Espectro de la radiación solar

Debido a los procesos involucrados en la transmisión de la energía desde el núcleo del sol, donde fue generada, hasta su superficie, la radiación solar presenta en realidad muy diversos niveles de intensidad. Simplificando el fenómeno al máximo, podríamos decir que algunas partículas energéticas logran atravesar las diferentes capas del sol sin colisionar demasiado con otras partículas y sin tantos procesos de absorción y conversión, por lo que al salir a la superficie dan lugar a radiaciones de elevada intensidad. Las que por el contrario sufren una gran cantidad de colisiones y transformaciones, perdiendo de esa manera gran parte de su energía, se convierten en radiación de baja intensidad. Entre ambos extremos se encuentran emisiones radiantes en todas las magnitudes posibles.

La intensidad de las distintas manifestaciones de la radiación solar se mide mediante dos parámetros básicos, los cuales guardan una relación inversamente proporcional entre sí: la longitud y la frecuencia de onda. Así, las radiaciones más potentes presentan las mayores frecuencias y las menores longitudes de onda, mientras que las más débiles se caracterizan por sus bajas frecuencias y amplias longitudes de onda. A partir de esos parámetros se ha establecido una clasificación, denominada espectro electromagnético, que define distintos rangos de radiación. El espectro electromagnético se suele representar mediante una banda continua que empieza con los rayos cósmicos, de muy alta frecuencia y pequeñísima longitud de onda, hasta las ondas de radiofrecuencia, de muy baja frecuencia y gran longitud de onda. En los siguientes párrafos se hace una breve descripción de los distintos tipos de radiación definidos por el espectro electromagnético.

Rayos cósmicos

Los rayos cósmicos, que representan la manifestación de energía más alta conocida hasta ahora, son un tipo de radiación denominada corpuscular, es decir, que en realidad no está conformada por ondas electromagnéticas sino por el flujo de partículas subatómicas (electrones, protones, neutrinos y núcleos atómicos, principalmente) que se desplazan en el espacio a velocidades cercanas a la de la luz. El sol emite rayos cósmicos relativamente débiles, generalmente asociados con fenómenos como las llamaradas solares, mientras que los rayos cósmicos de mayor energía se consideran provenientes del espacio exterior. Aun no existe certeza sobre los elementos o fenómenos estelares que generan estos últimos.

A pesar de su enorme carga energética (algunos de ellos podrían atravesar sin dificultad capas de plomo de varios metros de espesor) los rayos cósmicos tienen un efecto reducido en la tierra. Esto se debe en gran parte a su baja densidad, la cual es menor en la medida en que son más intensos. Sin embargo es importante señalar que la atmósfera terrestre también juega un papel fundamental en la absorción de los rayos cósmicos.

Rayos Gama

Los rayos gama, constituidos por fotones de altísima energía, representan el tipo de radiación propiamente electromagnética más poderosa. Sus longitudes de onda se consideran inferiores a los 10 picómetros (pm). La gran mayoría de los rayos gama provienen del sol y del espacio exterior. Estos rayos son absorbidos por la alta atmósfera antes de que lleguen a la superficie terrestre (por lo menos hasta ahora), por lo que para registrarlos se requieren satélites o globos sonda que alcancen una gran altitud. Sin embargo no estamos completamente a salvo de ellos ya que en la tierra existen materiales radiactivos, tanto naturales como producidos por el hombre, que emiten rayos gama.

Debido a su elevada energía, los rayos gama tienen un gran poder de penetración, por lo que para interceptarlos es necesario emplear una gran cantidad de masa, preferentemente de materiales con un alto número atómico y gran densidad, como el plomo. Cuando inciden sobre el cuerpo humano atraviesan sin dificultad sus tejidos y provocan importantes daños en los núcleos de las células, lo cual produce fácilmente enfermedades como el cáncer. Sin embargo, empleados de manera correcta pueden tener aplicaciones benéficas como la esterilización de equipos médicos y alimentos.

