Energía radiante
En física, y en particular medida por radiometría, la energía radiante es la energía de la radiación electromagnética y gravitacional. Como energía, su unidad SI es el julio (J). La cantidad de energía radiante se puede calcular integrando el flujo (o potencia) radiante con respecto al tiempo. El símbolo Qe se utiliza a menudo en toda la literatura para denotar energía radiante ("e" para "energético", para evitar confusión con cantidades fotométricas). En ramas de la física distintas de la radiometría, la energía electromagnética se denomina E o W. El término se utiliza particularmente cuando una fuente emite radiación electromagnética al entorno circundante. Esta radiación puede ser visible o invisible para el ojo humano.
Uso e historia de la terminología
El término "energía radiante" Se utiliza más comúnmente en los campos de la radiometría, la energía solar, la calefacción y la iluminación, pero a veces también se utiliza en otros campos (como las telecomunicaciones). En aplicaciones modernas que implican la transmisión de energía de un lugar a otro, la "energía radiante" A veces se utiliza para referirse a las ondas electromagnéticas mismas, en lugar de a su energía (una propiedad de las ondas). En el pasado, el término "energía electroradiante" también se ha utilizado.
El término "energía radiante" También se aplica a la radiación gravitacional. Por ejemplo, las primeras ondas gravitacionales jamás observadas fueron producidas por la colisión de un agujero negro que emitió aproximadamente 5,3×10 47 julios de energía de ondas gravitacionales.
Análisis
Dado que la radiación electromagnética (EM) puede conceptualizarse como una corriente de fotones, la energía radiante puede verse como energía fotónica: la energía transportada por estos fotones. Alternativamente, la radiación EM puede verse como una onda electromagnética, que transporta energía en sus campos eléctricos y magnéticos oscilantes. Estos dos puntos de vista son completamente equivalentes y se reconcilian entre sí en la teoría cuántica de campos (ver dualidad onda-partícula).
La radiación EM puede tener varias frecuencias. Las bandas de frecuencia presentes en una señal EM determinada pueden estar claramente definidas, como se ve en los espectros atómicos, o pueden ser amplias, como en la radiación de un cuerpo negro. En la imagen de partículas, la energía transportada por cada fotón es proporcional a su frecuencia. En la imagen de las ondas, la energía de una onda monocromática es proporcional a su intensidad. Esto implica que si dos ondas EM tienen la misma intensidad, pero diferentes frecuencias, la que tiene la frecuencia más alta "contiene" las ondas EM. menos fotones, ya que cada fotón es más energético.
Cuando un objeto absorbe las ondas EM, la energía de las ondas se convierte en calor (o en electricidad en el caso de un material fotoeléctrico). Este es un efecto muy familiar, ya que la luz del sol calienta las superficies que irradia. A menudo, este fenómeno se asocia particularmente con la radiación infrarroja, pero cualquier tipo de radiación electromagnética calentará un objeto que la absorba. Las ondas electromagnéticas también pueden reflejarse o dispersarse, en cuyo caso su energía también se redirige o redistribuye.
Sistemas abiertos
La energía radiante es uno de los mecanismos por los cuales la energía puede entrar o salir de un sistema abierto. Un sistema de este tipo puede ser creado por el hombre, como un colector de energía solar, o natural, como la atmósfera terrestre. En geofísica, la mayoría de los gases atmosféricos, incluidos los gases de efecto invernadero, permiten que la energía radiante de longitud de onda corta del Sol pase a la superficie de la Tierra, calentando el suelo y los océanos. La energía solar absorbida se reemite parcialmente en forma de radiación de longitud de onda más larga (principalmente radiación infrarroja), parte de la cual es absorbida por los gases de efecto invernadero atmosféricos. La energía radiante se produce en el sol como resultado de la fusión nuclear.
Aplicaciones
La energía radiante se utiliza para la calefacción radiante. Puede generarse eléctricamente mediante lámparas infrarrojas o absorberse de la luz solar y usarse para calentar agua. La energía térmica se emite desde un elemento cálido (suelo, pared, panel superior) y calienta a las personas y otros objetos en las habitaciones en lugar de calentar directamente el aire. Debido a esto, la temperatura del aire puede ser más baja que en un edificio con calefacción convencional, aunque la habitación parezca igual de cómoda.
