Leyes de la radiación
1. Ley de Plank (1858-1947)
1. Ley de Plank (1858-1947)
Cuerpo negro o radiador perfecto: para su temperatura emite el máximo posible de radiación por unidad de superficie y de tiempo.
SOL:
máxima a 0,48 μm
TIERRA: máxima a 10 μm Salvo los agujeros negros (zona geométricamente demarcada en el espacio donde existe tanta gravedad y masa concentrada que impide el paso incluso de la luz) todo es radiador perfecto. 2. Ley de Stefan-Bolzmann (1835-1893) (1844-1906)
máxima a 0,48 μm
TIERRA: máxima a 10 μm Salvo los agujeros negros (zona geométricamente demarcada en el espacio donde existe tanta gravedad y masa concentrada que impide el paso incluso de la luz) todo es radiador perfecto. 2. Ley de Stefan-Bolzmann (1835-1893) (1844-1906)
La energía (radiación electromagnética) es proporcional a la cuarta potencia de su temperatura y a su mayor o menor emisividad.
E = &épsilon; · o · T 4 (Watios / m 2 · ºK 4 ) Donde: – E = energía total irradiada por un cuerpo, por unidad de superficie y de tiempo, expresado en w/m 2
– &épsilon; =constante de S-B (5,67 · 10 -8 w/m 2 ) – o = coeficiente de emisividad (adimensional de 0 a 1, cuerpos negros= 1) – T 4 : temperatura absoluta superficial del cuerpo (ºK) Ejemplos
¿Cuánta energía emite un cuerpo por unidad de superficie si tiene una
temperatura de 27ºC, 20ºC y 5727ºC? E = &épsilon; · o · T 4 (Watios / m 2 · ºK 4 )
a. T = 20ºC = 293ºK (20 + 273) E = 5,67 · 10 -8 · 293 4 w/m 2
E = 5,67 · 10 -8 · 73,7 · 10 8 w/m 2 E = 417,88 w/m 2 b. T = 27ºC = 300ºK (27 + 273) E = 5,67 · 10 -8 · 300 4 w/m 2 E = 5,67 · 10 -8 · 81,10 · 10 8 w/m 2 E = 459,837 w/m 2 c. T = 5727ºC = 600ºK
E = 5,67 · 10 -8 · 6.000 4 w/m 2 E = 5,67 · 10 -8 · 1296 · 10 12 w/m 2
E = 734,83200 + 10 5 w/m 2 E Sol / E Tierra = 160.000 w/m 2
3. Ley de Wien (1864-1928) Para cada temperatura, hay una longitud de onda en la cual un cuerpo pueda emitir una cantidad máxima de energía.
λ máx.
= (2,88 · 10 -3 mºK) / (TºK) Siendo:
= (2,88 · 10 -3 mºK) / (TºK) Siendo:
– λ máx. = longitud de onda en la que la emisión de radiación del
cuerpo es máxima (m) – T = temperatura absoluta superficial del cuerpo ºK
– Constante de Wien: 2,88 · 10 -3 m ºK – m = metros
Ejemplos : ¿A qué longitud de onda máxima emitirá un cuerpo que tenga una temperatura de 27ºC y otro de 5727ºC? a. λ máx. = (2,88 · 10 -3 mºK) / (TºK) λ máx. = (2,88 · 1.000 mºK) / ( 300ºK) λ máx. = 9,6 μm b. λ máx. = (2,88 · 10 -3 mºK) / (TºK) λ máx. = (2,88 · 1.000 mºK) / ( 6.000ºK) λ máx. = 0,48 μm
❖ Troposfera : ❏ Capa en contacto con la superficie terrestre. ❏ Capa turbulenta, con movimientos verticales y horizontales. ❏ Capa atmosférica por excelencia. ❏ Contiene las ¾ partes de la masa atmosférica.
