Conceptos de Radiación Infrarroja

La totalidad de todas las ondas electromagnéticas se llama espectro electromagnético. Parte del espectro electromagnético es, por ejemplo, la luz visible. El espectro electromagnético también, según el rango de longitud de onda respectivo, se clasifica según el tipo de radiación respectiva. Ejemplos son la radiación gamma, rayos X, radiación UV y radiación infrarroja. La proporción respectiva del espectro electromagnético se denomina rango espectral.

La radiación infrarroja ocurre predominantemente en el rango espectral de 0.7 μm a 80 μm. La emisión de ondas electromagnéticas en este rango espectral es sinónimo de propagación térmica. La propagación de la radiación infrarroja, dependiendo de la geometría de la fuente de radiación puede ser o en todas las direcciones (por ejemplo, sol) o dirigida en fuentes de radiación planas. La radiación, que se libera como radiación RI (Radiación Infrarroja) desde la fuente de radiación, se propaga de manera ondulante en el espacio.

La radiación RI se emite no solo de manera uniforme con una determinada longitud de onda (por ejemplo, 8,5 micras). El rango espectral infrarrojo se divide en 3 bandas por razones físicas y técnicas. De acuerdo con DIN 5031, las bandas IR­A (RI de onda corta // 0.7 ­ 1.4 μ), IR­B (RI de onda media // 1.4 ­ 3.0 μ), IR­C (RI de onda larga / / 3.0 ­ 80.0 μ).
Cuando la radiación RI golpea un cuerpo, una parte de la radiación RI es absorbida por él. La absorción de este componente de radiación provoca un aumento de la temperatura del cuerpo.

El hecho de que un cuerpo solo pueda absorber parcialmente la radiación RI tiene diferentes causas. Un hecho físico relevante para el proceso de absorción es que la energía térmica solo se puede transferir de cuerpos de temperatura más alta a cuerpos de temperatura más baja. Esto también se aplica independientemente de la transferencia de energía por radiación (por ejemplo, calentamiento por contacto). También debe tenerse en cuenta que existe una interacción de radiación entre el emisor y el absorbedor, es decir, que el absorbente emite radiación RI durante el proceso de absorción.

Una razón por la cual un cuerpo solo puede absorber parcialmente toda la radiación RI es la naturaleza de su estructura molecular. La naturaleza de la estructura molecular de un cuerpo define simultáneamente su capacidad para absorber la radiación RI en un rango de longitud de onda definida. Este rango de longitud de onda representa su espectro de absorción. Cabe señalar que hay cuerpos o materiales que tienen máximos de absorción múltiples en los que absorben componentes de radiación RI de manera similar. Así como un emisor emite radiación RI a diferentes longitudes de onda, también lo hace un cuerpo o material que encuentra radiación RI. Dado que los materiales tienen una estructura molecular diferente, pueden a cierta temperatura (p. Ej. Temperatura ambiente) se puede detectar un espectro de absorción individual. Los componentes de radiación que no corresponden a este espectro de absorción son transmitidos (transmisión) o reflejados. Estos componentes de radiación no contribuyen al calentamiento del material.

De las leyes físicas explicadas anteriormente, ahora es posible derivar la regla general de que un buen absorbente también debe ser un buen emisor al mismo tiempo. Sin embargo, a veces hay diferencias considerables con respecto al rango de longitud de onda en el que un material dado absorbe más de lo que emite a una temperatura dada. La siguiente lista compara la absorción solar total α para la radiación solar y la emisividad total ε a T = 300 K para los siguientes materiales:

materialαε
Convertura0.820.91
Nieve0.300.95

El ejemplo de la nieve muestra que puede absorber la radiación solar con solo 0.30. La razón de esto es su superficie blanca reflectante en un rango espectral dado de radiación solar. La nieve se derrite lentamente a pesar de la luz del sol. Sin embargo, si la nieve recibe una radiación RI de onda larga, por ejemplo, por la radiación de una pared cálida de la casa, el grado de absorción de la nieve sería mayor. Podría alcanzar un valor de hasta ε 0.91, que es su emisión máxima al mismo tiempo. En este ejemplo, se descuida el efecto de la convección. Otro ejemplo de las diferencias relacionadas con el material en cuanto a emisiones y absorción son las láminas metálicas especialmente recubiertas que se utilizan para fabricar paneles solares. Para ellos, el coeficiente de absorción es α 0,

La observación de estas diferencias relacionadas con el material en términos de absorción y emisión no está en contradicción con el hecho de que un buen emisor también es un buen absorbente al mismo tiempo. Las diferencias mencionadas en los ejemplos pretenden ilustrar que la absorción y la emisión dependen de la intensidad de radiación respectiva dentro de un rango de longitud de onda.

A continuación se mencionan algunas leyes de radiación, por medio de las cuales las leyes físicas de la radiación IR son teórica y experimentalmente comprensibles:

Ley de radiación de Planck

Ley de radiación de Kirchhoff Ley Stefan Boltzmann

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