Radiación solar

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Radiación solar

Radiación solar

Espectro de la irradiancia solar en la parte superior de la atmósfera.

Radiación solar es el conjunto de radiaciones electromagnéticas emitidas por el Sol. El Sol se comporta prácticamente como un cuerpo negro que emite energía siguiendo la ley de Planck a una temperatura de unos 6000 K. La radiación solar se distribuye desde el infrarrojo hasta el ultravioleta. No toda la radiación alcanza la superficie de la Tierra, porque las ondas ultravioletas más cortas, son absorbidas por los gases de la atmósfera fundamentalmente por el ozono. La magnitud que mide la radiación solar que llega a la Tierra es la irradiancia, que mide la energía que, por unidad de tiempo y área, alcanza a la Tierra. Su unidad es el W/m² (vatio por metro cuadrado).

Contenido

Generación de la radiación solar

El Sol es la estrella m√°s cercana a la Tierra y est√° catalogada como una estrella enana amarilla. Sus regiones interiores son totalmente inaccesibles a la observaci√≥n directa y es all√≠ donde ocurren temperaturas de unos 20 millones de grados necesarios para producir las reacciones nucleares que producen su energ√≠a. Dentro de 5.000.000.000 a√Īos se extinguir√°.

La capa m√°s externa que es la que produce casi toda la radiaci√≥n observada se llama fotosfera y tiene una temperatura de unos 6000 K. Tiene s√≥lo una anchura de entre 200 y 300 km. Por encima de ella est√° la cromosfera con una anchura de unos 15000 km. M√°s exterior a√ļn es la corona solar una parte muy tenue y caliente que se extiende varios millones de kil√≥metros y que s√≥lo es visible durante los eclipses solares totales.

La superficie de la fotosfera aparece conformada de un gran n√ļmero de gr√°nulos brillantes producidos por las c√©lulas de convecci√≥n. Tambi√©n aparecen fen√≥menos c√≠clicos que conforman la actividad solar como manchas solares, f√°culas, protuberancias solares, etc. Estos procesos que tienen lugar a diferentes profundidades, van acompa√Īados siempre de emisi√≥n de energ√≠a que se superpone a la principal emisi√≥n de la fotosfera y que hace que el Sol se aleje ligeramente en su emisi√≥n de energ√≠a del cuerpo negro a cortas longitudes de onda por la emisi√≥n de rayos X y a largas longitudes por los fen√≥menos nombrados, destacando que no es la emisi√≥n igual cuando el Sol est√° en calma que activo. Adem√°s la cromosfera y corona absorben y emiten radiaci√≥n que se superpone a la principal fuente que es la fotosfera.

Distribución espectral de la radiación solar

La aplicaci√≥n de la Ley de Planck al Sol con una temperatura superficial de unos 6000 K nos lleva a que el 99% de la radiaci√≥n emitida est√° entre las longitudes de onda 0,15 őľm g(micr√≥metros o micras) y 4 micras. Como 1 angstrom 1 √Ö= 10-10 m=10-6 micras r,.esulta que el Sol emite en un rango de 1500 √Ö hasta 40000 √Ö. La luz visible se extiende desde 4000 √Ö a 7400 √Ö. La radiaci√≥n ultravioleta u ondas cortas ir√≠a desde los 1500 √Ö a los 4000 √Ö y la radiaci√≥n infrarroja u ondas largas desde las 0gb,74 micras a 4 micras.

La atmósfera de la Tierra constituye un importante filtro que hace inobservable radiaciones de longitud de onda inferior a las 0,29 micras por la fuerte absorción del ozono y oxígeno. Ello nos libra de la ultravioleta más peligrosa para la salud. La atmósfera es opaca a toda radiación infrarroja de longitud de onda superior a los 24 micras, ello no afecta a la radiación solar pero sí a la energía emitida por la Tierra que llega hasta las 40 micras y que es absorbida. A este efecto se lo conoce como efecto invernadero.

El m√°ximo (Ley de Wien) ocurre a 20,475 micras es decir a 4750 √Ö. Considerando la ley de Wien ello corresponde a una temperatura de:

T = \frac{2897.6 \cdot \mu m\cdot K}{0.475 \cdot \mu m}=6099 K


Pero la emisi√≥n solar difiere de la de un cuerpo negro, sobre todo en el ultravioleta. En el infrarrojo se corresponde mejor con la temperatura de un cuerpo negro de 5779¬ļC y en el visible con 6090 K. Ello nos habla de que la radiaci√≥n solar no se produce en las mismas capas y estamos observando la temperatura de cada una de ellas donde se produce la energ√≠a. kml

Efectos de la radiación solar sobre los gases atmosféricos

La atmósfera es diatérmana es decir, que no es calentada directamente por la radiación solar, sino de manera indirecta a través de la reflexión de dicha radiación en el suelo y en la superficie de mares y océanos.

  • Los fotones seg√ļn su energ√≠a o longitud de onda son capaces de:
    • Fotoionizar la capa externa de electrones de un √°tomo (requiere una longitud de onda de 0,1 micra)
    • Excitar electrones de un √°tomo a una capa superior (requiere longitudes de onda entre 0,1 de micra y 1 micra).
    • Disociar una mol√©cula (requiere longitudes de onda entre 0,1 de micra y 1 micra).
    • Hacer vibrar una mol√©cula (requiere longitudes de onda entre 1 de micra y 50 micra).
    • Hacer rotar una mol√©cula (requiere longitudes de onda mayores que 50 micras).

