¿Qué relación guardan los infrarrojos con el calor?

Question

Nunca he entendido la relación entre infrarrojos y calor. ¿Se emite IR cuando se genera calor, se genera calor cuando se hace IR, y cómo se relacionan ambos?

Answer 1

La energía de la radiación electromagnética (en particular de un fotón) es

\begin{equation} E = h \nu = \dfrac{h c}{\lambda} . \end{equation}

donde $h$ es la constante de Planck, $\nu$ es la frecuencia, $c$ es la velocidad de la luz, y $\lambda$ es la longitud de onda. Así que usted puede ver que a medida que aumenta la longitud de onda, la energía disminuye.

Las diferentes longitudes de onda de la radiación electromagnética se corresponden con diferentes energías de los estados cuánticos. Los fotones pueden ser absorbidos por una molécula para ganar energía, pero sólo de longitudes de onda específicas (dependiendo de la molécula y de los dos estados a los que se transiciona).

Resulta que un fotón de la región infrarroja tiene una energía del orden de la energía de las transiciones vibracionales en las moléculas. He mencionado que cuando se absorbe un fotón, la molécula gana energía, pues bien, también puede emitir un fotón y bajar su energía a otro de sus estados cuánticos vibracionales permitidos. Dicho esto, la razón por la que la luz IR se produce y se asocia con el calor es que estás viendo moléculas pasar de un estado cuántico vibracional a otro estado cuántico vibracional inferior emitiendo un fotón de energía apropiada (en la región IR).

Tenga en cuenta que los estados vibracionales sólo son realmente accesibles a temperaturas más altas (cercanas a la temperatura ambiente, por lo general).

Answer 2

Toda la materia a granel irradia (aproximadamente) como un radiador de carrocería negro aproximadamente porque hay coeficientes de emisividad en función de los componentes. En el caso de los gases, la forma funcional es diferente.

La radiación tiene un espectro y una intensidad específicos que dependen únicamente de la temperatura del cuerpo

A medida que disminuye la temperatura, el pico de la curva de radiación del cuerpo negro se desplaza hacia intensidades más bajas y longitudes de onda más largas. El gráfico de la radiación del cuerpo negro también se compara con el modelo clásico de Rayleigh y Jeans.

Obsérvese que la mayor parte de la radiación se encuentra en el infrarrojo.

El calor puede definirse como como energía en tránsito de un objeto de alta temperatura a otro de temperatura más baja. Un objeto no posee "calor"; el término apropiado para la energía microscópica de un objeto es energía interna. La energía interna puede aumentarse transfiriendo energía al objeto desde un objeto a mayor temperatura (más caliente), lo que se denomina propiamente calentamiento.

La pérdida de energía por un cuerpo negro viene dada por la Stefan-Boltzman ley

Así, la energía arrastrada por la radiación infrarroja reduce el contenido de calor del cuerpo radiante. Ésta es la relación de los infrarrojos con el calor.

Las interacciones microscópicas que dan lugar a los fotones se explican en las otras respuestas. Esta respuesta se refiere al marco termodinámico

Answer 3

Creo que entiendo su confusión. La respuesta sería: Te han orientado mal. No hay ninguna relación especial entre el calor y la radiación infrarroja, salvo por el hecho de que la mayoría de los cuerpos irradian la mayor parte de su calor en el espectro infrarrojo porque no tienen suficiente energía (calor) para irradiar a una frecuencia más alta. Véanse los gráficos de este hilo.

Así pues, se podría afirmar que existe la misma relación entre los rayos X y el calor. De hecho, lo sería aún más, ya que las interacciones con los rayos X son incluso de mayor energía, salvo que no hay tantas cosas que irradien rayos X a su alrededor. Probablemente.

Answer 4

La respuesta más sencilla es que por debajo de los 3.000 Kelvin de temperatura, el calor irradia EM (a menudo denominada luz por los físicos, aunque se trata de toda la EM y no sólo de la luz visible) en el infrarrojo. Como la mayor parte del calor genera luz en el infrarrojo, los científicos suelen referirse a la luz infrarroja como calor. Se trata de un término generalizado o una convención.

Técnicamente, la energía térmica y la luz son cosas diferentes, pero la energía térmica puede medirse por su radiación EM. Si la temperatura es suficiente, el calor puede producir luz visible, como en nuestro sol, y ultravioleta, como en nuestro sol. Además, aunque la energía térmica y la luz son cosas diferentes, la energía térmica produce radiación en el espectro EM y la mayor parte del calor producido en la Tierra produce luz en el infrarrojo.

Answer 5

""""".....¿Cómo se relacionan los infrarrojos con el calor?....."""""

Entiendo que esa es su pregunta.

"Infrarrojo" es la energía radiante electromagnética que abarca generalmente la gama de longitudes de onda comprendidas entre unos 800 nm (IR cercano) y unos 100 micrómetros (IR lejano). La radiación infrarroja incluye las emisiones de moléculas o átomos individuales, como consecuencia de transiciones mecánicas cuánticas entre estados energéticos de dichos átomos o moléculas. También incluye la emisión de un espectro continuo de energía radiante EM a partir de grandes conjuntos de átomos o moléculas que tienen una temperatura superior a cero kelvins; esa radiación se debe enteramente a la temperatura del material y se caracteriza por ella, y no está relacionada con ningún nivel de energía cuantizada característico del material emisor. El origen de la radiación es la aceleración de la carga eléctrica en los átomos o moléculas del material, mientras sufren una distorsión como resultado de las colisiones entre ellos; estas colisiones son características de la Temperatura del material.

La "energía térmica", en cambio, es energía puramente mecánica de traslación o vibración, rotación, etc., de los propios átomos o moléculas, y no está relacionada con la carga eléctrica ni con las propiedades de los electros o los estados atómicos. La energía térmica puede transportarse a través de materiales físicos, como consecuencia de las colisiones entre átomos o moléculas y sus vecinos. (conducción) También puede ser transportada, por transporte físico masivo del propio medio (calentado) (convección).

La "energía térmica" NO es radiación electromagnética.