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COLORES PRODUCIDOS POR
INCANDESCENCIA (ALGUNOS MODIFICADOS POR ESPARCIMIENTO RAYLEIGH) |
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Se denomina
incandescencia a la generación térmica de luz en el rango visible.
Todos los cuerpos emiten radiación térmica (es decir, radiación
electromagnética que se genera por el movimiento de las
partículas cargadas que poseen), pero generalmente esta
radiación no suele ser visible, sino infrarroja, salvo en el
caso de cuerpos muy calientes.
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Cuando
un cuerpo emite radiación en equilibrio térmico con su
entorno a una determinada temperatura, se denomina
cuerpo negro y esa luz emitida presenta un espectro
continuo muy característico que depende únicamente de
la temperatura del cuerpo emisor (no de su composición).
La radiación se produce en este caso como consecuencia de tener una
gran cantidad de partículas excitadas, cada una emitiendo en
sus frecuencias propias (las correspondientes a las
desexcitaciones más probables), lo que implica que, al
juntarlas todas, se obtenga ese espectro continuo. |
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En la imagen adjunta se muestra el espectro de
cuerpo negro. Como se ve, alcanza un punto
máximo a una determinada frecuencia, la cual se
desplaza a valores mayores a medida que aumenta
la temperatura del cuerpo emisor (ley
de Wien).
Obsérvese también que la mayor parte de la emisión
de radiación del cuerpo negro se encuentra en la
región infrarroja del espectro electromagnético,
para todas las temperaturas representadas.
Esta es
precisamente la razón de que a temperatura ambiente el
llamado cuerpo negro sea, efectivamente, negro para nuestros
ojos en un ambiente iluminado, ya que la energía infrarroja que irradia no puede
ser percibida por el ojo humano. A la temperatura más
baja y en la oscuridad aparece subjetivamente de
color gris (estando su pico
de radiación en el rango infrarrojo). Si se pone un poco
más caliente, lo vemos de color
rojo apagado y si sigue
aumentando su temperatura, se vuelve progresivamente
amarillo, blanco y,
finalmente, azul-blanco |
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La emisión de radiación por las estrellas se
aproxima bastante a la de un cuerpo negro. Su
temperatura asociada (la temperatura superficial
del astro) se conoce como temperatura efectiva y
es una propiedad fundamental, que caracteriza
dicha emisión estelar. En el caso del Sol esa
temperatura es de unos 6000 K y, por tanto, su
espectro se corresponde con el señalado por la
línea más alta del gráfico anterior. Aunque,
como se ve en dicho gráfico, la mayoría de la
radiación sigue siendo infrarroja a esta
temperatura, una parte de ella contiene a toda
la luz visible, encontrándose la radiación
térmica de mayor intensidad justamente a mitad
de dicho especto visible. |
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Como consecuencia de esto, para nuestros ojos la
luz solar es blanca y de ese color blanco
veríamos al Sol si lo pudiéramos
observar sin que interfiera en su camino hacia
nosotros la atmósfera, ya que, como muestra
también el
gráfico anterior, la luz emitida por el Sol
tiene su máximo en el color amarillo y el resto
radiaciones dentro del rango visible se reparte
alrededor de ese máximo decayendo en intensidad
en torno a él de manera bastante simétrica (en
lo que se refiere a la parte visible del
espectro). Pero, como sabemos,
no es blanco, sino
amarillento, el color que nos muestra el
Sol desde la superficie terrestre. Ello se debe
a que cuando la luz solar que nos llega
atraviesa la atmósfera, es dispersada por las
moléculas del aire, mediante el denominado
esparcimiento Rayleigh que es un tipo de
dispersión de la luz realizado por
partículas polarizadas eléctricamente y cuyo
tamaño es mucho menor que la longitud de onda de
los fotones dispersados. En el caso que nos
ocupa, las moléculas atmosférica desvían
con mucho más ahínco a la luz de longitudes de
onda más cortas del visible (hacia el extremo
azul-violeta) que a las de longitudes mas largas
(hacia el extremo rojo). Por eso, cuando miramos
de día hacia el cielo vemos algo de esa luz
dispersada (se ve el cielo de color
cian) y cuando
miramos hacia Sol lo vemos, durante la mayor
parte del día, de color
amarillento, ya que a nuestros
ojos llega una luz solar a la que se ha restado
una parte de las radiaciones dispersadas por la
atmósfera (de longitudes de onda menores). Este
color torna a
anaranjado o
rojizo al amanecer y en el ocaso,
porque entonces la posición que ocupa nuestra
estrella con respecto a nosotros (muy cercana a
la línea del horizonte) implica que la luz
recibida del Sol tenga que recorrer una
distancia mucho mayor para atravesar la
atmósfera. |
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Un
fenómeno similar produce las llamadas "lunas de sangre",
que se pueden observar cuando ocurre un eclipse total de
nuestro satélite. En un eclipse lunar total, toda la
Luna pasa dentro de la parte más oscura de la sombra de
la Tierra, llamada umbra, pero, a pesar de ello, podemos
verla porque parte de la luz solar que no está bloqueada
por nuestro planeta se filtra por una gruesa porción de
la atmósfera de la Tierra. |
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Tal como indica el esquema adjunto esta luz que
se filtra por la atmósfera es refractada e
incide sobre la superficie lunar. Como en la
situación antes descrita, la luz solar que es
dispersada por la capa atmosférica es
azulada, la
que la atraviesa es
rojiza y la que devuelve la Luna
suele ser entre roja
y roja anaranjada.