Se han ideado otras aplicaciones de la energía radiante. Estos incluyen tratamiento e inspección, separación y clasificación, medio de control y medio de comunicación. Muchas de estas aplicaciones implican una fuente de energía radiante y un detector que responde a esa radiación y proporciona una señal que representa alguna característica de la radiación. Los detectores de energía radiante producen respuestas a la energía radiante incidente, ya sea como un aumento o disminución del potencial eléctrico o del flujo de corriente o algún otro cambio perceptible, como la exposición de una película fotográfica.
Unidades de radiometría SI
| Cantidad | Dependencia | Dimensión | Notas | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Nombre | Signatura | Nombre | Signatura | Signatura | ||||
| Energía radiante | Qe | joule | J | M⋅L2⋅T −2 | Energía de radiación electromagnética. | |||
| Densidad energética radiante | we | joule per cubic metre | J/m3 | M⋅L−1⋅T −2 | Energía radiante por volumen de unidad. | |||
| Flujo radiante | CCPRe | # | W = J/s | M⋅L2⋅T −3 | Energía radiante emitida, reflejada, transmitida o recibida, por unidad de tiempo. Esto también se llama "poder radiante", y se llama luminosidad en la Astronomía. | |||
| Flujo espectral | CCPRe,. | watt per hertz | W/Hz | M⋅L2⋅T −2 | Flujo radiante por frecuencia de unidad o longitud de onda. Este último se mide comúnmente en W⋅nm−1. | |||
| CCPRe,λ | watt per metre | W/m | M⋅L⋅T −3 | |||||
| Intensidad radiante | IeΩ | watt per steradian | W/sr | M⋅L2⋅T −3 | Flujo radiante emitido, reflejado, transmitido o recibido, por ángulo sólido unidad. Esto es un direccional cantidad. | |||
| Intensidad espectral | IEΩ,. | watt per steradian per hertz | W⋅sr−1⋅ Hz−1 | M⋅L2⋅T −2 | Intensidad radiante por frecuencia de unidad o longitud de onda. Este último se mide comúnmente en W⋅sr−1⋅nm−1. Esto es un direccional cantidad. | |||
| IEΩ,λ | watt per steradian per metre | W⋅sr−1⋅m−1 | M⋅L⋅T −3 | |||||
| Radiance | LeΩ | watt per steradian per square metre | W⋅sr−1⋅m−2 | M⋅T −3 | Flujo radiante emitido, reflejado, transmitido o recibido por superficie, por unidad ángulo sólido por área proyectada. Esto es un direccional cantidad. Esto es a veces también confuso llamado "intensidad". | |||
| Radiante espectral Intensidad específica | LEΩ,. | watt per steradian per square metre per hertz | W⋅sr−1⋅m−2⋅ Hz−1 | M⋅T −2 | Radiancia de un superficie por frecuencia de unidad o longitud de onda. Este último se mide comúnmente en W⋅sr−1⋅m−2⋅nm−1. Esto es un direccional cantidad. Esto también se llama confusivamente "intensidad del espectro". | |||
| LEΩ,λ | watt per steradian per square metre, per metre | W⋅sr−1⋅m−3 | M⋅L−1⋅T −3 | |||||
| Irradiance Densidad de flujo | Ee | watt per square metre | W/m2 | M⋅T −3 | Flujo radiante recibidos por a superficie por unidad. Esto es a veces también confuso llamado "intensidad". | |||
| Radiación espectral Densidad del flujo espectral | Ee,. | watt per square metre per hertz | W⋅m−2⋅ Hz−1 | M⋅T −2 | Irradiance of a superficie por frecuencia de unidad o longitud de onda. Esto a veces también se llama confusivamente "intensidad del espectro". Unidades no-SI de densidad de flujo espectral incluyen jansky (1 Jy = 10−26W⋅m−2⋅ Hz−1) y unidad de flujo solar (1 sfu = 10−22W⋅m−2⋅ Hz−1 = 104Jy). | |||
| Ee,λ | watt per square metre, per metre | W/m3 | M⋅L−1⋅T −3 | |||||
| Radiosidad | Je | watt per square metre | W/m2 | M⋅T −3 | Flujo radiante salir emitido, reflejado y transmitido por superficie por unidad. Esto es a veces también confuso llamado "intensidad". | |||
| Radios espectrales | Je,. | watt per square metre per hertz | W⋅m−2⋅ Hz−1 | M⋅T −2 | Radiosidad de un superficie por frecuencia de unidad o longitud de onda. Este último se mide comúnmente en W⋅m−2⋅nm−1. Esto también se llama confusivamente "intensidad del espectro". | |||
