Toda la luz lleva energía
Tienes toda la razón en que todas las formas de radiación electromagnética llevan energía, y puedes consultar la respuesta de Bob para obtener los detalles técnicos. También es bastante falso que solo la radiación infrarroja calentará las cosas, pero hay algo de verdad oculta en los conceptos erróneos comunes, así que vamos a desglosar las cosas.
Voy a hablar sobre cómo varias frecuencias (y sus correspondientes longitudes de onda) interactúan con tu cuerpo, y de dónde pueden provenir.
Mis cifras serán aproximadas, ya que estoy tratando de transmitir una idea de lo que está sucediendo, no valores o nombres exactos.
Ondas de radio
Las ondas de radio son un término bastante amplio, que va desde ondas de solo unos pocos Hz, hasta los GigaHerz. Comencemos por el extremo inferior.
Ondas de radio muy largas
En frecuencias de hasta 1 kHz, tu longitud de onda es de al menos 300 km (300 Mm/s / 1000 /s). Eso significa que tu cuerpo es completamente insignificante en comparación con la onda que pasa por encima de él. Apenas interactúa con ella en absoluto. Interactuar eficientemente con estas requiere algo del tamaño de un planeta. La principal fuente natural de estas es los rayos.
Ondas de radio aún largas
Saltando varios órdenes de magnitud, hasta 1 MHz, las longitudes de onda son aún de al menos 300 m. Tu cuerpo aún no interactúa realmente con ellas, siendo más de 2 órdenes de magnitud más pequeño.
Ondas de radio más cortas y microondas
Al ir hasta 1 GHz, estamos empezando a entrar en el reino de la radiación de microondas, aunque llamarlas ondas de radio sigue siendo correcto. Las longitudes de onda pueden ser tan cortas como 0.3 m (30 cm), y no estamos lejos de la frecuencia del horno de microondas típico (2.45 GHz, con una longitud de onda de aproximadamente 12.5 cm).
A medida que atraviesas este rango de frecuencia, comienzan a interactuar más y más con los cuerpos humanos. Puede que hayas notado cómo las señales de TV y radio se ven afectadas por tu mera presencia cerca de la antena. Sin embargo, la cantidad de energía involucrada tiende a ser bastante baja, y cuando interactúan contigo, la energía depositada se distribuye por todo tu cuerpo, por lo que no la sentirás en tu piel.
Microondas
Al llegar a 1 THz, la longitud de onda se reduce a .3 mm (300 $\mu m$). Utilizado principalmente para comunicación inalámbrica de alta velocidad y radares, esto comienza a entrar en el rango de frecuencias que interactúa principalmente con tu piel, y que realmente sentirás. La historia cuenta que el uso de microondas para calentar alimentos fue descubierto por un ingeniero de radares cuya barra de chocolate se derritió cuando pasó frente a una antena. Eso está a un nivel de potencia muy alto, sin embargo, y normalmente no te encontrarás con esto fuera de un horno de microondas.
El fondo cósmico de microondas se encuentra a 160 GHz, y es un emisor de cuerpo negro a alrededor de 3 Kelvin.
Infrarrojo
Estoy ralentizando un poco nuestros pasos ahora, ya que están empezando a ocurrir muchos cambios interesantes.
Infrarrojo lejano
Para nuestros propósitos, definiremos "infrarrojo lejano" como todo hasta 100 THz (longitudes de onda de hasta 3 $\mu m$). Al igual que las microondas cortas, estas interactuarán con tu piel, y a diferencia de las microondas, las temperaturas de cuerpo negro asociadas con estas llegan hasta aproximadamente 80 grados Celsius, más allá de la temperatura corporal humana.
Dado que la emisión de cuerpo negro aumenta por la cuarta potencia de la temperatura, esto comienza a involucrar cantidades significativas de energía, y aquí es donde comienzas a sentir la presencia de cosas calientes.
Dado que este rango también incluye la mayoría de las temperaturas que normalmente encontramos, las cámaras térmicas lo utilizan.
En resumen, no es extraño que a menudo se le llame "infrarrojo térmico".
Infrarrojo medio y cercano
No cambia mucho a medida que la frecuencia aumenta hasta 430 THz (700 nm), excepto que las temperaturas de los cuerpos negros aumentan hasta alrededor de 4 kilokelvin y las energías radiativas involucradas continúan aumentando por la cuarta potencia de la temperatura. Esto es lo que sientes cuando estás cerca de un fuego o una bombilla incandescente.