Rayos X

Como los rayos gama, los rayos X también están conformados por fotones, aunque de menor intensidad. Estos incluyen un rango de radiaciones electromagnéticas con longitudes de 10 picómetros (pm) a 10 nanómetros (nm).

Los rayos X provenientes del sol y el espacio exterior también son interceptados en su gran mayoría por la alta atmósfera. Sin embargo su producción artificial por parte del hombre es mucho más intensiva que la de los rayos gama. Entre sus campos de aplicación más conocidos se encuentra la radiología, una disciplina médica especializada en la generación de imágenes del interior del cuerpo humano. Entre otros recursos, la radiología aprovecha la capacidad de los rayos X para atravesar los tejidos del cuerpo humano y generar impresiones sobre películas fotográficas. Sin embargo los rayos X también tienen una amplia aplicación en otros campos científicos y tecnológicos. La manera más frecuente de producirlos es mediante un dispositivo llamado precisamente tubo de rayos X.

Si bien no son tan potentes como los rayos gama, los rayos X también pueden ser muy dañinos para el ser humano, sobre todo en los rangos de frecuencias más altas. En el campo de la radiología en realidad se suelen aplicar rayos X de intensidad relativamente baja, pero estos también pueden ser peligrosos si su exposición es prolongada. Por ello las salas de rayos X se suelen proteger mediante láminas de plomo de 0.1 a 5.0 centímetros de espesor (dependiendo de la intensidad de la radiación generada).

Radiación ultravioleta

La radiación ultravioleta (UV) comprende longitudes de onda entre 10 nm y 380 nm. Se le denomina así porque sus longitudes de onda son más cortas que las de la luz violeta (que a su vez se ubica en el extremo de la luz visible). En algunos estudios se diferencia entre la radiación ultravioleta extrema, con longitudes de onda de 10 nm a 200 nm, y la radiación ultravioleta cercana, a la que se le asignan longitudes de onda entre 200nm y 380 nm.

Aunque una pequeña cantidad de radiación UV es necesaria tanto para el ser humano como para las plantas, se ha demostrado que una exposición excesiva, e incluso relativamente moderada, puede resultar perjudicial. Además de generar daños visibles en la piel (pérdida de elasticidad, manchas y arrugas) la radiación UV es capaz de producir mutaciones en las células, llegando a provocar cáncer. Por otro lado, la radiación ultravioleta se ha identificado como una de las principales causas de degradación de algunos materiales empleados en la edificación.

Espectro visible

El espectro visible comprende las radiaciones electromagnéticas con longitudes de onda entre 380 nm y 780 nm. Se le llama así porque representa el estrecho rango de radiaciones que el ojo, o mejor dicho el cerebro humano es capaz de interpretar como luz y color, si bien la mayoría de las personas solo puede percibir las longitudes comprendidas entre 400 nm y 700 nm.

Dentro de ese rango de radiaciones es posible establecer diversas clasificaciones relacionadas con los colores que reconocemos más fácilmente, aunque en realidad los límites entre un color y otro resultan bastante difusos. Una clasificación basada en los colores que conocemos como primarios y secundarios, más o menos aceptada, es la siguiente:

Violeta: 380 – 450 nm
Azul: 450 – 495 nm
Verde: 495 – 570 nm
Amarillo: 570 – 590 nm
Naranja: 590 – 620 nm
Rojo: 620 – 780 nm

La radiación solar nos proporciona el espectro visible más limpio y eficiente. Aunque desde hace más de 100 años somos capaces de producir luz de manera artificial (sin contar la luz generada por el fuego), aun los dispositivos más eficientes generan más calor por unidad de intensidad lumínica que la luz solar.