❏ Contiene la totalidad de las partículas sólidas y líquidas de CO2 y de
H2O. ❏ Tienen lugar los hidrometeoros. ❏ La temperatura decrece regularmente 6,5ºC/km. ❏ La presión y la densidad decrecen rápidamente (⅔ masa atmosférica en los primeros 10 km t 9/10 en los primeros 20 km). ❏ Espesor muy variable según la latitud y nivel de la tropopause. ❏ Las capas se originan por efectos gravitatorios y térmicos: 1. No son necesariamente esféricas y concéntricas y no deben considerarse como sistemas cerrados. 2. Existe intercambio considerable de masas de aire entre capas y sobre todo entre la troposfera y la estratosfera.
3. De todas las discontinuidades térmicas de la atmósfera la más
estudiada es la TROPOPAUSA. 4. Definición de la OMM (1957): la altura en la cual el gradiente térmico vertical desciende hasta 2ºC/km y que se a menos de 2 km. ○ Tropopausa ecuatorial: entre 16-20 km (-70º a -85ºC)
○ Tropopausa templada: entre 10-12 km (-70ºC) ○ Tropopausa polar: entre 8-9 km (-55ºC) ○ Las tropopausas no son continuas, se solapan entre sí ❖ Tropopausas : ❏ Entre las tropopausas hay fuertes corrientes de aire (Jet Stream y corrientes subtropicales). ❏ Variaciones de altitud conforme el ciclo térmico anual (1 a 1,5 km entre el verano y el invierno). ❏ Variaciones diarias conforme al ciclo térmico diario. ❏ Variaciones en función de las masas de aire dominantes. La estratosfera de 9 ó 20 km hasta los 50 km. Puede dividirse en dos capas: ❏ Baja estratosfera: hasta los 35 km. Isotérmica (-55ºC): – Densidad de los gases disminuye hasta 1 hPa – No hay apenas turbulencias, ni movimientos verticales del aire, pero si horizontales muy fuertes – Hay muy poco polvo, salvo erupciones volcánicas – Producción de OZONO
O2 + fotón 20 O + O Consume energía solar ( 0,12 a 0,20 μm) (UV C)
O2 + O + fotón O3 (Si entrase este, destruiría toda la vida celular)
Consume energía solar (0,20 a 0,29 μm) (UV B) Solo llega a la Tierra el UV-A, menos dañino (0,29 a 0.40 μm) ¿Qué es una unidad Dobson? La medida común del O3 ➔ Agujero de ozono:
Es una zona situada encima de la Antártida con un ozono total de 220 o menos Unidades Dobson. Se mide por encima de los 40º de latitud sur. En el invierno austral se destruye una parte del agujero de ozono.➔ 8 de Septiembre 2000: máxima intensidad (28, 3km²) del agujero de ozono. La máxima producción se da en el otoño-invierno austral, coincidiendo con temperaturas más frías.
Es una zona situada encima de la Antártida con un ozono total de 220 o menos Unidades Dobson. Se mide por encima de los 40º de latitud sur. En el invierno austral se destruye una parte del agujero de ozono.➔ 8 de Septiembre 2000: máxima intensidad (28, 3km²) del agujero de ozono. La máxima producción se da en el otoño-invierno austral, coincidiendo con temperaturas más frías.
❏ Alta estratosfera: de los 35 a los 50 km de altitud. – La temperatura aumenta con la altura 50º o 80º C por la absorción de los rayos UV por el ozono. Máxima absorción del ozono por una mayor exposición.
– Capa en la que tiene lugar la disgregación de meteoritos y la reflexión de las ondas sonoras. ❖ Mesosfera : 50- 80 km ❏ La temperatura se reduce con la altura hasta alcanzar un mínimo de -90º C, alrededor de los 80 km de altura. ❏ La presión es muy baja y desciende aproximadamente de 1 hPa a 50 km a 0,01 hPa a 90 km. ❏ En la mesopausa se observan nubes luminosas durante las noches de verano. Por presencia de polvo meteórico y pequeñas cantidades de vapor de agua arrastradas a alto nivel. ❏ A partir de la mesopausa puede recibir el nombre de ionosfera.