pueden tener tanto energía más alta como más baja. Cuando un átomo tiene la energía más baja, se dice que es su estado fundamental, cualquier otro estado de energía del átomo se llama excitado.
La existencia de diferentes estados de energía de un átomo se debe a que sus electrones pueden estar ubicados en ciertos niveles de energía. Cuando un electrón se mueve de un nivel superior a uno inferior, el átomo pierde energía, que irradia al espacio circundante en forma de fotón, una partícula portadora.ondas electromagnéticas. Por el contrario, la transición de un electrón de un nivel inferior a uno superior va acompañada de la absorción de un fotón.
Hay varias formas de transferir el electrón de un átomo a un nivel de energía más alto, que involucran la transferencia de energía. Esto puede ser tanto el impacto en el átomo considerado de la radiación electromagnética externa como la transferencia de energía por medios mecánicos o eléctricos. Además, los átomos pueden recibir y luego liberar energía a través de reacciones químicas.
Espectro electromagnético
Antes de pasar a los ejemplos de radiación en física, cabe señalar que cada átomo emite ciertas porciones de energía. Esto sucede porque los estados en los que puede estar un electrón en un átomo no son arbitrarios, sino estrictamente definidos. En consecuencia, la transición entre estos estados va acompañada de la emisión de una cierta cantidad de energía.
Se sabe por la física atómica que los fotones generados como resultado de transiciones electrónicas en un átomo tienen una energía que es directamente proporcional a su frecuencia de oscilación e inversamente proporcional a la longitud de onda (un fotón es una onda electromagnética que se caracteriza por velocidad de propagación, longitud y frecuencia). Dado que un átomo de una sustancia solo puede emitir un cierto conjunto de energías, significa que las longitudes de onda de los fotones emitidos también son específicas. El conjunto de todas estas longitudes se denomina espectro electromagnético.
Si la longitud de onda de un fotónse encuentra entre 390 nm y 750 nm, entonces hablan de luz visible, ya que una persona puede percibirla con sus propios ojos, si la longitud de onda es menor a 390 nm, entonces tales ondas electromagnéticas tienen alta energía y se llaman ultravioleta, rayos x o radiación gamma. Para longitudes superiores a 750 nm, es característica una pequeña energía fotónica, se denominan radiación infrarroja, micro o radio.
Radiación térmica de cuerpos
Todo cuerpo que tiene alguna temperatura distinta del cero absoluto irradia energía, en este caso hablamos de radiación térmica o térmica. En este caso, la temperatura determina tanto el espectro electromagnético de la radiación térmica como la cantidad de energía emitida por el cuerpo. Cuanto más alta es la temperatura, más energía irradia el cuerpo al espacio circundante y más se desplaza su espectro electromagnético a la región de alta frecuencia. Los procesos de radiación térmica están descritos por las leyes de Stefan-Boltzmann, Planck y Wien.
Ejemplos de radiación en la vida cotidiana
Como se mencionó anteriormente, absolutamente cualquier cuerpo irradia energía en forma de ondas electromagnéticas, pero este proceso no siempre se puede ver a simple vista, ya que las temperaturas de los cuerpos que nos rodean suelen ser demasiado bajas, por lo que su espectro se encuentra en la baja frecuencia invisible para el área humana.
Un ejemplo sorprendente de radiación en el rango visible es una lámpara incandescente eléctrica. Pasando en espiral, la corriente eléctrica calienta el filamento de tungsteno hasta 3000 K. Una temperatura tan alta hace que el filamento emita ondas electromagnéticas, máximoque caen en la parte de longitud de onda larga del espectro visible.
Otro ejemplo de radiación en el hogar es el horno microondas, que emite microondas invisibles al ojo humano. Estas ondas son absorbidas por objetos que contienen agua, lo que aumenta su energía cinética y, en consecuencia, su temperatura.
Finalmente, un ejemplo de radiación en la vida cotidiana en el rango infrarrojo es el radiador de un radiador. No vemos su radiación, pero sentimos su calor.
Objetos radiantes naturales
Quizás el ejemplo más sorprendente de radiación en la naturaleza es nuestra estrella, el Sol. La temperatura en la superficie del Sol es de unos 6000 K, por lo que su máxima radiación cae en una longitud de onda de 475 nm, es decir, se encuentra dentro del espectro visible.
El sol calienta los planetas a su alrededor y sus satélites, que también comienzan a brillar. Aquí es necesario distinguir entre la luz reflejada y la radiación térmica. Así, nuestra Tierra se puede ver desde el espacio en forma de bola azul precisamente por la luz solar reflejada. Si hablamos de la radiación térmica del planeta, también tiene lugar, pero se encuentra en la región del espectro de microondas (unas 10 micras).
Además de la luz reflejada, es interesante dar otro ejemplo de radiación en la naturaleza, que está asociada con los grillos. La luz visible que emiten no tiene nada que ver con la radiación térmica y es el resultado de una reacción química entre el oxígeno atmosférico y la luciferina (sustancia contenida en las células de los insectos). Este fenómeno esel nombre de bioluminiscencia.