El resultado de todo ello es brindar un
acontecimiento astronómico del que podemos
disfrutar si estamos atentos, ya que, en
promedio, hay alrededor de dos a cuatro eclipses
lunares totales por año en cualquier parte del
mundo. En el clip de video situado más a la derecha
de este texto (editado por la
Red Climática
Mundial) vemos este bonito espectáculo
sobre edificios de Madrid (en 2017).
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El diagrama de emisión del cuerpo negro también
enseña que en los espectros de emisión de
estrellas más frías que el Sol, el máximo en el rango visible
corresponde al color rojo. Es el caso de las
enanas rojas y el de
las gigantes rojas.
Las primeras (enanas
rojas) son el tipo más común de
estrellas. Son pequeñas y
relativamente frías, siendo sus valores de masa
y diámetro inferiores a la mitad de los del Sol
y su temperatura superficial inferior a 4 000 K.
Aunque, como acabamos de decir, son la mayoría
de, por ejemplo, la Vía Lactea, no pueden ser observadas
fácilmente debido a su baja luminosidad. Las
segundas (gigantes
rojas) tienen masas del orden de 8-9 masas solares
y están en una fase de su evolución en la que, tras haber consumido el hidrógeno en su
núcleo, comienzan a quemar hidrógeno en una
cáscara alrededor de ese núcleo de helio inerte.
Ello implica un aumento de su volumen y un
enfriamiento de su superficie, que propicia que
se torne a la tonalidad rojiza.
Del mismo modo, el diagrama de emisión del
cuerpo negro,
enseña que los espectros de emisión de las
estrellas mucho más calientes que el Sol se
desplazan hacia el azul. Así ocurre con las
gigantes azules,
que son estrellas muy luminosas con una elevada
temperatura superficial (puede superar incluso
los 50 000 K), y emiten sobre todo en la región del
ultravioleta del espectro.
En el espacio,
libre de atmósfera, unas y otras ofrecen al ojo
humano esas tonalidades (rojiza
o blanco-azulada)
porque su emisión sí que decae de manera
simétrica y bruscamente para el resto de colores
del espectro visible, en contraposición a lo que
ocurre con las estrellas que, como el Sol,
tienen el máximo en la zona central del espectro
visible. |
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Un ejemplo de incandescencia
generada de manera artificial, que
también produce luz blanca, es la bombilla tradicional
de filamento. Contiene un hilo metálico de
tungsteno que se calienta progresivamente cuando
por él circula corriente eléctrica. Siguiendo la
ley de Wien, el color de la luz emitida por
dicho filamento guarda relación
con la temperatura que va adquiriendo cuando circulan los electrones
por el filamento. |
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Primero empieza emitiendo luz
roja, según va subiendo la temperatura
esa luz emitida empieza a tomar
tonos amarillos y finalmente, cuando se alcanzan unos 2 800K
(unos 2 527 ºC) se convierte en luz blanca
(obsérvese a la derecha de este texto su
espectro, obtenido con el
electroscopio casero). Cuando la bombilla ya emite esa luz blanca
es
idónea para alumbrar y para iluminar espacios
cerrados. |
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Ahora
bien, si nos fijamos en la gráfica de radiación del
cuerpo negro, vemos que a la temperatura a la que la
bombilla cumple su función de iluminar, la gran mayoría
de la luz que emite sigue siendo infrarroja. Por eso,
la bombilla incandescente, que ha sido a lo largo de
siglos de tanta utilidad, tiene una eficiencia
energética bajísima, y hoy está siendo desplazada por otros sistemas de
iluminación más eficientes. |
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Otros ejemplos de color
producido por
incandescencia son: metales calentados al rojo vivo,
llamas, cohetes… |
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Índice |
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