ANALISIS DEL TRABAJO

La radiación solar como recurso energético

Radiación electromagnética

Llamemos radiación electromagnética, o ondas electromagnéticas, oscilaciones de un campo eléctrico - magnético que se propagan en el espacio en forma ondulatoria. Estas ondas, como cualquier onda, están caracterizadas por su frecuencia ν (número de oscilaciones por unidad de tiempo; unidad 1 Hz = 1 s-1) y su longitud deonda λ (distancia entre dos puntos consecutivos con la misma fase de la onda; unidad 1m). La velocidad de propagación, v, de ondas es v = λν (m/s), es decir, la velocidad con que se propaga una onda en el espacio es el producto de la longitud de onda y de la frecuencia de la onda.

Ondas electromagnéticas se generan si un cuerpo con carga eléctrica (electrón, etc.) es acelerado (es decir,si su velocidad cambia). En particular, si un cuerpo con carga eléctrica oscila con una frecuencia ν, se genera una onda electromagnética de la misma frecuencia ν.

Las ondas electromagnéticas se propagan en el espacio libre (vacío) con la velocidad

co ≈ 3 x 108 m/s (“velocidad de la luz”), independiente de su frecuencia (e independiente del sistema de referencia inercial).

Según lalongitud de onda, las ondas electromagnéticas reciben diferentes nombres: rayos gama, rayos X, luz ultravioleta, luz visible, infrarrojo, microondas ondas de radio. El conjunto forma el espectro electromagnético:



En particular, ondas electromagnéticas con una longitud de onda entre (aproximadamente) 0, 38 µm y 0,78 µm ( 1 µm = 10-6 m) representan la luz visible, con una frecuencia entre(aproximadamente) 4 x 1014 Hz y 8 x 1014 Hz. Ondas electromagnéticas con una longitud de onda algo mayor, o menor, que la luz visible son llamadas “luz infrarrojo”, o “luz ultravioleta”, respectivamente.

Con la descripción ondulatoria se puede explicar bien ciertas características de la radiación electromagnética, en particular los fenómenos de difracción e interferencia. Pero para poderexplicar su interacción con la materia, se debe asignar a la radiación electromagnética también un carácter corpuscular: la radiación está compuesta por fotones, “partículas” que se mueven con la velocidad de la luz y que tienen una energía E = hν, es decir, la energía de un fotón es proporcional a la frecuencia ν de la radiación. La constante de proporcionalidad, h, es llamada constante de Planck, ytiene el valor

h = 6,6 x 10 34 Js (Joules segundos; el producto de energía con tiempo es llamado acción). (El concepto del fotón fue introducido en 1905 por Albert Einstein para poder explicar el efecto fotoeléctrico.)


Radiación térmica

Debido al movimiento térmico aleatorio de los electrones y núcleos (estas partículas tienen cargas eléctricas, y este movimiento implica aceleracionescontinuas), toda materia emite radiación electromagnética, llamada radiación térmica.

Por otro lado, basada en las leyes de la termodinámica se puede demostrar que un cuerpo que absorbe toda radiación electromagnética, llamado cuerpo negro, emite más radiación que cualquier otro cuerpo que está a la misma temperatura, y que el espectro de la radiación emitida por un cuerpo negro es un espectrocontinuo que depende solamente de su temperatura.

Esto es la famosa Ley de Planck, cuya deducción por Max Planck en 1900 representa el comienzo de la física moderna, basada en el mecánica cuántica (Planck ha introducido por primera vez la idea de la cuantificación de la radiación en paquetes de energía de magnitud hν):



E(λ,T) es la densidad espectral de la radiación de un cuerpo negro quese encuentra a la temperatura T (medido en Kelvin K = °C + 273), y da la energía, por unidad de tiempo, unidad de área y unidad de longitud de onda, que emite este cuerpo.

Según la temperatura, esta “radiación térmica” corresponde a diferentes rangos del espectro electromagnético. En particular, si la temperatura es en el rango de algunos miles de Kelvin, una parte del espectro es en el...