La energía solar tiene longitudes de onda entre 0,15 micras y 4 micras por lo que puede ionizar un átomo, excitar electrones, disociar una molécula o hacerla vibrar.

La energía térmica de la Tierra (radiación infrarroja) se extiende desde 3 micras a 80 micras por lo que sólo puede hacer vibrar o rotar moléculas, es decir, calentar la atmósfera.

La energía solar como motor de la atmósfera

La energía recibida del sol, al atravesar la atmósfera de la Tierra calienta el vapor de agua en unas zonas de la atmósfera más que otras, provocando alteraciones en la densidad de los gases y, por consiguiente desequilibrios que causan la circulación atmosférica. Esta energía produce la temperatura en la superficie terrestre y el efecto de la atmósfera es aumentarla por efecto invernadero y mitigar la diferencia de temperaturas entre el día y la noche y entre el polo y el ecuador.

La mayor parte de la energ√≠a utilizada por los seres vivos procede del Sol, las plantas la absorben directamente y realizan la fotos√≠ntesis, los herb√≠voros absorben indirectamente una peque√Īa cantidad de esta energ√≠a comiendo las plantas, y los carn√≠voros absorben indirectamente una cantidad m√°s peque√Īa comiendo a los herb√≠voros.

La mayor√≠a de las fuentes de energ√≠a usadas por el hombre derivan indirectamente del Sol, ya que el sol puede a trav√©s de toda su radiaci√≥n lanzada ser aprovechada como energia para los humanos. Los combustibles f√≥siles preservan energ√≠a solar capturada hace millones de a√Īos mediante fotos√≠ntesis, la energ√≠a hidroel√©ctrica usa la energ√≠a potencial del agua que se condens√≥ en altura despu√©s de haberse evaporado por el calor del Sol, etc.

Efectos sobre la salud

Espectro de la radiación solar por encima de la atmósfera y a nivel del mar.

La exposición exagerada a la radiación solar puede ser perjudicial para la salud. Esto está agravado por el aumento de la expectativa de vida humana, que está llevando a toda la población mundial, a permanecer más tiempo expuesto a las radiaciones solares, con el riesgo mayor de cáncer de piel.

La radiaci√≥n ultravioleta, es emitida por el Sol en longitudes de onda van aproximadamente desde los 150 nm (1500 √Ö), hasta los 400 nm(4000 √Ö), en las formas UV-A, UV-B y UV-C pero a causa de la absorci√≥n por parte de la atm√≥sfera terrestre, el 99% de los rayos ultravioletas que llegan a la superficie de la Tierra son del tipo UV-A. Ello nos libra de la radiaci√≥n ultravioleta m√°s peligrosa para la salud. La atm√≥sfera ejerce una fuerte absorci√≥n que impide que la atraviese toda radiaci√≥n con longitud de onda inferior a 290 nm (2900 √Ö). La radiaci√≥n UV-C no llega a la tierra porque es absorbida por el ox√≠geno y el ozono de la atm√≥sfera, por lo tanto no produce da√Īo. La radiaci√≥n UV-B es parcialmente absorbida por el ozono y llega a la superficie de la tierra, produciendo da√Īo en la piel. Ello se ve agravado por el agujero de ozono que se produce en los polos del planeta.

Dirección de incidencia de la irradiación solar

El estudio de la dirección con la cual incide la irradiación solar sobre los cuerpos situados en la superficie terrestre, es de especial importancia cuando se desea conocer su comportamiento al ser reflejada. La dirección en que el rayo salga reflejado dependerá de la incidente.

Con tal fin se establece un modelo que distingue entre dos componentes de la irradiación incidente sobre un punto: la irradiación solar directa y la irradiación solar difusa.

  • Irradiaci√≥n Solar Directa es aquella que llega al cuerpo desde la direcci√≥n del Sol.
  • Irradiaci√≥n Solar Difusa es aquella cuya direcci√≥n ha sido modificada por diversas circunstancias ( densidad atmosf√©rica, part√≠culas u objetos con los que chocar, reemisiones de cuerpos, etc.). Por sus caracter√≠sticas esta luz se considera venida de todas direcciones.

m' La suma de ambas es la irradiación total incidente. La superficie del planeta está expuesta a la radiación proveniente del Sol. La tasa de irradiación depende en cada instante del ángulo que forman la normal a la superficie en el punto considerado y la dirección de incidencia de los rayos solares. Por supuesto, dada la lejanía del Sol respecto de nuestro planeta, podemos suponer, con muy buena aproximación, que los rayos del Sol inciden esencialmente paralelos sobre el planeta. No obstante, en cada punto del mismo, localmente considerado, la inclinación de la superficie respecto a dichos rayos depende de la latitud y de la hora del día para una cierta localización en longitud. Dicha inclinación puede definirse a través del ángulo que forman el vector normal a la superficie en dicho punto y el vector paralelo a la dirección de incidencia de la radiación solar.

Véase también

Enlaces externos

Obtenido de "Radiaci%C3%B3n solar"

Wikimedia foundation. 2010.

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