Radiación infrarroja

Justo después del espectro visible se ubica la radiación infrarroja, llamada así precisamente porqué se encuentra más allá del rango asociado con el color rojo. Esta parte del espectro abarca longitudes de onda comprendidas entre 780 nanómetros (nm) y 1.0 milímetros (mm), aunque suele subdividirse en tres categorías:

Infrarrojo cercano: 780 nm a 2.5 micrómetros (µm)
Infrarrojo medio: 2.5µm a 50µm
Infrarrojo lejano: 50µm a 1mm

Además del espectro visible, los infrarrojos representan el tipo de radiación electromagnética que más fácilmente podemos “percibir”, aunque en este caso lo hacemos a través de los sensores térmicos de nuestra piel. Por ejemplo, percibimos los infrarrojos cercanos cuando nos exponemos directamente a los rayos del sol y cuando nos encontramos cerca del fuego o de un objeto con una elevada temperatura. Los infrarrojos medios y lejanos, por otro lado, son emitidos por cualquier objeto a temperatura terrestre (aproximadamente entre -10°C y 100°C). Los infrarrojos lejanos pueden ser emitidos por cualquier objeto con una temperatura superior al cero absoluto (-273°C).

La radiación infrarroja juega un papel fundamental en el comportamiento térmico de los edificios. Al recibir la radiación solar, los cerramientos aumentan su temperatura y emiten radiación infrarroja con mayor intensidad, contribuyendo a incrementar nuestra sensación de calor. Por otro lado, el fenómeno conocido como “invernadero” está relacionado con la radiación solar de onda corta que ingresa al espacio a través de superficies vidriadas, la cual hace que los elementos constructivos se calienten y emitan radiación de onda larga (infrarrojos). Como estos últimos no pueden atravesar las superficies vidriadas con la misma facilidad que la radiación de onda corta, se genera un proceso de calentamiento paulatino del espacio interior.

Microondas

La radiación de microondas comprende un rango de longitudes de onda que van, de acuerdo a una de las clasificaciones más aceptadas, de 1mm a 30cm. Aunque en algunos estudios se considera parte del espectro de radiofrecuencia, por su importancia es cada vez más común que se les asigne una categoría propia.

Si bien son más débiles que la radiación infrarroja, los microondas tienen una importante peculiaridad: en ciertas longitudes de onda son capaces de hacer vibrar las moléculas de agua y con ello elevar significativamente su temperatura. Dado que la mayoría de los alimentos contienen agua en mayor o menor medida, estos pueden ser cocinados fácilmente por medio de radiación de microondas. No es de extrañar que el horno de microondas se haya convertido en uno de los electrodomésticos más populares. Sin embargo en la actualidad los microondas tienen un uso cada vez más extendido en el campo de las telecomunicaciones y la radiodifusión, gracias a que son capaces de atravesar la atmósfera con mayor facilidad que las radiaciones de onda más larga.

Ondas de radiofrecuencia

En el extremo menos energético del espectro electromagnético se encuentran las ondas de radiofrecuencia, que abarcan longitudes de onda superiores a 30cm (algunas de ellas alcanzan longitudes de onda de más de 100,000km). Estas incluyen las ondas de radio y de radar, aunque una clasificación un poco más detallada establece las siguientes categorías, de acuerdo a su longitud de onda:

Ultra alta frecuencia: de 30cm a 1m
Muy alta frecuencia: de 1m a 10m
Onda corta: de 10m a 180m
Onda media: de 180m a 650m
Onda larga: de 650m a 10km
Muy baja frecuencia: superiores a 10km

Es muy difícil enumerar y clasificar con precisión todas las aplicaciones de las radiofrecuencias. A manera de ejemplo, podemos mencionar las siguientes:

Las ondas de ultra alta frecuencia se suelen emplear en la transmisión de algunas señales de televisión, en la telefonía celular y en telecomunicaciones militares. Las de muy alta frecuencia se usan en la radio móvil, navegación aeronáutica y marina, televisión y radio FM. Las radiofrecuencias de onda corta se emplean en radiodifusión, comunicaciones gubernamentales y banda civil. Las de onda media y larga se emplean en la radio AM y en la navegación aeronáutica y marina. Las radiofrecuencias de onda de muy baja frecuencia se emplean principalmente en telecomunicaciones gubernamentales y militares. Los sistemas de radar emplean radiofrecuencias de onda corta, muy alta frecuencia y ultra alta frecuencia, aunque algunos hacen uso de ondas electromagnéticas que caen en la categoría de las microondas.

 

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