El proceso de transferencia de energía y la radiación solar

Publicado el 30 septiembre, 2020

La fuente de toda la energía

Damos la luz del sol por sentado, pero en realidad no deberíamos hacerlo porque esencialmente toda la energía de la Tierra proviene de esa gran estrella brillante en el centro de nuestro sistema solar. Y ya que estamos en eso, también deberíamos dar un saludo a nuestra atmósfera, porque absorbe parte de esa luz solar antes de que nos alcance, así como atrapa parte de ella para mantenerla a salvo en el planeta. Este es un equilibrio importante: demasiada luz solar y la Tierra es demasiado caliente para vivir, muy poca luz solar y la Tierra no es lo suficientemente cálida.

Cómo se transfiere la energía

Lo que pasa a través de la atmósfera proporciona energía en muchas formas diferentes, pero antes de adelantarnos, repasemos las diferentes formas en que se transfiere la energía. Cuando era pequeño, escuché a una banda llamada CCR, que significa Credence Clearwater Revival. Y cuando pienso en CCR, también pienso en la transferencia de energía, porque las tres formas en que la energía se transfiere entre objetos también es CCR: ¡conducción, convección y radiación! Incluso si no eres un fanático del rock clásico, debes admitir que es bastante pegadizo.

La conducción es cuando la energía se transfiere entre el contacto directo. Cuando te quemas la mano en una sartén caliente porque olvidaste ponerte un guante de cocina, eso es conducción; la sartén está transfiriendo calor a su mano a través del contacto directo. Del mismo modo, cuando sus pies tocan el azulejo frío en el baño por la mañana, sus pies están transfiriendo calor al piso a través del contacto directo: ¡conducción en acción!

La convección es cuando la energía se transfiere a través de corrientes en un fluido. Este fluido puede ser un líquido o un gas, pero el proceso es el mismo en ambos sentidos. Cuando se aplica calor al fluido, las moléculas cercanas al calor se excitan, se separan y se vuelven menos densas, por lo que son impulsadas hacia arriba. Cuando se enfrían, vuelven a caer creando una ruta de corriente en forma de celda.

La radiación es cuando la energía se transfiere en forma de ondas electromagnéticas. Piense en sentarse junto a una fogata y sentir el calor de bienvenida que irradia hacia usted: ¡eso es radiación! Las ondas de radio, las ondas de luz y las ondas de calor pueden viajar así, moviéndose de un lugar a otro sin la ayuda de ningún material.

Energía radiante

Juntemos lo que sabemos hasta ahora. Primero, sabemos que la energía proviene del sol, viaja a través del espacio, luego a través de nuestra atmósfera y finalmente llega a la superficie de la Tierra. También sabemos que esta energía no viaja a través de ningún material mientras viaja del sol a la tierra. Si juntamos estas dos cosas, podemos deducir que, por tanto, debe viajar por radiación, y por eso lo llamamos radiación solar . La energía que se emite desde la tierra se llama energía terrestre .

Sorprendentemente, cada objeto o sustancia por encima del cero absoluto emite algo de energía a través de la radiación. La cantidad de energía liberada está directamente relacionada con la temperatura del objeto o sustancia, y dado que el sol tiene una temperatura muy alta, tiene sentido que emita tanta energía.

Sin embargo, hay una otra cara de la moneda, porque todos los objetos también absorben energía. La relación aquí es la misma que antes; los objetos que son buenos para emitir energía radiante también son buenos para absorber energía radiante. La tierra claramente no es tan buena como el sol para emitir energía, lo que significa que tampoco puede absorber tanta energía como recibe. Y aquí es donde la atmósfera se vuelve realmente importante.

La atmósfera deja entrar la radiación, pero también actúa como una manta para mantener gran parte de ella atrapada en la Tierra, lo que mantiene el planeta caliente. Sin embargo, si los gases en la atmósfera se vuelven demasiado abundantes, pueden atrapar demasiado calor en la Tierra. Estos gases actúan como las paredes de un invernadero, por eso se les llama gases de efecto invernadero. Pero al igual que en un invernadero, si no hay escape para el exceso de calor, entonces queda demasiado calor atrapado en el interior y esto puede tener efectos perjudiciales en el equilibrio de temperatura mencionado anteriormente.

Variaciones de temperatura en la Tierra

Probablemente ya sepa que la tierra no se calienta de la misma manera en toda su superficie. De lo contrario, el Polo Norte sería un lugar turístico de moda y Cancún sería una ciudad más en México. Hay algunas razones para este calentamiento desigual de la superficie de la Tierra.

Una razón es que el Sol golpea la Tierra en diferentes ángulos en diferentes lugares. A lo largo del ecuador, los rayos del sol golpean la tierra perpendicularmente en ángulo recto. Pero en los polos, los rayos del sol golpean la tierra en un ángulo más indirecto, esparciendo la luz y la energía sobre un área más grande.

Puede hacer esto en casa con una linterna. Apunte su linterna directamente a una pared, sosteniéndola en ángulo recto. Debería haber un bonito círculo brillante concentrado justo donde apunta la luz. Ahora incline la linterna en diferentes ángulos para que la luz no esté en ángulo recto. Notarás que la luz se esparce en una elipse y cubre un área más grande de la pared. Está dirigiendo la misma cantidad de luz a la pared en ambos casos, ¡pero la cantidad de luz que llega al mismo punto es muy diferente!

Otra razón por la que las temperaturas varían en la Tierra se debe a las corrientes de convección. ¿Recuerdas los de antes? El calor se redistribuye a través de la superficie de la Tierra a través de corrientes de aire de circulación parecidas a células. Estas corrientes también son responsables de los diferentes tipos de entornos que vemos en todo el planeta. Si miras en un mapa, notarás que las áreas tropicales lluviosas tienden a alinearse en una región específica de la tierra, al igual que los grandes desiertos y las regiones polares.

Resumen de la lección

La radiación solar es la fuente de energía de la Tierra. Esta energía radiante proviene del sol, viaja a través del espacio, luego nuestra atmósfera y finalmente nos llega aquí en el suelo. Sabemos que esta energía se transfiere a través de la radiación porque se transfiere de un objeto a otro sin pasar por ningún tipo de material. Si esta energía fuera transferida a través de corrientes, la llamaríamos convección , y si se transfiriera por contacto directo lo llamaríamos conducción .

Todos los objetos emiten y absorben energía radiante, pero algunos son mejores que otros. La tierra recibe mucha energía del sol, pero solo puede absorber mucha y requiere un poco de ayuda de la atmósfera para mantenerla aquí. Sin embargo, cuando los gases en la atmósfera se vuelven demasiado abundantes, ‘ayudan’ demasiado y atrapan más calor en la Tierra del que es bueno para ella.

La radiación solar no llega igual a la Tierra en todos los lugares. Cuando golpea la Tierra en ángulo recto, como lo hace a lo largo del ecuador, la energía es directa y mucho más concentrada que cuando golpea la Tierra en ángulos menos directos, como ocurre en las regiones polares. La misma cantidad de energía se distribuye en un área más grande, por lo que no se calienta tanto. Las corrientes de aire también forman células alrededor de la Tierra, transfieren energía de un lugar a otro y crean regiones únicas como los trópicos, los grandes desiertos del mundo y los polos.

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