miniaturadeimagen|La luz visible, como la luz solar, transporta energía radiante, utilizada en la generación de energía solar.|322x322px
En física, y particularmente en radiometría, la energía radiante es la energía de la radiación electromagnética y de la radiación gravitacional. Como forma de energía, su unidad en el SI es el joule (J). La cantidad de energía radiante se puede calcular integrando el flujo radiante (potencia radiante) con respecto al tiempo. El símbolo Qe se utiliza frecuentemente en la literatura para denotar energía radiante (el subíndice "e" proviene de "energético", para distinguirla de las cantidades fotométricas). En otras ramas de la física, la energía electromagnética suele representarse con E o W. El término se emplea particularmente cuando una fuente emite radiación electromagnética hacia su entorno, ya sea visible o invisible al ojo humano.
Uso e historia de la terminología El término "energía radiante" se emplea con mayor frecuencia en los campos de la radiometría, la energía solar, la calefacción y la iluminación, aunque ocasionalmente también se utiliza en otros campos, como las telecomunicaciones. En aplicaciones modernas que involucran la transmisión de energía de un punto a otro, "energía radiante" se usa a veces para referirse a las propias ondas electromagnéticas, más que a su energía (una propiedad de las ondas). Históricamente, también se ha utilizado el término "energía electro-radiante".
El término "energía radiante" también se aplica a la radiación gravitacional. Por ejemplo, las primeras ondas gravitacionales observadas fueron producidas por la colisión de un agujero negro binario, que emitió aproximadamente 5,3 × 1047 julios de energía en forma de ondas gravitacionales.
Análisis físico miniaturadeimagen|Radiación de Cherenkov brillando en el núcleo de un reactor nuclear TRIGA.|300x300px
Debido a que la radiación electromagnética (EM) puede conceptualizarse como un flujo de fotones, la energía radiante puede entenderse como energía del fotón: la energía transportada por estos fotones. Alternativamente, la radiación EM puede considerarse una onda electromagnética que transporta energía en sus campos eléctrico y magnético oscilantes. Estas dos visiones son completamente equivalentes y se reconcilian en la teoría cuántica de campos (véase dualidad onda-partícula).
La radiación EM puede tener diversas frecuencias. Las bandas de frecuencia presentes en una señal EM determinada pueden ser discretas (como en los espectros atómicos) o continuas (como en la radiación de cuerpo negro). En la descripción corpuscular, la energía transportada por cada fotón es proporcional a su frecuencia (E = hν, donde h es la constante de Planck y ν la frecuencia). En la descripción ondulatoria, la energía de una onda monocromática es proporcional a su intensidad (cuadrado de la amplitud del campo). Esto implica que, para dos ondas EM de igual intensidad pero diferente frecuencia, la de mayor frecuencia contiene menos fotones, ya que cada fotón es más energético.
Cuando las ondas electromagnéticas son absorbidas por un material, su energía se convierte típicamente en calor (o en electricidad en el caso de un material fotoeléctrico). Este es un fenómeno familiar: la luz solar calienta las superficies que irradia. Aunque este fenómeno suele asociarse con la radiación infrarroja, cualquier tipo de radiación electromagnética puede calentar un objeto que la absorba. Las ondas electromagnéticas también pueden ser reflejadas o dispersadas, en cuyo caso su energía se redirige o redistribuye.
La densidad de energía radiante (energía por unidad de volumen) para un campo electromagnético en el vacío está dada por:
donde ε0 es la permitividad del vacío, μ0 la permeabilidad magnética del vacío, E la magnitud del campo eléctrico y B la magnitud del campo magnético.
Sistemas abiertos La energía radiante es uno de los mecanismos por los cuales la energía puede entrar o salir de un sistema abierto. Estos sistemas pueden ser artificiales, como un colector de energía solar, o naturales, como la atmósfera terrestre.
En geofísica y climatología, la mayoría de los gases atmosféricos, incluidos los gases de efecto invernadero (CO2, CH4, H2O), permiten que la energía radiante de onda corta proveniente del Sol atraviese la atmósfera y caliente la superficie terrestre (suelo y océanos). La energía solar absorbida es reemitida parcialmente como radiación de onda larga (principalmente infrarroja), parte de la cual es absorbida por los gases de efecto invernadero, contribuyendo al efecto invernadero natural. La energía radiante producida en el Sol es el resultado de reacciones de fusión nuclear en su núcleo.
Aplicaciones La energía radiante se utiliza en diversas aplicaciones tecnológicas y científicas.
Calefacción radiante: se emplea para calefacción de espacios mediante lámparas infrarrojas o sistemas de suelo radiante. La energía térmica se emite desde una superficie cálida (suelo, pared, techo) y calienta personas y objetos directamente, sin calentar el aire intermedio. Esto permite que la temperatura del aire sea menor que en sistemas convencionales, manteniendo una sensación de confort similar.
Generación de energía solar: la radiación solar se convierte en electricidad mediante células fotovoltaicas (efecto fotoeléctrico) o en calor mediante colectores térmicos.
Sensores y detectores: muchas aplicaciones involucran una fuente de energía radiante y un detector que responde a dicha radiación, generando una señal proporcional a alguna característica de la radiación (intensidad, longitud de onda, polarización). Los detectores de energía radiante producen respuestas como cambios en potencial eléctrico, corriente eléctrica o exposición de una película fotográfica.
Otras aplicaciones: tratamiento de materiales (curado por UV), inspección industrial (rayos X), separación y clasificación (espectroscopía), sistemas de control y comunicaciones (fibras ópticas, comunicaciones por láser).
Unidades de radiometría SI
Véase también Energía luminosa Luminiscencia Potencia Radiometría Estándar Federal 1037C Transmisión Sistema abierto Efecto fotoeléctrico Fotodetector Célula fotovoltaica Célula fotoeléctrica Radiación de cuerpo negro Constante solar
Referencias
Otras lecturas
Enlaces externos Radiant energy – Encyclopaedia Britannica Radiometry – National Institute of Standards and Technology (NIST)
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