| Je,λ | watt per square metre, per metre | W/m3 | M⋅L−1⋅T −3 | |||||
| Salida radiante | Me | watt per square metre | W/m2 | M⋅T −3 | Flujo radiante emitidas por a superficie por unidad. Este es el componente emitido de la radiosidad. "Radiant emittance" es un antiguo término para esta cantidad. Esto es a veces también confuso llamado "intensidad". | |||
| Salida espectacular | Me,. | watt per square metre per hertz | W⋅m−2⋅ Hz−1 | M⋅T −2 | Salida radiante de un superficie por frecuencia de unidad o longitud de onda. Este último se mide comúnmente en W⋅m−2⋅nm−1. "Emisión Espetral" es un antiguo término para esta cantidad. Esto a veces también se llama confusivamente "intensidad del espectro". | |||
| Me,λ | watt per square metre, per metre | W/m3 | M⋅L−1⋅T −3 | |||||
| Exposición radiante | He | joule per square metre | J/m2 | M⋅T −2 | Energía radiante recibida por superficie por área unidad, o irradiación equivalente de un superficie integrado con el tiempo de irradiación. Esto se llama a veces también "griencia descarada". | |||
| Exposición espectral | He,. | joule per square metre per hertz | J⋅m−2⋅ Hz−1 | M⋅T −1 | Exposición radiante de un superficie por frecuencia de unidad o longitud de onda. Este último se mide comúnmente en J⋅m−2⋅nm−1. Esto se llama a veces también "fluencia espectro". | |||
| He,λ | joule por metro cuadrado, por metro | J/m3 | M⋅L−1⋅T −2 | |||||
| ||||||||
- ^ Las organizaciones de estándares recomiendan que las cantidades radiométricas se denoten con sufijo "e" (para "energético") para evitar confusión con cantidades fotométricas o fotones.
- ^ a b c d e símbolos alternativos a veces vistos: W o E para energía radiante, P o F para el flujo radiante, I para la irradiación, W para salida radiante.
- ^ a b c d e f g Las cantidades espectaculares dadas por frecuencia de unidad se denotan con sufijo "." (Carta griega nu, no confundirse con una letra "v", indicando una cantidad fotométrica.)
- ^ a b c d e f g Las cantidades espectaculares dadas por longitud de onda de unidad se denotan con sufijo "λ".
- ^ a b Las cantidades direccionales se denotan con sufijo "Ω".
Notas y referencias
- ^ "Energía radiante". Federal standard 1037C
- ^ George Frederick Barker, Física: Curso avanzado, página 367
- ^ Hardis, Jonathan E., "Visibilidad de la Energía Radiante". PDF.
- ^ Ejemplos: US 1005338 "Aparatos de transmisión", US 1018555 "Signaling by electroradiant energy", and US 1597901 "Aparato radio".
- ^ Kennefick, Daniel (2007-04-15). Viajando a la velocidad del pensamiento: Einstein y la búsqueda de las olas gravitacionales. Princeton University Press. ISBN 978-0-691-11727-0. Retrieved 9 de marzo 2016.
- ^ Sciama, Dennis (17 de febrero de 1972). "Cuartando las pérdidas de la galaxia". New Scientist: 373. Retrieved 9 de marzo 2016.
- ^ Abbott, B.P. (11 de febrero de 2016). "Observación de las Olas Gravitacionales de un Merger de Hole Negro binario". Cartas de revisión física. 116 (6): 061102. Código:2016PhRvL.116f1102A. doi:10.1103/PhysRevLett.116.061102. PMID 26918975.
- ^ Moran, M.J. y Shapiro, H.N., Fundamentos de la Termodinámica de Ingeniería, Capítulo 4. "Mass Conservation for an Open System", 5th Edition, John Wiley y Sons. ISBN 0-471-27471-2.
- ^ Robert W. Christopherson, Geosistemas elementales, Cuarta Edición. Prentice Hall, 2003. Páginas 608. ISBN 0-13-101553-2
- ^ James Grier Miller y Jessie L. Miller, La Tierra como un sistema.
- ^ Transformación energética. assets.cambridge.org. (extract)
- ^ US 1317883 "Método de generación de energía radiante y proyectando lo mismo a través del aire libre para producir calor"
- ^ Clase 250, Energía Radiante, USPTO. Marzo 2006.
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