Parte de este rango se utiliza para cámaras térmicas que están destinadas a seguir fuentes de calor de alta temperatura, típicamente los motores de calor que alimentan tanques, aviones y cohetes.
Luz visible
Al llegar a 750 THz, la longitud de onda continúa disminuyendo hasta aproximadamente 400 nm. No cambia mucho en comparación con el infrarrojo cercano, pero hay algunos puntos destacados.
- Aproximadamente la mitad de la energía solar que llega a la superficie de la tierra está en este rango, similar a la cantidad de energía infrarroja.
- Es absorbida por la piel de manera similar al infrarrojo. Ciertamente no es el caso de que esta es una diferente forma de radiación.
- Las temperaturas de cuerpo negro involucradas son similares a las de la superficie de las estrellas, por lo que los colores de las estrellas en su mayoría abarcan este rango.
- Las energías de los fotones comienzan a ser lo suficientemente grandes (en el orden de 1 electronvoltio (eV)) como para hacer cosas interesantes. Esto, junto con el hecho de que la atmósfera es muy transparente en este rango, permite cosas como los receptores de luz y los ojos. (los 'ojos' infrarrojos tienden a usar calentamiento localizado para la detección, lo que requiere tamaños de "píxel" mucho más grandes)
Ultravioleta
El ultravioleta recibe ese nombre porque está más allá del violeta: no podemos verlo. A medida que aumentan las frecuencias, comienzan a cambiar más cosas.
Hasta 1 PHz (300 nm), los humanos pueden que no puedan verlo, pero eso no significa que otros animales no puedan.
Más allá de 1.5 PHz (menor a 200 nm), la absorción atmosférica aumenta repentinamente, ya que la energía del fotón es lo suficientemente alta como para ionizar el oxígeno. A frecuencias aún más altas, también interactuarán con el nitrógeno.
A medida que aumenta la energía del fotón, aumenta el número de moléculas que los fotones pueden romper, aumentando el potencial de daño y quemaduras solares, aunque parece que ninguna luz ultravioleta es completamente segura.
La salida de luz del sol en ultravioleta disminuye bastante rápido, a medida que superamos su temperatura de cuerpo negro.
La luz ultravioleta sigue siendo absorbida principalmente por la piel, pero si tu piel se siente cálida debido a la radiación ultravioleta, obtendrás una terrible quemadura solar rápidamente.
Una vez que superamos los 30 PHz (10 nm), cruzamos el umbral bastante arbitrario hacia
Rayos X
Los rayos X comienzan 'suaves', lo que significa que no penetran mucho, y son fuertemente absorbidos por el aire, pero a medida que aumentan las frecuencias, las longitudes de onda se acortan y la energía del fotón aumenta. Alrededor de 10 keV (120 pm, 12.5 EHz), la profundidad de penetración comienza a exceder 1 mm, cruzando hacia el territorio de "Rayos X duros". Los Rayos X duros penetrarán más profundamente, lo que les permitirá distribuir su energía más allá de tu piel. Nuevamente, si sientes efectos de calentamiento por esto, deberías preocuparte por la dosis letal de radiación ionizante que acabas de recibir.
Rayos Gamma
La diferencia entre los Rayos X y los Rayos Gamma es su origen: los Rayos X se generan mediante procesos electrónicos, mientras que los Rayos Gamma se generan mediante procesos nucleares. Sus rangos de energía se superponen, pero un fotón típico de Rayos Gamma podría estar en 300 EHz (1 pm, 1.25 MeV). Se comportan de manera similar a los Rayos X duros, pero a mayor energía, más aún.
Conclusión
Toda la luz lleva energía, pero en la experiencia humana típica, solo la luz infrarroja y visible se sentirá calentándote significativamente. La luz visible también suele estar acompañada de luz infrarroja, por lo que no es extraño asumir que el calor es transportado (solo) por la luz infrarroja.
Sin embargo, si sales al sol, y sientes su irradiancia de 1 kW/m^2, aproximadamente la mitad de la energía que te calienta es en realidad luz visible, no infrarroja.
Además, si usas una cámara térmica, en realidad estás midiendo una banda específica de luz infrarroja, y hay varias bandas de este tipo dependiendo de lo que estés buscando. (animales y su entorno, o los gases de escape de los motores de calor)
