Radiación
La radiación es la transferencia de calor por ondas electromagnéticas, como la luz infrarroja, que viajan a través del espacio vacío sin necesitar materia.
Definition
La radiación es calor que viaja como ondas de luz invisibles, principalmente infrarrojas a temperaturas cotidianas, y a diferencia de la conducción y la convección no necesita ningún medio, así que puede cruzar el vacío, que es cómo el calor del Sol llega a la Tierra a través del espacio vacío. Todos los objetos emiten radiación; los objetos más calientes emiten más y a longitudes de onda más cortas, las superficies oscuras y opacas la absorben y la emiten bien, y las superficies brillantes y claras la reflejan. Una superficie a temperatura absoluta $T$ irradia una potencia $P = \sigma \epsilon A T^4$ (la ley de Stefan-Boltzmann), donde $\sigma = 5.67 \times 10^{-8}\ \text{W/(m}^2\cdot\text{K}^4)$ y $\epsilon$ es la emisividad; la longitud de onda máxima sigue la ley de Wien, $\lambda_{\max} T = 2.90 \times 10^{-3}\ \text{m}\cdot\text{K}$, y el intercambio neto con el entorno es $P_{\text{net}} = \sigma \epsilon A (T^4 - T_0^4)$.
Example
Párate cerca de una fogata y tu rostro se siente cálido aunque el aire entre tú y el fuego no esté caliente, porque ese calor llegó por radiación; la luz solar entrega unos $1{,}000\ \text{W}$ a cada metro cuadrado de suelo, así que una manta oscura de $2\ \text{m}^2$ dejada al sol absorbe aproximadamente $1{,}800\ \text{W}$ mientras que una blanca del mismo tamaño refleja la mayor parte y permanece más fresca. La piel humana a $306\ \text{K}$ con $\epsilon \approx 0.97$ y área de $1.7\ \text{m}^2$ en una habitación a $293\ \text{K}$ irradia un neto $P = 5.67 \times 10^{-8} \times 0.97 \times 1.7 \times (306^4 - 293^4) \approx 130\ \text{W}$, con la longitud de onda máxima en $\lambda = 2.90 \times 10^{-3}/306 \approx 9.5\ \mu\text{m}$, infrarrojo profundo.
Key Insight
Todo lo que está cálido brilla con luz infrarroja invisible, incluyéndote a ti, que es lo que ven las cámaras de visión nocturna, y un termo mantiene calientes las bebidas bloqueando los tres métodos de transferencia de calor a la vez: un vacío detiene la conducción y la convección mientras que una superficie interior espejada refleja la radiación de vuelta. La dependencia en $T^4$ es brutal: duplicar la temperatura absoluta multiplica la potencia irradiada por $16$, por eso un elemento de horno al rojo vivo pierde calor abrumadoramente por radiación en vez de por conducción al aire.