Teoría de la Radiación

  Definiciones


Según el punto de vista clásico de la radiación desarrollado durante los años 20, se consideraba que la radiación electromagnética estaba compuesta por partículas discretas (fotones) a la vez que por ondas electromagnéticas. Aquí se va a utilizar este último concepto. Con esta consideración, la radiación natural es una superposición de las ondas electromagnéticas que se propagan en diferentes direcciones. En el vacío, las ondas electromagnéticas se propagan a la velocidad de la luz c = 2.998 x 108m s-1. En el aire, la velocidad de la luz es ligeramente inferior, aunque esta diferencia se puede despreciar en la mayoría de las situaciones. Una onda electromagnética está caracterizada por su longitud de onda y por su frecuencia , a través de la relación:

La figura inferior muestra un esquema de las distintas regiones del espectro electromagnético. La región comprendida entre las longitudes de onda 0.1 x 10-6 y 100 x 10-6 m es la de mayor interés en meteorología, ya que es la región en la que sol, tierra y atmósfera emiten energía radiativa. Como 10-6 m = 1 m, en meteorología se suele expresar la longitud de onda en m.

La figura muestra las principales regiones del espectro electromagnético.

Las regiones del espectro electromagnético más interesantes para los meteorólogos, son:

  el ultravioleta (0.1 - 0.4 m),
  el visible (0.4 - 0.74 m)
  el infrarrojo cercano (0.74 - 4 m), emitidos por el sol,
  y el infrarrojo (4 - 100 m), emitido por la tierra y la atmósfera.

Normalmente se denomina a la radiación solar, comprendida entre 0.1 - 4 m, radiación de onda corta, mientras que la radiación terrestre y atmosférica, es decir, la comprendida entre 4 - 100 m, se denomina radiación de onda larga.

La luz solar pura es blanca, y está compuesta por los colores primarios: rojo (0.622-0.740 m), naranja (0.592 - 0.622 m), amarillo (0.577 - 0.592 m), verde(0.492 - 0.577 m), azul (0.455 - 0.492 m) y violeta (0.390 - 0.455 m). Esta composición resulta familiar, ya que se puede observar cuando se forma el arco iris.

La cantidad de energía radiante por unidad de tiempo emitida, recibida o transmitida a través de una superficie, se denomina flujo radiante. Sus unidades son: J s-1 = W (Vatio).

El flujo radiante por unidad de superficie se denomina densidad de flujo radiante (unidades: W m-2).

La irradiancia es la densidad de flujo radiante recibido por una superficie (unidades: W m-2).

La emitancia es la densidad de flujo radiante emitido por una superficie (unidades: W m-2).

La irradiancia/emitancia monocromática (o espectral) es la irradiancia/emitancia por unidad de intervalo de longitud de onda, a una longitud de onda determinada (unidades: W m-3; aunque en meteorología se suele expresar en W m-2 m-1). Obsérvese que se puede obtener la irradiancia/emitancia integrando la irradiancia/emitancia monocromática para todas las longitudes de onda.

Los objetos que emiten o reciben radiación se denominan cuerpos.

La absortividad monocromática de un cuerpo es la fracción de irradiancia monocromática recibida que es absorbida por el cuerpo. Toma valores entre 0 y 1. Para un cuerpo negro, la absortividad monocromática es 1 para cualquier longitud de onda. Si la absortividad monocromática de un cuerpo es menor que 1, pero se mantiene constante para todas las longitudes de onda, éste se denomina cuerpo gris.